4G網絡基站共享技術研究

宋蒙　聶昌　周瑤

摘要：為了在加快網絡部署的同時節(jié)約建設成本，通過引入基站共享技術可以讓雙方共享站址資源，從而提升覆蓋，實現互惠互利。首先介紹了基站共享技術的原理和基本架構；然后針對不同載頻資源的配置方式，分析了對于基站、空口資源、互操作等的要求，并研究了基站共享技術的應用場景；最后結合共享基站的案例，給出了基站共享技術的部署建議。

關鍵詞：基站共享 獨立載頻 共享載頻 資源管理 互操作

1 引言

目前我國移動通信已經進入了LTE全面發(fā)展的時期，但是三大運營商的規(guī)模存在差異，中國聯通和中國電信迫切需要加快站點的部署以擴大覆蓋范圍。而新建站點勢必要投入大量的設備以及人工成本，并且還面臨著站點資源緊張等重要問題。因此，從競爭的角度出發(fā)，為加快實現4G網絡覆蓋目標，節(jié)省網絡建設投資成本和運營成本[1-2]，引入4G網絡基站共享方案能夠提高投資效益，實現互惠互利，積極地推動4G網絡發(fā)展?；诖?，本文將針對4G網絡基站共享技術的原理進行分析，研究不同的4G基站共享實施方案并進行對比，結合目前基站共享的實際案例給出了建議。

2 基站共享技術原理

2.1 基站共享架構

在3GPP TS 23.251中定義的基站共享架構是GWCN（GateWay Core Network，網關核心網）和MOCN（Multi-Operator Core Network，多運營商核心網）[3-4]，如圖1所示：

GWCN模式除了共享RAN（Radio Access Network，無線接入網絡）之外，演進分組核心網元MME（Mobility Management Entity，移動性管理實體）、核心網關GateWay也是共享的；而MOCN模式僅僅共享RAN。不論哪種模式，共享的RAN都可以連接到多個運營商核心網節(jié)點?？梢允怯啥鄠€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。如果RAN是由多個運營商共享的，那么需要廣播每個運營商的PLMN（Public Land Mobile Network，公共陸地移動網絡）號，以保證不同運營商的用戶都能夠接入網絡。

GWCN架構下，雖然從基站到核心網設備都能夠共享，但是相應地將會面臨龐大的改造工作，尤其是核心網部分，不同運營商之間的營銷策略各不相同，會造成用戶的管理、業(yè)務計費等參數配置也有較大差異，想要統一這些參數的配置難度非常大。而MOCN模式則不共享核心網，也不會涉及到核心網的改造，僅需要4G基站單個基站同時虛擬為雙方運營商的基站，同時為雙方用戶服務。另外，在共享模式下，用戶無感知，不會降低業(yè)務和體驗，對終端基本無要求。

綜合目前的建設情況，中國聯通和中國電信4G合作采用MOCN方式，即不共享核心網，單個基站同時虛擬為中國聯通和中國電信的基站。MOCN模式下，從載波資源的配置還可以細分為獨立載頻和共享載頻[5]。

2.2 共享基站配置

如圖2所示，獨立載頻配置下兩家運營商各自配置一個獨立的載波，每個獨立載波只廣播各自的PLMN ID；共享載頻則是兩家運營商配置一個共享的載波，共享載波需要同時廣播兩家運營商的PLMN ID，UE（User Equipment，用戶設備）選擇PLMN后進行上報，網絡再根據UE選擇的PLMN ID來為UE選擇合適的核心網運營商。

（1）基站配置

不論哪種載波配置方式，eNodeB只有唯一的eNodeB ID，對于新建的共享站，需統一規(guī)劃eNodeB ID以避免與已有站點沖突。

獨立載波下運營商可以配置各自小區(qū)級的特性（鄰區(qū)關系如切換、重選等，業(yè)務方面參數如QoS等），而共享載波下需要配置統一的特性參數，需運營商之間進行協商后再確定。此外，共享模式下必須共享TAC（Tracking Area Code，跟蹤區(qū)域碼），需要雙方運營商統一規(guī)劃TAC以確保實現正確的位置更新和尋呼流程。

不論獨立載波還是共享載波，對于天饋和RRU（Remote Radio Unit，射頻拉遠單元）都不需要進行改造，BBU（Building Baseband Unit，基帶處理單元）則是需要廠家的設備版本能夠支持基站共享功能即可。

（2）傳輸方式

在3GPP的S1、X2接口以及無線資源管理的協議規(guī)范中，已經定義通過多個PLMN標識支持多個不同運營商[6-8]。

UE基于PLMN通過S1接口選擇正確的核心網。共享基站都需要與各個運營商的核心網構建S1鏈路，不同S1鏈路本端可以使用相同的S1接口IP，也可以使用獨立的S1接口IP。獨立載頻和共享載頻方式下S1鏈路配置并無差別。

對于基站之間的X2接口，兩個獨立載頻的基站之間每個運營商各自需要一條X2鏈路，而兩個共享載頻共享eNodeB間，兩個運營商共享一條X2鏈路。

（3）資源管理

與載波配置無關，RRC（Radio Resource Control，無線資源控制）連接數以及基站總的吞吐量都是基站級資源，運營商可共享使用。關于RRC連接數以及基站吞吐量的共享方式可有以下3種考慮：

◆固定比例分配：資源按照比例進行絕對劃分，按照劃分使用各自的資源，互相不給其他運營商共享空閑資源；

◆部分共享分配：部分資源按照比例進行絕對劃分，剩余資源可根據需求進行搶占；

◆按比例共享分配：設置一個共享比例，可在這個比例范圍內共享空閑資源，一旦需要則可“搶回”該部分份額。

對于空口資源，在獨立載波下運營商載頻獨立工作，空口資源的管理不需要做特殊的改造；在共享載波下，可以考慮動態(tài)地進行調配，當其中一個運營商RB（Resource Block，資源塊）資源空閑時，其他運營商可以使用其空閑的RB資源來實現空口資源最大化利用。

（4）互操作

◆切換

根據不同的切換場景對切換流程進行描述，具體如表1所示：

◆重選

在獨立載頻下，小區(qū)與非共享小區(qū)的重選可以按照現網相同的參數雙方各自配置。而在共享載頻下，重選的優(yōu)先級可以設置成絕對的優(yōu)先級，即不區(qū)分運營商；也可以設置成基于PLMN的專有優(yōu)先級，讓用戶重選到本方的2G/3G/4G非共享基站。

◆語音回落

由于共享基站僅僅是4G，而語音業(yè)務是靠各自的2G/3G網絡來解決。中國聯通采用CSFB（Circuit Switched Fallback，電路域回落）到2G/3G網絡，而中國電信采用SRLTE/SVLTE支持語音。因此，如果中國聯通用戶在對方的共享基站下回落到WCDMA，需要中國電信共享基站配置支持CSFB流程；同樣的，如果中國電信用戶從中國聯通共享基站回落，中國聯通共享站需要支持SRLTE功能。表2詳細匯總了關于兩種配置主要的不同點[9]。

綜上所述，獨立載頻模式可實現更獨立的網絡運營，對于現網的影響較小，改造起來更加容易，且對于網絡性能和業(yè)務分析難度較低；小區(qū)參數調整不影響其他小區(qū)業(yè)務，這樣也更便于實現和管理。但是，在部署靈活性以及未來如果需要載波聚合追求更高的速率的情況下會較為不便。而共享模式的優(yōu)點是實現共享更多的RAN資源，載波的部署也更加靈活。但是運營商之間的耦合度較高，小區(qū)配置復雜，維護管理難度大；而且小區(qū)特性共享，分析起來的復雜程度較高，網絡改造會牽涉到大量的協調工作和后續(xù)管理工作。

共享基站的建設考慮先易后難，初期可以考慮在1.8 GHz頻段、雙方都有意愿的區(qū)域采用獨立載頻的方案進行部署，后續(xù)隨著經驗的積累和業(yè)務的實際需求增加共享載頻的方案。

3 共享基站場景

3.1 部署場景

共享基站的建設主要是為了解決站址資源緊張，降低建設成本，在3GPP中也針對場景進行了定義和描述[10]。共享基站的建設應該著眼于中國聯通、中國電信至少其中一方存在不良覆蓋的場景以及業(yè)務質量較低、亟待改善的場景。共享基站主要適用于：

（1）偏遠鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農村等廣覆蓋區(qū)域：偏遠鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農村等業(yè)務量較低的區(qū)域，農村基站流量極低，僅吸收了全網1%～10%的流量。

（2）高鐵、高速公路：用戶高速移動的場景普遍存在覆蓋差的情況，覆蓋此類場景的投資較大且效益低。

（3）室分場景：新建室內分布系統的投資占移動網投資的30%～40%，但部分室分場景的流量比例并不高，適合共享基站進一步降低投資。

表3給出了重點場景的共享建設建議。

此外，共享站的建設應該盡量保證大面積連片共享覆蓋，減少與非共享站的邊界。這是因為共享站和另一方非共享站的鄰區(qū)關系、切換參數等配置及調整需要兩家運營商之間協調，手動配置及調整對于長期網絡優(yōu)化和維護非常不利，插花共享基站的情況應該盡可能地避免出現。

3.2 共享基站案例

目前全球范圍內已有不少部署了共享基站的案例，具體如下：

（1）沃達豐和Orange在鄉(xiāng)村場景LTE 2100 MHz的頻段部署了共享基站，核心網相互獨立，RRU配置兩家頻段，采用獨立載頻的共享方案，站點數量減少了20%，而覆蓋卻提升了25%，同時運營成本降低了38%。

（2）香港的電訊盈科和HUT通過共享載頻的方式部署了共享基站，帶來了更高的RAN容量，減少了40%的站點數量。

（3）中國聯通和中國電信選擇了雙方都有建設意愿的鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域，通過無線資源分配與管理、移動性管理、系統間互操作、網管關鍵能力等方面開展了測試與分析，也進一步驗證了共享載波方案的可行性。

4 共享基站技術總結

根據上述基站共享技術的分析，結合場景和案例總結如下：

基站共享有GWCN和MOCN這2種主要的模式。前者從核心網到基站設備均共享，但是改造復雜度高，不利于管理維護；目前的基站共享均采用MOCN模式，只共享無線接入部分，不會降低業(yè)務體驗，對終端基本無要求。

載頻的配置分為獨立載頻和共享載頻。獨立載頻對于現網的影響較小，運營商可以各自配置小區(qū)級的特性，如切換、重選、QoS等參數；共享載頻運營商之間的耦合度較高，小區(qū)配置和維護管理都更加復雜，但是能夠共享更多的RAN資源，載波的配置也可以根據用戶的業(yè)務量進行靈活配置。為了易于實現，中國聯通和中國電信合作前期可以考慮先采用獨立載波的配置，待后期技術經驗成熟后再進一步考慮共享載波。

共享基站適合部署在偏遠鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農村等廣覆蓋區(qū)域，高鐵、高速公路等高速移動場景以及室內分布場景。通過共享基站能夠改善覆蓋，在不增加站點的情況下有效地吸收用戶流量，以進一步降低成本。

5 結束語

本文首先介紹了基站共享的基本架構，通過比較得出采用MOCN建設共享基站更為適合；然后在基站配置、資源共享、傳輸和互操作等方面對比了獨立載頻和共享載頻對于改造需求的不同；最后對基站共享的部署場景和實際案例進行分析?；竟蚕砑夹g能夠減少站點數量并改善覆蓋，從而解決站址資源緊張的問題，降低投資成本，是加快實現4G網絡覆蓋目標的有效手段。

參考文獻：

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[2] Guo Tao， Arnott Rob. Active LTE RAN Sharing with Partial Resource Reservation[A]. IEEE Vehicular Technology Conference[C]. 2013.

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[8] 3GPP TS 36.331. Radio Resource Control （RRC） （Release 13）[S]. 2016.

[9] 周瑤，李福昌. FDD基站如何共享[J]. 通信世界， 2016（9）： 18-19.

[10] 3GPP TS 22.852. Study on Radio Access Network （RAN） sharing enhancements （Release 13）[S]. 2014.★