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)絡智能化和運營智慧化的要求^[1-2]，迫切需要降低5G建設和運營成本。同時，5G網(wǎng)絡建設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^[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建設投資巨大(CAPEX巨大)，進而導致運營商潛在建設成本的提高。其次，為了滿足未來5G業(yè)務及數(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)技術的引進使得AAU通道數(shù)多達64個之多，在給網(wǎng)絡性能帶來提升的同時，也帶來了5G基站設備能耗大幅增加^[4]，進而導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，建設與運營成本成為網(wǎng)絡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)絡覆蓋，兩家運營商網(wǎng)絡部署方案為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，專門負責管理LTE網(wǎng)絡，將瑞典等分為4個區(qū)域，由運營商E和F分別建設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，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。

    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)絡共建共享技術和方案，通過“創(chuàng)新、開放、共享”的方式，打造“全國性5G網(wǎng)絡，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)絡共享技術涉及的技術手段，網(wǎng)絡共享方式包括以下幾種：站點基礎設施的共享、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標準規(guī)定了漫游和MOCN兩種共享技術。由于目前3GPP 5G標準中不支持GWCN共享方式，因此本文對GWCN共享方式不作詳細描述。

    基礎設施的共享不涉及物理設備的共享，而其余幾種都可以共享接入網(wǎng)的物理設備。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)調復雜度上升^[3]。

2.1 站點基礎設施的共享

    站點基礎設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)絡操作也不需要協(xié)同配合?；A設施的共享主要解決選址困難問題，是最常見的網(wǎng)絡共享方式，多個運營商共用站址、機房、傳輸和塔臺等。優(yōu)點是基礎物理設備成本降低，各運營商無線設備獨立，操作維護簡單，不涉及具體網(wǎng)絡設備，但是供電和傳輸是多套運營商設備的疊加。

2.2 漫游

    漫游也是最常見的網(wǎng)絡共享方案，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，在沒有部署自有網(wǎng)絡的區(qū)域則與其他運營商簽署漫游共享協(xié)議。在自有網(wǎng)絡覆蓋的地區(qū)中，用戶接入歸屬網(wǎng)絡；在自有網(wǎng)絡覆蓋以外的地方，則允許用戶接入簽有漫游共享協(xié)議的網(wǎng)絡。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)基礎設備。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，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)絡質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?shù)剡\營商網(wǎng)絡的控制，自主性受損。特別是NSA建網(wǎng)階段采用異網(wǎng)漫游會導致網(wǎng)絡更加復雜，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)絡覆蓋，需網(wǎng)絡側來控制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)絡可能會導致掉話；

    (3)現(xiàn)網(wǎng)容量負荷變重：本質上屬于無線共享載波模式，所以導致承建方4G網(wǎng)絡日趨重載，用戶體驗可能下降；

    (4)用戶服務異常復雜：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(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RAN，而其他運營商租用該運營商的RAN網(wǎng)絡。MOCN共享網(wǎng)絡架構下，根據(jù)載波是否共享又分為獨立載波(MORAN)網(wǎng)絡共享和共享載波網(wǎng)絡共享。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RAN設備全共享，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，可進一步降低基礎設施和設備費用。優(yōu)點：MOCN為共享載波共享方式，共享RAN側全部設備，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，與基礎設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)資源使用狀況分攤費用。

    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)絡的共享基本在無線側，只是在NSA共享階段存在4G和5G需同時共享，全球無應用案例。

    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

    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方案。

3.1 5G NSA共享技術方案

    對于5G NSA共建共享，可分為3種技術方案：（1）雙錨點技術方案；（2）單錨點共享載波技術方案；（3）單錨點獨立載波技術方案，如圖2所示。從網(wǎng)絡結構上看，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種技術方案特點和場景選擇標準如表2所示。

3.2 5G SA共享技術方案

    相對于5G NSA共享，5G SA共享[7]網(wǎng)絡結構相對簡單，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)絡建設與4G網(wǎng)絡解耦，無需各種復雜的錨點協(xié)同方案，5G網(wǎng)絡優(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，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，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，SA共享階段采用option2架構。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)絡規(guī)劃和站點建設

    5G接入網(wǎng)共建共享網(wǎng)絡規(guī)劃流程分為兩個階段：目標確認和網(wǎng)絡評估、站點選擇和方案輸出，并涵蓋6個環(huán)節(jié)。

    (1)目標確認和網(wǎng)絡評估，是制作方案前的準備階段，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、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)絡規(guī)劃中，需要關注錨點規(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)絡結構合理。NR站點規(guī)劃分為3個大步驟：覆蓋評估、站點選擇和網(wǎng)絡結構優(yōu)化。NR站點選擇是站點規(guī)劃的關鍵動作，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習等有效手段，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共享架構的定位是初期的快速部署與過渡，因此應盡可能地減少NSA網(wǎng)絡對雙方4G網(wǎng)絡的影響。具體原則可考慮如下約束：

    (1)4G網(wǎng)絡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。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。

    (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。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，相當于僅僅占用承建方的LTE網(wǎng)絡承載數(shù)據(jù)業(yè)務，有悖于整體的建設原則。

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)絡架構以及共享方式略有差異：

    (1)對于NSA架構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)絡質量；

    (2)對于NSA架構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架構的共建共享，在當前階段，需要完成4G/5G切換回到4G網(wǎng)絡上完成語音通話，之后再回到5G。在未來VoNR部署完成后，就能夠直接在5G網(wǎng)絡上完成語音通話。

4 結論

    無線網(wǎng)絡技術發(fā)展隨著5G技術的到來將迎來革命性的變革。與此同時，5G技術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。因此建成保障基礎廣覆蓋的網(wǎng)絡需要更高的設備CAPEX成本。(2)5G高帶寬、高功耗、高站址密度，導致網(wǎng)絡整體運維成本高。因此如何低成本地建設5G網(wǎng)絡是當前面臨的主要問題。

    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是相對符合當前國內(nèi)運營商發(fā)展目標的共享方式。

    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)絡升級計劃正在提速，NSA網(wǎng)絡共享作為中間態(tài)存在的時間較短，需要加快SA共建共享應用部署。

    通過對站點規(guī)劃、錨點應用方案、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)絡演進的應用探索，當前共建共享方案技術已成熟，可以進行規(guī)?；纳逃媒ㄔO。5G共建共享節(jié)省了大量設備投資，有效提高了網(wǎng)絡設備利用效率，同時最大程度地保障了網(wǎng)絡用戶體驗。

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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)絡通信有限公司網(wǎng)絡技術研究院，北京100048)