文獻(xiàn)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(yùn)營商面臨著通信網(wǎng)絡(luò)智能化和運(yùn)營智慧化的要求[1-2]，迫切需要降低5G建設(shè)和運(yùn)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(jìn)而導(dǎo)致運(yùn)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(jìn)使得AAU通道數(shù)多達(dá)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(jìn)而導(dǎo)致運(yùn)營商運(yùn)維成本增加。在運(yùn)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(yùn)營商之間的5G網(wǎng)絡(luò)共建共享無疑是解決投資成本、運(yùn)維成本過高和降本增效的有效解決方案。
國外運(yùn)營商也面臨著類似情況：國外電信市場上運(yùn)營商數(shù)量較多，建設(shè)與運(yùn)營成本成為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營中的重要考量因素。基于降低成本考慮，很多運(yùn)營商需要進(jìn)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(yùn)營商C和D分別為該國第二、第三大運(yùn)營商，面臨第一大運(yùn)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(yùn)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(yùn)營商均占有資源)。eNodeB配置運(yùn)營商C和D兩家頻段，采用獨立載頻共享方案，兩個運(yùn)營商各自采用自有品牌獨立運(yùn)營。
瑞典運(yùn)營商E與F分別為瑞典第二和第三大運(yùn)營商，第一大運(yùn)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(jìn)運(yùn)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(yùn)營成本，聯(lián)合成立合資公司，專門負(fù)責(zé)管理LTE網(wǎng)絡(luò)，將瑞典等分為4個區(qū)域，由運(yùn)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(yùn)營網(wǎng)絡(luò)，通過將LTE站點以共載頻共享方式租給運(yùn)營商E和F，根據(jù)流量獨立結(jié)算，而運(yùn)營商E和F通過共享載波使用各自品牌運(yùn)營LTE業(yè)務(wù)。
因此，無論從內(nèi)部矛盾進(jìn)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(yùn)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(xì)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(yùn)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(jī)房，從電源到方艙，這些東西都可以進(jìn)行共享，但是每一個運(yùn)營商的具體網(wǎng)元，BBU、AAU、RRU這些設(shè)備，還都是獨立運(yùn)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(yùn)營商共用站址、機(jī)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(yùn)營商無線設(shè)備獨立，操作維護(hù)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)營商需要與主運(yùn)營商的核心網(wǎng)對接，通過對接的接口和主運(yùn)營商共享某一區(qū)域的接入網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)備。在運(yùn)營商A和運(yùn)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(yùn)營商之間的耦合性低，操作及運(yùn)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\(yùn)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(kuò)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(fù)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(yùn)營商核心網(wǎng)節(jié)點，可以由多個運(yùn)營商合作共建RAN，也可以是其中一個運(yùn)營商單獨建設(shè)RAN，而其他運(yùn)營商租用該運(yùn)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(yùn)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(yùn)營商進(jìn)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(yùn)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(jìn)一步降低基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備費(fèi)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(yùn)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(jìn)一步降低了費(fèi)用。缺點：運(yùn)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(fèi)策略，從而支持根據(jù)資源使用狀況分?jǐn)傎M(fèi)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(yùn)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(jìn)路線
運(yùn)營商A和運(yùn)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(jìn)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(jìn)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(rèn)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(rèn)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(rèn)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(bǔ)。最新方式可以引入機(jī)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(yùn)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(yùn)營商經(jīng)營狀況和網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，運(yùn)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(yùn)營商，MORAN和 MOCN是相對符合當(dāng)前國內(nèi)運(yùn)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(dá)成的共識。目前國內(nèi)運(yùn)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(jìn)的應(yīng)用探索，當(dāng)前共建共享方案技術(shù)已成熟，可以進(jìn)行規(guī)模化的商用建設(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(tuán)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)