文獻標識碼： 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網絡共建共享技術研究[J].電子技術應用，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共建共享戰略和意義
目前，5G運營商面臨著通信網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網絡建設面臨著兩方面的挑戰。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業務及數據流量的需求，5G需要使用更多的頻譜資源以及更大的系統帶寬，5G基站數量的成倍增長、大規模多輸入多輸出(Massive MIMO)技術的引進使得AAU通道數多達64個之多，在給網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量較多，建設與運營成本成為網絡運營中的重要考量因素。基于降低成本考慮，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LTE網絡覆蓋，兩家運營商網絡部署方案為LTE站點全部共建共享，即：將英國劃分為東部和西部兩大區域，由2家分別部署eNodeB，核心網獨立，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，以先發優勢占領了市場。后進運營商E和F為了減輕競爭壓力，實現LTE快速部署上市、降低投資和運營成本，聯合成立合資公司，專門負責管理LTE網絡，將瑞典等分為4個區域，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業務。
因此，無論從內部矛盾進行剖析，還是從國際上的經驗來看，5G共建共享勢在必行。需要積極探索5G網絡共建共享技術和方案，通過“創新、開放、共享”的方式，打造“全國性5G網絡，滿足不同地區、不同發展需求”。
2 5G共建共享方式
基于運營商的深度合作和網絡共享技術涉及的技術手段，網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元，BBU、AAU、RRU這些設備，還都是獨立運營的，網管、核心網也都完全獨立，平常的網絡操作也不需要協同配合。基礎設施的共享主要解決選址困難問題，是最常見的網絡共享方式，多個運營商共用站址、機房、傳輸和塔臺等。優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絡共享方案，國與國之間、運營商區域與區域之間，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域部署整個網絡，在沒有部署自有網絡的區域則與其他運營商簽署漫游共享協議。在自有網絡覆蓋的地區中，用戶接入歸屬網絡；在自有網絡覆蓋以外的地方，則允許用戶接入簽有漫游共享協議的網絡。優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對接，通過對接的接口和主運營商共享某一區域的接入網基礎設備。在運營商A和運營商B彼此的獨立區域內，是完全不相干的兩張網絡，運營商之間的耦合性低，操作及運維簡單，在對方區域內的網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，要受到當地運營商網絡的控制，自主性受損。特別是NSA建網階段采用異網漫游會導致網絡更加復雜，與國際漫游相比有非常大的差異：異網漫游區內有本網的2/3/4G網絡覆蓋，需網絡側來控制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)網絡改造比較大：無線網共享之外，核心網需要改造升級，核心網部分網元需要擴容；
(2)業務支持難度大：用戶體驗受影響，表現在上網時延增加，用戶從漫游區回到歸屬網絡可能會導致掉話；
(3)現網容量負荷變重：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]，是指一個無線網絡(RAN)可以連接到多個運營商核心網節點，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網絡。MOCN共享網絡架構下，根據載波是否共享又分為獨立載波(MORAN)網絡共享和共享載波網絡共享。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內部，使用邏輯上獨立的不同小區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，形成一個連續大帶寬的共享載波，可進一步降低基礎設施和設備費用。優點：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，協調和管理成本高，動態資源分配，難以保障資源可用性，移動性管理復雜，同時需要足夠的統計數據和計費策略，從而支持根據資源使用狀況分攤費用。
該方案主要特點是：基站共享，雙上聯接入各自核心網，物理上一個基站，邏輯上兩個基站，承載網共享、互通，核心網、IT系統等基本無變化，網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，異網漫游與接入網共享方式對比如表1所示。
綜合比較，5G無線接入網共享方案成為當前各國運營商選擇的主流方案。
3 5G無線接入網共享技術
5G接入網共建共享分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，同時5G NSA基站也需要都連接到雙方的4G核心網。
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]網絡結構相對簡單，僅需5G基站連接到雙方的5G核心網即可，如圖3所示。5G網絡建設與4G網絡解耦，無需各種復雜的錨點協同方案，5G網絡優化簡單，減少30%的錨點優化工作量，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，初期實現NSA共享，以SA為目標，過程中經歷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接入網共建共享網絡規劃和站點建設
5G接入網共建共享網絡規劃流程分為兩個階段：目標確認和網絡評估、站點選擇和方案輸出，并涵蓋6個環節。
(1)目標確認和網絡評估，是制作方案前的準備階段，通過現網各項信息的收集、分析和多方溝通工作，確認本地共享共建的目標、區域、錨點策略以及現網覆蓋情況；包含需求分析、價值區識別和覆蓋分析3個環節。
(2)站點選擇和方案輸出，是網規方案具體制作階段，根據共享共建策略和選址原則，完成4G/5G站點選擇、RF設計和參數規劃等工作，輸出網規方案；包含5G站點選擇、覆蓋效果評估和參數規劃3個環節。
5G NSA共享共建網絡規劃中，需要關注錨點規劃方案和NR站點選擇兩個方面。
(1)錨點規劃方案：根據各頻段站點規模和覆蓋情況，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，還需要根據本地頻點的具體使用情況，協商共享共建錨點的具體頻點和帶寬。錨點層網絡規劃原則是覆蓋連續，容量不影響現網用戶感知。
(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，保證網絡結構合理。NR站點規劃分為3個大步驟：覆蓋評估、站點選擇和網絡結構優化。NR站點選擇是站點規劃的關鍵動作，首先根據小區冗余評估，優化現網站點選擇；然后根據弱覆蓋聚類，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，根據工程參數、已有MR覆蓋、地圖信息等數據，實現更加精準的NR站點選擇。
3.5 4G/5G配合和協同
共建共享初期采用NSA共享，4G/5G的配合與協同也尤為重要。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網絡對雙方4G網絡的影響。具體原則可考慮如下約束：
(1)4G網絡升級支持專有頻率優先級功能，這樣可以通過識別終端類型下發針對5G NSA終端的LTE網絡的駐留優先級。這樣既可以避免對現網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的LTE網絡。這樣可以避免共享方的4G終端過多地占用承建方的LTE網絡。
(3)對于沒有5G NR覆蓋的區域，共享方的5G終端用戶從承建方錨點站回到本網的LTE網絡。在沒有NR覆蓋的區域，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網絡承載數據業務，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本網完成語音通話，在通話完成后，可以通過頻率優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網絡上完成語音通話。
4 結論
無線網絡技術發展隨著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，導致網絡整體運維成本高。因此如何低成本地建設5G網絡是當前面臨的主要問題。
5G階段共建共享的必要性和戰略意義凸顯。目前有多種共建共享方式，對于不同的運營商經營狀況和網絡現狀，運營商可以選擇適合自身發展的方案。在借鑒國際上的共建共享經驗的同時，針對目前已有的共建共享方案對比分析，對于中國國內運營商，MORAN和 MOCN是相對符合當前國內運營商發展目標的共享方式。
從整體產業的發展趨勢來看，SA作為目標網是行業內達成的共識。目前國內運營商SA網絡升級計劃正在提速，NSA網絡共享作為中間態存在的時間較短，需要加快SA共建共享應用部署。
通過對站點規劃、錨點應用方案、4G/5G配合協同、語音解決方案以及后續雙模/SA共享網絡演進的應用探索，當前共建共享方案技術已成熟，可以進行規模化的商用建設。5G共建共享節省了大量設備投資，有效提高了網絡設備利用效率，同時最大程度地保障了網絡用戶體驗。
參考文獻
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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.中國聯合網絡通信有限公司網絡技術研究院，北京100048)