一、 问题描述
1.1、背景介绍
随着网络的演进将会出现仅 NSA、 仅 SA、 共存区域三种组网模式、 以及三款 NSA单模终端、 SA 单模终端、 NSA/SA 双模终端。针对现网 NSA、 SA 覆盖三种（仅 NSA、 仅 SA、共存区域） 场景下， NSA 单模终端、 SA 单模终端、 NSA/SA 双模终端如何进行选网、 驻留， 以及不同终端在三种场景下如何移动来满足用户的使用体验需求， 是本文方案研究的重点。
二、 分析过程
2.1、NSA 和 SA 组网介绍
NSA 组网：NR 需要依赖 LTE 才能完成 UE 和 gNB 的连接（信令走 LTE）
1) Option 3 系列：LTE 和 NR 的接入网均连接到 LTE 的核心网（EPC）
SA 组网：UE 可以单独完成与 gNB 的连接， 不需要先接入 LTE（信令走 NR）
1) Option5 系列：从核心网到接入网， 由 5GC 和 NG-RAN 组成。
2. 2、NSA&SA 互操作场景描述
当前 NSA 采用 Option3x 方式组网， 以 4G 网络为信令锚点， 只有进入连接态才会触发与NR 网络的双连接。因此， NSA 与 SA 模式无法直接进行互操作， 需要 4G 网络进行中转。
4G 网络包含 2 种 RRC 连接状态：RRC Idle 和 RRCConnected。5G 网络为了减少信令和功耗， 引入了一种新的 RRC 状态：RRC Inactive。即 5G 网络包含 3 种 RRC 连接状态：RRC Idle、 RRC Inactive 和 RRC Connected。4G 与 5G 网络之间的状态迁移如图 1 所示。
NSA&SA 互操作场景主要包括空闲态 NSA↔SA 重选、 连接态 NSA↔SA 互操作， 而连接态NSA↔SA 包含重定向和切换 2 种。
2.3、空闲态 NSA&SA 互操作
当终端在NSA 模式下处于空闲态时， 会删除 NR 双连接。因此， 空闲态的 NSA 模式实际为终端在 4G 网络的空闲态。空闲态NSA↔SA 重选即为 4G↔SA 重选。
NR 小区重选的流程跟LTE 基本一致， 在RRC Idle 态或者RRC Inactive 态， 同时满足以下2 个条件， UE 会重选到新的小区：
（1） 在时间间隔Treselection 内， 新小区优于服务小区；
（2） UE 在当前服务小区驻留超过 1 秒。
小区重选的过程分为三步：
（1） 根据测量启动标准， 测量当前服务小区和邻小区(包括同频， 异频， 异系统的小区)；
（2） 判别邻小区信号是否符合重选标准；
（3） 符合则启动重选， 接收新小区的系统消息， 则驻留新小区。不符合则仍然停留在当前服务小区。
2.3.1、NSA→SA 重选
当终端处于 NSA 模式下的空闲态， 也就是 4G 网络的空闲态时， 会接收 4G 网络的系统消息。4G 系统消息除 MIB、 SIB1、 SIB2 等一些常见的广播消息外， 还包含 SIB24 消息。SIB24消息为 5G RAT 重选消息， 默认配置 5G 频点为最高优先级。
当处于 NSA 模式空闲态的终端进入 SA 网络覆盖区域并满足 SA NR 信号质量大于某一门限时， 会基于优先级的小区重选准则驻留到 SA 网络。
2.3.2、SA→NSA 重选
SA 网络默认配置 5G 频点为最高优先级， 因此当终端处于 SA 模式空闲态时， 只有当离开 SA 覆盖区域并进入 4G 网络覆盖区域， 才会通过基于低优先级的小区重选准则， 驻留到4G 网络。即当终端满足 SA 网络 NR 小区小于某一门限且 4G 小区高于某一门限， 会离开 SA网络而驻留 4G 网络。
若 4G 网络覆盖区域存在 NSA 单模式基站， 终端在 4G 网络发起业务后会执行 5G 小区添加流程， 与 NR 小区建立双连接， 从而进入 NSA 模式。
2.4、连接态 NSA&SA 互操作
连接态的互操作包含重定向和切换 2 种。当 4G 核心网与 5G 核心网配置 N26 接口时， 可通过切换和重定向 2 种方式进行互操作。当 4G 核心网与 5G 核心网未配置 N26 接口时， 只能通过重定向方式进行互操作。其中， N26 接口为连接 4G MME 与 5G AMF 之间的接口。
NR 初期覆盖不连续， 数据用户在 NR 覆盖边缘可基于覆盖切换或重定向到 LTE， 其中切换功能需要N26 接口支持， 重定向过程不需要 N26 接口， 但业务中断时间比切换过程长。
当数据用户在 LTE 接入， 满足一定条件后可移动至 NR 小区， 提升业务体验。当前支持基于覆盖和基于业务两种方式， 通过重定向/切换实现 LTE到 NR 移动性。
终端在连接态触发 NSA→SA 的互操作场景包括：
a ） 覆盖触发：当前 4G 小区覆盖变差或 NSA 模式的 NR 小区覆盖弱于 SA 模式的 NR 小区，可以触发 NSA→SA 的连接态互操作。
b ） UE 能力触发：只要 UE 支持 SA， 即可触发 NSA→SA 的连接态互操作。
c ） 业务触发：SA 建网初期， 语音业务仍将由 4G 网络 VoLTE 承载， 当 VoLTE 业务结束后， 可通过 Fast Return 回到 SA 网络。
当前 NSA 模式为 Option3x 组网， 4G 基站接入 4G 核心网。因此终端在连接态从 NSA 模式到 SA 模式时， 须先删除 NR 小区进入 4G 网络， 再在 4G 网络下发起向 SA 网络的互操作请求。当未来 NSA 模式转换为 Option7x 组网时， 4G 基站接入 5G 核心网， 那么终端在连接态从 NSA 模式到 SA 模式时， 可以直接向 SA 网络发起互操作请求， 再删除 NR 小区。
本文仍以 Option3x 组网方式进行互操作策略说明， 并基于切换和重定向 2 种方式开展研究。
2.4.1.1、基于切换的 NSA→SA 互操作流程
当 4G 核心网与 5G 核心网配置N26 接口时， 终端可在连接态从 NSA 模式切换到 SA 模式：
网络先删除 NSA 模式下的 NR 小区， 使终端进入 4G 网络， 之后终端从 4G 网络切换到 SA 模式。具体流程包括：
a） 切换触发。
b） 删除 NR 小区：终端从 NSA 模式转入 4G 网络。
c） 切换准备：源 eNB 向目标 gNB 发送切换请求， 通知目标 gNB 做好资源预留工作。
d）切换执行：终端删除与源 eNB 的 RRC 连接， 执行与目标 gNB 的随机接入过程。
e） 切换完成：核心网完成相关资源转移， 并释放 4G 网络 MME 的 UE 上下文。
图 2 示出的是基于切换的 NSA→SA 互操作流程。
2.4.1.2、基于重定向的 NSA→SA 互操作流程
当 4G 核心网与 5G 核心网未配置 N26 接口时， 终端在连接态只能通过重定向从 NSA 模式转换到 SA 模式：网络先删除 NSA 模式下的 NR 小区， 使终端进入 4G 网络， 之后终端从 4G网络重定向到 SA 模式。具体流程包括：
a） 触发互操作。
b） 删除 NR 小区：终端从 NSA 模式转入 4G 网络。
c） 重定向：源 eNB 下发RRC connection release， 同时携带 SA 网络 NR 小区频点。
d）5G 小区接入：终端收到 RRC connection release 消息后与 4G 网络断开连接， 并进行 NR 小区搜索， 读取 NR 广播消息， 并接入 SA 网络。
图3 示出的是基于重定向的 NSA→SA 互操作流程。
2. 4. 2 SA→NSA 互操作
终端在连接态触发 SA→NSA 的互操作场景包括：
a） 覆盖触发：当前 SA 网络 NR 小区覆盖变差， 可以触发 SA→NSA 的连接态互操作。b）业务触发：SA 建网初期， 语音业务仍将由 4G 网络 VoLTE 承载。当发起语音呼叫请求时， 终端执行 EPS Fallback VoLTE 从 SA 网络进入 4G 网络。若此时 4G 网络有 NSA 基站，则终端进入 NSA 模式。
3GPP 协议不支持 SA 直接互操作至 NSA， 终端在连接态从 SA 模式到 NSA 模式时， 须先回落 4G 网络， 再在 4G 网络发起 NR 双连接进入 NSA 模式。
2. 4. 2. 1 基于切换的 SA→NSA 互操作流程
基于切换的 SA→NSA 互操作流程包括：
a） 切换触发。
b） 切换准备：源 gNB 向目标 eNB 发送切换请求， 通知目标 eNB 做好资源预留工作。
c）切换执行：终端删除与源 gNB 的 RRC 连接， 执行与目标 eNB 的随机接入过程。
d） 切换完成：核心网完成相关资源转移， 并释放 SA 网络 AMF 的 UE 上下文。
e） 添加 NR 小区：目标 eNB 下发测控消息， 终端执行 NR 小区添加流程进行双连接状态。
图4 示出的是基于切换的 SA→NSA 互操作流程。
2.4.2.2、基于重定向的 SA→NSA 互操作
基于重定向的 SA→NSA 互操作流程包括：
a） 触发互操作。
b） 重定向：源 gNB 下发RRC release， 同时携带 4G 网络频点。
c） 4G 小区接入：终端收到 RRC release 消息后与 SA 网络断开连接， 并进行 4G 小区搜索， 读取 4G 广播消息， 并接入 4G 网络。
d） 添加 NR 小区：目标 eNB 下发测控消息， 终端执行 NR 小区添加流程进行双连接状态。
图 5 示出的是基于重定向的 SA→NSA 互操作流程。
2.5、终端支持 NSA/SA 的能力解析
2.5.1、共模网络对 NSA/SA 支持识别
NR在SIB1广播中携带trackingAreaCode， 表示本小区支持SA， 字段缺失则表示仅支持NSA。
LTE锚点小区SIB2广播中携带upperLayerIndication-r15， 表示本小区支持NSA， 终端根据运营商的策略显示5G Logo。
2.5.2、5G 终端的 NSA/SA 能力识别
三、 解决措施
针对现网 NSA&SA 移动性 3 种场景（切换， 重定向， 重选）， 结合NSA&SA 组网情况，总结出相关配置脚本以及互操作功能性验证参数， 为无线网络规划与优化工程师在网络建设和优化过程中提供参考
3.1、NSA&SA 移动性场景测试-切换
3.1.1、双模终端_NSA ONLY->NSA&SA 切换
由于现网核心网未部署数据解析， 暂不支持 4-5 切换。
3.1.2、双模终端_NSA&SA->NSA ONLY 切换
3. 1. 2. 1 脚本及参数配置
相关开关脚本配置示例：
//打开 E-UTRAN 切换开关和设置切换事件类型：
MOD NRINTERRATHOPARAM:NRCELLID=0,HOMODESWITCH=EUTRAN_HO_SWITCH-
1,INTERRATHOTRIGGEREVENTTYPE=EVENT_B1;
//打开系统间业务移动至E-UTRAN 开关：
MOD NRCELLALGOSWITCH:NRCELLID=0,INTERRATSERVICEMOBILITYSW=MOBILITY_TO_EUTRAN_SW-1;
……
参数配置：
3. 1. 2. 2 验证结果
1、 终端在 SA 注册成功网络图标显示 5G， 在 Probe 中可以看到 NRRegistrationAttempt 及NRRegistrationSuc 事件；
2、 移动过程触发 NR 到 LTE 切换， 在 Probe 中可以看到 NR2LTEHOSuc 事件；
3、 终端接入 NSA 后添加辅小区成功， 在 Probe 中可以看到 NRSCellAddSucess 事件；
开始占用 SA 站点小区
下发 B1 切换到 LTE 小区成功
下发 B1 添加 NSA 小区成功。
3.2、NSA&SA 移动性场景测试-重定向
3.2.1、双模终端_NSA ONLY->NSA&SA 重定向
3.2.1.1、脚本及参数配置
相关开关脚本配置示例：
//打开 NR 重定向开关
MOD CELLHOPARACFG: LOCALCELLID=xx, HOMODESWITCH=NrRedirectSwitch-1;
//打开 E-UTRAN 至 NG-RAN 移动性算法开关
MOD CELLALGOEXTSWITCH: LocalCellId=0,HoAllowedSwitch=INTER_RAT_MOBILITY_TO_NR_SW-1;
//打开重定向功能
MOD CELLHOPARACFG: LocalCellId=0, HoModeSwitch=NrRedirectSwitch-1,SERVBASEDNRMEASTIMER=10;
//打开基于业务的 E-UTRAN 切换至 NR 开关。
MOD CELLALGOSWITCH: LocalCellId=0, HoAllowedSwitch=ServBasedNrHoSwitch-1;
……
参数配置：
3. 2. 1. 2 验证结果
1 、 终端驻留在 NSA ， 添加辅小区成功， 网络图标显示 5G ， 在 Probe 中可以看到NRSCellAddSucess 事件
2、 移动过程触发 LTE 到 NR 重定向， 在 NR 注册成功
3、 在 Probe 中可以看到NRRegistrationAttempt 及 NRRegistrationSuc 事件
终端驻留在 NSA， 添加辅小区成功
移动过程触发LTE 到 NR 重定向成功
在 NR 注册成功
3.2.2、双模终端_NSA&SA->NSA ONLY 重定向
3.2.2.1、脚本及参数配置
相关开关脚本配置示例：
//激活重定向功能
MOD NRINTERRATHOPARAM: NrCellId=0, HoModeSwitch=EUTRAN_REDIRECT_SWITCH-1,InterRatHoTriggerEventType=EVENT_B1;
//打开移动至 E-UTRAN 开关
MOD NRCELLALGOSWITCH: NrCellId=0,InterRatServiceMobilitySw=MOBILITY_TO_EUTRAN_SW-1;
……
参数配置：
3.2.2.2、验证结果
1、 终端在 SA 注册成功网络图标显示 5G， 在 Probe 中可以看到 NRRegistrationAttempt 及NRRegistrationSuc 事件；
2、 移动过程触发NR 到 LTE 重定向， 在 Probe 中可以看到NR2LTERedirectionSuc 事件；
3、 终端接入NSA 后添加辅小区成功， 在 Probe 中可以看到 NRSCellAddSucess 事件。
开始占用 SA 站点小区
下发 B1 重定向到 LTE 小区成功
下发 B1 添加 NSA 小区成功
3.3、NSA&SA 移动性场景测试-重选
3.3.1、双模终端_NSA ONLY->NSA&SA 重选
3.3.1.1、脚本及参数配置
相关开关脚本配置示例：
参数配置：
3.3.1.2、验证结果
1. 终端网络图标显示 5G；
2. Probe Event List 消息看到 LTE2NRReselection 请求和成功事件；
3． NR 数据业务建立成功， 可正常做 PS 业务。
终端占用锚点小区并成功添加 NSA
移动过程触发LTE 到 NR 重定向成功， 并在 NR 建立PDU Session 成功。
3.3.2、双模终端_NSA&SA->NSA ONLY 重选
3.3.2.1、脚本及参数配置
相关脚本配置示例：
//至少要打开一个重定向或切换开关：
MOD NRINTERRATHOPARAM: NrCellId=0, HoModeSwitch=E-UTRAN_REDIRECT_SWITCH-1;
MOD NRINTERRATHOPARAM: NrCellId=0, HoModeSwitch=E-UTRAN_HO_SWITCH-1;
//打开移动至E-UTRAN 开关：
MOD NRCELLALGOSWITCH: NrCellId=0, InterRatServiceMobilitySw=MOBILITY_TO_E-UTRAN_SW-1;
//NR 站点重选优先级配置最高：
MOD NRCELLRESELCONFIG: NrCellId=0, MinimumRxLevel=-64, CellReselPriority=7, E-UTRANCellReselTimer=1, NonIntraFreqMeasRsrpThld=9, ServFreqLowPriRsrpReselThd=7;
//配置 NR 小区 E-UTRAN 相邻频点（1850/1825/100/2452 等频点） 以及优先级：
ADD NRCELLE-UTRANNFREQ:NRCELLID=0,DLEARFCN=1850,E-UTRANFREQLOWPRIRESELTHLD=9,E-UTRANFREQRESELPRIORITY=6,MEASUREMENTBANDWIDTH=MBW100;
…..
参数配置：
3.3.2.2、验证结果
1、 终端网络图标由显示 5G；
2、 Probe Event List 消息看到 NR2LTEReselection 请求和成功事件；
3、 做 PS 业务后， 有 NRSCellAddSucess， 业务可正常进行。
开始占用 SA 站点小区
重选到 LTE 小区成功
做 PS 业务后添加 NSA 小区成功
四、 经验总结
在 5G 网络建设与发展的过程中， NSA 模式和 SA 模式将会在一段时间内共存。本文基于 5G 网络 NSA 与 SA 模式互操作策略开展深入研究， 首先介绍 5G 网络下终端的不同 RRC状态， 根据不同的 RRC 状态， 引出互操作策略下的不同场景：空闲态重选和连接态互操作。本文开展的互操作策略研究， 一方面可以为 5G 网络 NSA 与 SA 模式互操作优化提供基本理论依据， 另一方面给出了互操作策略涉及的参数配置， 为无线网络规划与优化工程师在网络建设和优化过程中提供参考。
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