文獻標(biāo)識碼: A
DOI:10.16157/j.issn.0258-7998.200194
中文引用格式: 張志榮,,李志軍,,陳建剛,等. 5G網(wǎng)絡(luò)共建共享技術(shù)研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用,,2020,,46(4):1-5.
英文引用格式: Zhang Zhirong,,Li Zhijun,Chen Jiangang,,et al. Research on 5G network co-construction and sharing technology[J]. Application of Electronic Technique,,2020,46(4):1-5.
1 5G共建共享戰(zhàn)略和意義
目前,,5G運營商面臨著通信網(wǎng)絡(luò)智能化和運營智慧化的要求[1-2],,迫切需要降低5G建設(shè)和運營成本。同時,,5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)面臨著兩方面的挑戰(zhàn),。首先,部署5G的頻段相對4G有所提高(5G頻段高),。雖然5G引入了大規(guī)模天線(Massive MIMO)技術(shù)[3],,但受限于上行覆蓋的短板,單站覆蓋距離收縮了,。單站覆蓋收縮情況下,,連片覆蓋場景下站點數(shù)量的增加就成為必然,5G建設(shè)投資巨大(CAPEX巨大),,進而導(dǎo)致運營商潛在建設(shè)成本的提高,。其次,為了滿足未來5G業(yè)務(wù)及數(shù)據(jù)流量的需求,,5G需要使用更多的頻譜資源以及更大的系統(tǒng)帶寬,,5G基站數(shù)量的成倍增長,、大規(guī)模多輸入多輸出(Massive MIMO)技術(shù)的引進使得AAU通道數(shù)多達64個之多,在給網(wǎng)絡(luò)性能帶來提升的同時,,也帶來了5G基站設(shè)備能耗大幅增加[4],,進而導(dǎo)致運營商運維成本增加。在運營商經(jīng)營壓力與日俱增的情況下,,為了降低5G的總體成本,,運營商之間的5G網(wǎng)絡(luò)共建共享無疑是解決投資成本、運維成本過高和降本增效的有效解決方案,。
國外運營商也面臨著類似情況:國外電信市場上運營商數(shù)量較多,,建設(shè)與運營成本成為網(wǎng)絡(luò)運營中的重要考量因素?;诮档统杀究紤],,很多運營商需要進行共建共享。研究國外電信共建共享模式,,借鑒其經(jīng)驗存在必要性[5],。
英國運營商C和D分別為該國第二、第三大運營商,,面臨第一大運營商的競爭壓力非常大,。為迅速實現(xiàn)LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋,兩家運營商網(wǎng)絡(luò)部署方案為LTE站點全部共建共享,,即:將英國劃分為東部和西部兩大區(qū)域,,由2家分別部署eNodeB,核心網(wǎng)獨立,,涉及頻段包括800 MHz和1 800 MHz(兩段頻率兩個運營商均占有資源),。eNodeB配置運營商C和D兩家頻段,采用獨立載頻共享方案,,兩個運營商各自采用自有品牌獨立運營,。
瑞典運營商E與F分別為瑞典第二和第三大運營商,第一大運營商在2009年底首先開始商用LTE,,以先發(fā)優(yōu)勢占領(lǐng)了市場,。后進運營商E和F為了減輕競爭壓力,實現(xiàn)LTE快速部署上市,、降低投資和運營成本,,聯(lián)合成立合資公司,專門負責(zé)管理LTE網(wǎng)絡(luò),,將瑞典等分為4個區(qū)域,,由運營商E和F分別建設(shè)LTE站點,并將LTE站點和頻譜歸屬合資公司。合資公司不直接運營網(wǎng)絡(luò),,通過將LTE站點以共載頻共享方式租給運營商E和F,,根據(jù)流量獨立結(jié)算,而運營商E和F通過共享載波使用各自品牌運營LTE業(yè)務(wù),。
因此,,無論從內(nèi)部矛盾進行剖析,還是從國際上的經(jīng)驗來看,,5G共建共享勢在必行,。需要積極探索5G網(wǎng)絡(luò)共建共享技術(shù)和方案,通過“創(chuàng)新,、開放,、共享”的方式,打造“全國性5G網(wǎng)絡(luò),,滿足不同地區(qū),、不同發(fā)展需求”。
2 5G共建共享方式
基于運營商的深度合作和網(wǎng)絡(luò)共享技術(shù)涉及的技術(shù)手段,,網(wǎng)絡(luò)共享方式包括以下幾種:站點基礎(chǔ)設(shè)施的共享,、漫游、MOCN(載波是否共享兩種方式)和GWCN(也分為載波是否共享兩種方式),,如圖1所示,。3GPP R15標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了漫游和MOCN兩種共享技術(shù)。由于目前3GPP 5G標(biāo)準(zhǔn)中不支持GWCN共享方式,,因此本文對GWCN共享方式不作詳細描述。
基礎(chǔ)設(shè)施的共享不涉及物理設(shè)備的共享,,而其余幾種都可以共享接入網(wǎng)的物理設(shè)備,。隨著共享資源比例的提高,CAPEX逐漸降低,,但同時部署可控性,、運營商之間的協(xié)調(diào)復(fù)雜度上升[3]。
2.1 站點基礎(chǔ)設(shè)施的共享
站點基礎(chǔ)設(shè)施的共享是比較常見的方式,,從鐵塔到機房,,從電源到方艙,這些東西都可以進行共享,,但是每一個運營商的具體網(wǎng)元,,BBU、AAU,、RRU這些設(shè)備,,還都是獨立運營的,網(wǎng)管、核心網(wǎng)也都完全獨立,,平常的網(wǎng)絡(luò)操作也不需要協(xié)同配合,。基礎(chǔ)設(shè)施的共享主要解決選址困難問題,,是最常見的網(wǎng)絡(luò)共享方式,,多個運營商共用站址、機房,、傳輸和塔臺等,。優(yōu)點是基礎(chǔ)物理設(shè)備成本降低,各運營商無線設(shè)備獨立,,操作維護簡單,,不涉及具體網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,但是供電和傳輸是多套運營商設(shè)備的疊加,。
2.2 漫游
漫游也是最常見的網(wǎng)絡(luò)共享方案,,國與國之間、運營商區(qū)域與區(qū)域之間,,最常見的共享方式就是漫游,。漫游方式的共享一般是兩個或多個運營商在一個國家的部分區(qū)域部署整個網(wǎng)絡(luò),在沒有部署自有網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域則與其他運營商簽署漫游共享協(xié)議,。在自有網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地區(qū)中,,用戶接入歸屬網(wǎng)絡(luò);在自有網(wǎng)絡(luò)覆蓋以外的地方,,則允許用戶接入簽有漫游共享協(xié)議的網(wǎng)絡(luò),。優(yōu)點是漫游場景時所有的非主運營商需要與主運營商的核心網(wǎng)對接,通過對接的接口和主運營商共享某一區(qū)域的接入網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)備,。在運營商A和運營商B彼此的獨立區(qū)域內(nèi),,是完全不相干的兩張網(wǎng)絡(luò),運營商之間的耦合性低,,操作及運維簡單,,在對方區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量則完全取決于合同簽訂的具體情況。通過漫游,,可以給客戶帶來很大方便,。但是在用戶漫游期間,要受到當(dāng)?shù)剡\營商網(wǎng)絡(luò)的控制,,自主性受損,。特別是NSA建網(wǎng)階段采用異網(wǎng)漫游會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)更加復(fù)雜,與國際漫游相比有非常大的差異:異網(wǎng)漫游區(qū)內(nèi)有本網(wǎng)的2/3/4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋,,需網(wǎng)絡(luò)側(cè)來控制5G與4G用戶的行為(5G用戶漫游,,非5G用戶不漫游),,此種方式存在以下難點:
(1)網(wǎng)絡(luò)改造比較大:無線網(wǎng)共享之外,核心網(wǎng)需要改造升級,,核心網(wǎng)部分網(wǎng)元需要擴容,;
(2)業(yè)務(wù)支持難度大:用戶體驗受影響,表現(xiàn)在上網(wǎng)時延增加,,用戶從漫游區(qū)回到歸屬網(wǎng)絡(luò)可能會導(dǎo)致掉話,;
(3)現(xiàn)網(wǎng)容量負荷變重:本質(zhì)上屬于無線共享載波模式,所以導(dǎo)致承建方4G網(wǎng)絡(luò)日趨重載,,用戶體驗可能下降,;
(4)用戶服務(wù)異常復(fù)雜:涉及多類區(qū)域、多種場景,、不同故障的交叉組合,,故障分析處置流程和難度加大,可能影響用戶體驗,。
2.3 MOCN
MOCN(Multi-Operator Core Network)模式[6],,是指一個無線網(wǎng)絡(luò)(RAN)可以連接到多個運營商核心網(wǎng)節(jié)點,可以由多個運營商合作共建RAN,,也可以是其中一個運營商單獨建設(shè)RAN,,而其他運營商租用該運營商的RAN網(wǎng)絡(luò)。MOCN共享網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下,,根據(jù)載波是否共享又分為獨立載波(MORAN)網(wǎng)絡(luò)共享和共享載波網(wǎng)絡(luò)共享,。獨立載波共享時,BBU共享對接同廠家RRU/AAU,,RRU/AAU各運營商獨立,,各載波獨立配置和管理,無線側(cè)gNB內(nèi)部,,使用邏輯上獨立的不同小區(qū)提供給多個運營商進行獨立使用,;共享載波共享時,BBU,、RRU/AAU均共享,站點側(cè)RAN設(shè)備全共享,,共享不同運營商的某段或某幾段載波,,形成一個連續(xù)大帶寬的共享載波,可進一步降低基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備費用,。優(yōu)點:MOCN為共享載波共享方式,,共享RAN側(cè)全部設(shè)備,包括BBU,、RRU和AAU,,通過共享多個運營商的小段共享載波來組成一個大帶寬的連續(xù)共享載波,與基礎(chǔ)設(shè)施共享相比進一步降低了費用。缺點:運營商之間的耦合度高,,協(xié)調(diào)和管理成本高,,動態(tài)資源分配,難以保障資源可用性,,移動性管理復(fù)雜,,同時需要足夠的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和計費策略,從而支持根據(jù)資源使用狀況分?jǐn)傎M用,。
該方案主要特點是:基站共享,,雙上聯(lián)接入各自核心網(wǎng),物理上一個基站,,邏輯上兩個基站,,承載網(wǎng)共享、互通,,核心網(wǎng),、IT系統(tǒng)等基本無變化,網(wǎng)絡(luò)的共享基本在無線側(cè),,只是在NSA共享階段存在4G和5G需同時共享,,全球無應(yīng)用案例。
綜上所述,,異網(wǎng)漫游與接入網(wǎng)共享方式對比如表1所示,。
綜合比較,5G無線接入網(wǎng)共享方案成為當(dāng)前各國運營商選擇的主流方案,。
3 5G無線接入網(wǎng)共享技術(shù)
5G接入網(wǎng)共建共享分NSA共建共享和SA共建共享兩個階段,,每個階段都有各自的技術(shù)方案。
3.1 5G NSA共享技術(shù)方案
對于5G NSA共建共享,,可分為3種技術(shù)方案:(1)雙錨點技術(shù)方案,;(2)單錨點共享載波技術(shù)方案;(3)單錨點獨立載波技術(shù)方案,,如圖2所示,。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上看,這3種共建共享方案共同點是5G NSA基站是共享的,。而4G錨站可以共享,,也可以不共享,但4G錨點站需要連接到雙方的4G核心網(wǎng),,同時5G NSA基站也需要都連接到雙方的4G核心網(wǎng),。
5G NSA共建共享3種技術(shù)方案特點和場景選擇標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。
3.2 5G SA共享技術(shù)方案
相對于5G NSA共享,,5G SA共享[7]網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對簡單,,僅需5G基站連接到雙方的5G核心網(wǎng)即可,,如圖3所示。5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與4G網(wǎng)絡(luò)解耦,,無需各種復(fù)雜的錨點協(xié)同方案,,5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化簡單,減少30%的錨點優(yōu)化工作量,,體驗保障簡單,,4G/5G相互不影響對方體驗。
3.3 5G接入網(wǎng)共建共享演進路線
運營商A和運營商B共建共享5G無線接入網(wǎng),,初期實現(xiàn)NSA共享,,以SA為目標(biāo),過程中經(jīng)歷NSA/SA雙模共建共享階段,,具體演進路線如圖4所示,。特別需要注意的是,NSA單模終端的規(guī)模將會影響雙模共建共享階段,。在NSA共建共享階段采用option3X架構(gòu),,采用接入網(wǎng)共享,MOCN方式,。NSA/SA雙模共建共享方案采用option3X+option2架構(gòu),,SA共享階段采用option2架構(gòu)。在演進過程中,,無線部分硬件不動,、軟件升級即可。
3.4 5G接入網(wǎng)共建共享網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和站點建設(shè)
5G接入網(wǎng)共建共享網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程分為兩個階段:目標(biāo)確認和網(wǎng)絡(luò)評估,、站點選擇和方案輸出,,并涵蓋6個環(huán)節(jié)。
(1)目標(biāo)確認和網(wǎng)絡(luò)評估,,是制作方案前的準(zhǔn)備階段,,通過現(xiàn)網(wǎng)各項信息的收集、分析和多方溝通工作,,確認本地共享共建的目標(biāo),、區(qū)域、錨點策略以及現(xiàn)網(wǎng)覆蓋情況,;包含需求分析,、價值區(qū)識別和覆蓋分析3個環(huán)節(jié)。
(2)站點選擇和方案輸出,,是網(wǎng)規(guī)方案具體制作階段,根據(jù)共享共建策略和選址原則,,完成4G/5G站點選擇,、RF設(shè)計和參數(shù)規(guī)劃等工作,,輸出網(wǎng)規(guī)方案;包含5G站點選擇,、覆蓋效果評估和參數(shù)規(guī)劃3個環(huán)節(jié),。
5G NSA共享共建網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中,需要關(guān)注錨點規(guī)劃方案和NR站點選擇兩個方面,。
(1)錨點規(guī)劃方案:根據(jù)各頻段站點規(guī)模和覆蓋情況,,選擇使用2.1G獨立載波、1.8G共享載波或雙錨點方案,。對2.1G方案,,還需要根據(jù)本地頻點的具體使用情況,協(xié)商共享共建錨點的具體頻點和帶寬,。錨點層網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃原則是覆蓋連續(xù),,容量不影響現(xiàn)網(wǎng)用戶感知。
(2)NR站點選擇:總體原則是以承建方為主,,綜合利用各類候選站址,,合理控制站間距,保證網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)合理,。NR站點規(guī)劃分為3個大步驟:覆蓋評估,、站點選擇和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。NR站點選擇是站點規(guī)劃的關(guān)鍵動作,,首先根據(jù)小區(qū)冗余評估,,優(yōu)化現(xiàn)網(wǎng)站點選擇;然后根據(jù)弱覆蓋聚類,,完成場景化站點增補,。最新方式可以引入機器學(xué)習(xí)等有效手段,根據(jù)工程參數(shù),、已有MR覆蓋,、地圖信息等數(shù)據(jù),實現(xiàn)更加精準(zhǔn)的NR站點選擇,。
3.5 4G/5G配合和協(xié)同
共建共享初期采用NSA共享,,4G/5G的配合與協(xié)同也尤為重要。由于NSA共享架構(gòu)的定位是初期的快速部署與過渡,,因此應(yīng)盡可能地減少NSA網(wǎng)絡(luò)對雙方4G網(wǎng)絡(luò)的影響,。具體原則可考慮如下約束:
(1)4G網(wǎng)絡(luò)升級支持專有頻率優(yōu)先級功能,這樣可以通過識別終端類型下發(fā)針對5G NSA終端的LTE網(wǎng)絡(luò)的駐留優(yōu)先級,。這樣既可以避免對現(xiàn)網(wǎng)4G用戶的影響,,又可以保證5G NSA終端能夠快速建立5G連接。
(2)對于MOCN的共享方式,,共享方的4G終端用戶從承建方錨點站回到本網(wǎng)的LTE網(wǎng)絡(luò),。這樣可以避免共享方的4G終端過多地占用承建方的LTE網(wǎng)絡(luò),。
(3)對于沒有5G NR覆蓋的區(qū)域,共享方的5G終端用戶從承建方錨點站回到本網(wǎng)的LTE網(wǎng)絡(luò),。在沒有NR覆蓋的區(qū)域,,共享方的5G終端用戶駐留在承建方的錨點,相當(dāng)于僅僅占用承建方的LTE網(wǎng)絡(luò)承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),,有悖于整體的建設(shè)原則,。
3.6 語音解決方案
共建共享下的語音方案與非共建共享下的語音方案差異不大,在VoNR成熟前主要還是依托于VoLTE完成語音通話,。而具體的方案基于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及共享方式略有差異:
(1)對于NSA架構(gòu)的雙錨點以及獨立載波錨點方案,,承建方與共享方的5G終端都可以在各自的4G錨點站上完成語音通話,不會影響對方的4G網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量,;
(2)對于NSA架構(gòu)的共享載波錨點方案,,共享方的5G終端需要回到4G本網(wǎng)完成語音通話,在通話完成后,,可以通過頻率優(yōu)選再回到承建方的錨點站上,;
(3)對于SA架構(gòu)的共建共享,在當(dāng)前階段,,需要完成4G/5G切換回到4G網(wǎng)絡(luò)上完成語音通話,,之后再回到5G。在未來VoNR部署完成后,,就能夠直接在5G網(wǎng)絡(luò)上完成語音通話,。
4 結(jié)論
無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展隨著5G技術(shù)的到來將迎來革命性的變革。與此同時,,5G技術(shù)本身特性帶來的問題是:(1)5G頻段高,,覆蓋能力差需要更高密度的站點。因此建成保障基礎(chǔ)廣覆蓋的網(wǎng)絡(luò)需要更高的設(shè)備CAPEX成本,。(2)5G高帶寬,、高功耗、高站址密度,,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)整體運維成本高,。因此如何低成本地建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前面臨的主要問題。
5G階段共建共享的必要性和戰(zhàn)略意義凸顯,。目前有多種共建共享方式,,對于不同的運營商經(jīng)營狀況和網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀,運營商可以選擇適合自身發(fā)展的方案,。在借鑒國際上的共建共享經(jīng)驗的同時,,針對目前已有的共建共享方案對比分析,對于中國國內(nèi)運營商,MORAN和 MOCN是相對符合當(dāng)前國內(nèi)運營商發(fā)展目標(biāo)的共享方式,。
從整體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢來看,,SA作為目標(biāo)網(wǎng)是行業(yè)內(nèi)達成的共識。目前國內(nèi)運營商SA網(wǎng)絡(luò)升級計劃正在提速,,NSA網(wǎng)絡(luò)共享作為中間態(tài)存在的時間較短,需要加快SA共建共享應(yīng)用部署,。
通過對站點規(guī)劃,、錨點應(yīng)用方案、4G/5G配合協(xié)同,、語音解決方案以及后續(xù)雙模/SA共享網(wǎng)絡(luò)演進的應(yīng)用探索,,當(dāng)前共建共享方案技術(shù)已成熟,可以進行規(guī)?;纳逃媒ㄔO(shè),。5G共建共享節(jié)省了大量設(shè)備投資,有效提高了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備利用效率,,同時最大程度地保障了網(wǎng)絡(luò)用戶體驗,。
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作者信息:
張志榮1,李志軍2,,陳建剛2,,張 新2,,朱雪田3
(1.中國電信股份有限公司研究院,北京102209,;2.中國電信集團有限公司,,北京100033;
3.中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院,,北京100048)