基于上行智选提升5G 用户体验的优化方法与应用

［黄智瀛 白锡添 杜安静］

1 引言

随着5G 网络的发展和5G 用户逐渐增多，用户的视频通话、视频直播、移动视频监控、AI、AR 等业务得到了蓬勃发展，这些新业务对于5G 网络有了更高流量、更高质量、更高速率的需求。

然而受限于市场现有终端的发射功率和2.6 GHz（NR）相较于1.8 GHz（LTE）较弱的传播能力，5G 信号在部分深度覆盖区域（如工业区、城中村、居民小区内等场景）衰减较大，部分处在NR 网络覆盖中远点的5G 用户的上行体验并不理想。并且在当前情况下，部分NSA 终端上行分流功能还不成熟，上行业务在5G 侧传输时，终端用户无法感知LTE 与NR 两侧体验差异，进而无法确保当前路径是否为最佳上行路径，因此需要按用户体验速率来选择上行路径。

为改善NSA 场景下5G 用户的上行体验，深圳移动公司研究了上行智选技术，通过网络侧控制UE 将上行业务动态调整发送至gNodeB 或者eNodeB，从而利用1.8 GHz LTE 辅助2.6 GHz NR，提升中远点的体验速率、大大改善用户体验。

2 LTE 和5G 的双连接技术

上行智选技术主要是以5G NSA 组网架构中的双连接（DC，Dual-Connectivity）技术为基础。双连接是3GPP 在Release-12 版本引入的重要技术。通过双连接技术，LTE 终端可以利用X2 接口来实现载波聚合，从而为用户提供更高的速率，以及利用宏/微组网提高频谱效率和负载平衡，支持双连接的终端可以同时连接两个LTE基站，增加单用户的吞吐量。在LTE 双连接技术基础上，3GPP Release-14 定义了LTE 和5G 的双连接技术。针对5G 建设的不同场景，3GPP 定义了多种不同的LTE 和5G 双连接模式：主要有Option 3/3a/3x、Option 4/4a、Option 7/7a/7x 和Option 8/8a 等。当前国内运营商的NSA 架构主要是采用Option 3x 模式。

在5G NSA 网络架构的Option 3x 模式中，5G 终端可以同时连接4G（E-UTRAN）与5G（NR），4G 与5G接入网共用一个4G 核心网（EPC）。该模式双连接中一个节点LTE eNodeB 为主节点MN，另一个节点NR gNB为辅节点SN。主节点LTE eNodeB 通过S1 接口连接到核心网EPC，包括控制面S1-C 和用户面S1-U，辅节点NR gNB 通过S1-U 连接到4G 核心网EPC，主节点LTE eNodeB通过X2接口连接到辅节点NR gNB进行信息交互，包括控制面X2-C 和用户面X2-U。Option 3x 模式中UE 的控制面信令S1-C 终结在LTE eNodeB，用户面数据由5G基站连接到EPC，gNB 可将用户数据分流至eNodeB。

在不同的5G 双连接模式下，用户面有不同的协议架构。用户面无线承载可以由MN 或者SN 单独建立，也可以由MN 和SN 分别建立。仅由MN 建立时称为MCG 承载（MCG Bearer），仅由SN 建立时称为SCG 承载（SCG Bearer），同时由MN 或者SN 建立时，分别称为分离式承载（Split Bearer）和SCG 分离式承载（SCG Split Bearer）。

在双连接Option 3 模式下，分离式承载建立在MN上，PDCP 包可经X2 接口转发到gNB 的RLC 层，也可以直接通过eNodeB 的RLC 发送给终端。Option 3a 则会在MN 和SN 分别建立承载，用户数据在核心网侧分离。模式Option 3x 下，分离式承载建立在SN 侧，gNB 可以通过X2 接口将PDCP 包转发给eNB，也可以直接通过本地的NR RLC 进行传输。

因此，基于5G NSA 双连接技术的灵活性，网络可以根据空口的实时变化进行灵活调度，充分利用4G、5G资源，提高整个网络系统的无线资源利用率，并提升用户感知。

3 上行智选的技术原理与过程

中国移动2.6 GHz 频段的5G NR 相比1.8 GHz 频段的LTE 带宽大、频率高，如要达到相近的覆盖范围，5G NR 的上下行发射功率相比4G 要求更高，基站侧可以直接增加发射功率，但UE 侧的功率受限于当前的协议规定，最大不超过23 dBm，导致5G 上下行不平衡问题突出。5G 网络的NSA 架构中，UE 为双链接模式，信令面承载在LTE 锚点小区上，数据业务一般建立在NR 侧。在NSA DC 场景下，如果NSA UE 不支持上行分流，则上行业务只能承载在LTE 侧或NR 侧。由于现网中LTE 与NR在带宽、负载、无线环境等方面存在差异，所以上行体验将随着UE 的移动而发生变化。因此，可以基于空口无线环境、负载情况等预估LTE 与NR 的上行速率，选择最优上行数传路径，提升UE 上行体验。为解决5G 上下行不平衡的情况，在NSA 场景下，可以通过上行智选方案来提升5G 覆盖的中远点用户的体验。

3.1 上行智选功能原理

上行智选技术主要基于NR 侧的上行SINR 质量，网络侧通过控制UE 将上行业务动态调整至NR gNB 或者LTE eNB 进行调度，从而利用LTE 的上行覆盖能力弥补NR 上行覆盖的不足。当此功能生效后，NR 小区边缘用户的上行数据将切换到LTE 传输，以提升边缘用户体验。上行智选原理如图1 所示。

图1 上行智选原理示意图

5G 双连接终端的上行数传可承载在LTE PUSCH 或NR PUSCH，当NR 上行PUSCH 覆盖受限时，可以切换到LTE PUSCH 上发送数据。需注意，这里仅上行数传路径发生变更（部分PUSCH），NR 侧上行控制信道PRACH 和PUCCH 还是承载在NR 侧，NR 的RLC 层状态报告等非应用层数据原来需要通过NR PUSCH 传输的还继续在NR PUSCH 发送。

3.2 上行智选功能信令流程

上行智选过程的信令流程比较简单，主要是无线侧通知UE 变更上行数据传输路径。当NR 侧上行SINR 质量变差时，gNodeB 发送SgNB Modification Required 消息给eNodeB，触发上行分流模式变更。eNodeB 发送RRC重配消息给UE，通知UE 在LTE 侧进行数据传输。当NR 侧上行SINR 质量变好时，gNodeB 同样发送SgNB Modification Required 消息给eNodeB，eNodeB 再发送RRC 重配消息给UE，通知UE 上行分流模式按原配置方式进行。

上行智选的信令流程如图2 所示。

图2 上行智选的信令流程

3.3 上行智选判决流程

根据NR 用户所处无线环境，基于上行体验将NR 上行覆盖分为3 个区域：NR 上行优选区、LNR（LTE-NR）上行智选区、NR 上行受限区。上行智选的分区场景如图3 所示，系统根据不同区域场景来决策用户是否分流以及相应的参数配置等。

图3 上行智选的分区场景示意图

（1）NR 上行优选区：上行驻留在NR，享受高速率和低时延；

（2）LNR 上行智选区：上行大包用户，周期性比较LTE 和NR 两侧的上行预估速率，选择最优上行载波；

（3）NR 上行受限区：NR 上行空口质量差时，上行驻留在LTE，保证上行覆盖。

在上行智选区，当5G NSA 终端NR 侧的上行SINR质量一般，即在“好”与“差”的某个区间时，网络侧比较LTE 和NR 侧的上行预估速率，来判断是否需要变更上行数据的传输路径。

为保证变更至LTE 后相对于上行NR-ONLY 基线无负增益，NR 侧采用“严出宽进”策略，比如：

（1）LTE 预估速率＞4＊NR 预估速率，则上行数传变更至LTE；

（2）LTE 预估速率＜2＊NR 预估速率，则上行数传变更至NR。

上行智选的具体判决流程如图4 所示。

图4 上行智选的判决流程

NR 侧上行SINR 质量判决主要原则如下：

（1）当上一次判决结果为“差”时，如果后续连续n 次检测NR 上行SINR 值均满足大于“低门限+迟滞”，需进行下一层判决；否则此次最终判决结果为“差”。

（2）下一层判决：均满足SINR大于“高门限+迟滞”，则此次最终判决结果为“好”；否则此次最终判决结果为“一般”。

（3）当上一次判决结果为“好”时，如果后续连续n次检测NR 上行SINR 值均满足SINR 小于“高门限-迟滞”，需进行下一层判决；否则此次最终判决结果为“好”。

（4）下一层判决：均满足SINR 小于“低门限-迟滞”，则此次最终判决结果为“差”；否则此次最终判决结果为“一般”。

（5）当初始判决或上一次判决结果为“一般”时，如果后续连续n次检测NR 上行SINR 值满足SINR 大于“高门限+迟滞”，则此次最终判决结果为“好”；如果均满足SINR 小于“低门限-迟滞”，则此次最终判决结果为“差”；否则此次最终判决结果为“一般”。

网络系统根据不同的判决结果执行相应策略

（1）当判决结果为“差”时，eNodeB 通知UE 在LTE 侧进行上行数据传输。

（2）当判决结果为“好”时，eNodeB 通知UE 上行分流模式按原配置方式进行数据传输。

（3）当判决结果为“一般”时，如果是大包用户，则按以下原则比较两侧预估速率：

①LTE 上行预估速率＞NR 上行预估速率×较大的速率比系数1，触发上行分流模式变更，UE 在LTE 侧进行数据传输；

② LTE 上行预估速率＜NR 上行预估速率×较小的速率比系数2，则通知UE 上行分流模式按原配置方式进行数据输。

4 应用效果

对选定某区域测试，在NR 2.6 GHz 上行覆盖边缘点,上行智选技术使用后数据传输主路径切换前后UE 上行吞吐率对比如图5 所示。

图5 上行智选变更前后速率提升效果

（1）上行智选点1：上行主路径智选到LTE 侧，上行吞吐率提升2 倍

（2）上行智选点2：上行主路径智选到NR 侧，上行吞吐率提升1 倍

在测试区域内，在使用上行智选前，2.6 GHz 上行覆盖边缘点，会出现上行受限而导致下行断流，在使用上行智选后，UE的上行数传可以从NR 2.6 GHz切换到LTE 1.8 GHz，用户速率改善明显。推广使用后，总体提升5G 中远点上行体验30%～50%，同时改善下行体验。

5 结束语

针对当前2.6 GHz频段的5G NR的覆盖弱于1.8 GHz频段的LTE，在部分深度覆盖区域衰减较大，处在NR覆盖中远点的5G 用户的上行体验并不理想的情况，本文通过5G 上行智选技术，利用1.8 GHz LTE 上行覆盖范围较广的优势，使5G 用户可以在2.6 GHz NR 与1.8 GHz LTE 网络之间智能选择上行速率更优的载波，解决2.6 GHz NR 上行中远点覆盖不足的问题，提升5G 用户上行速率。从实际应用效果看，用户体验改善明显。