4G網絡共建共享解決方案研究

青 春，王興光，胡雅靜，王 玨（北京電信規(guī)劃設計院有限公司，北京 100048）

1 概述

隨著5G 在中國規(guī)模商用的推進和5G 新基建的提出，伴隨著4G 網絡業(yè)務遷轉至5G 網絡，4G 網絡的需求將會逐年減少，運營商之間的4G網絡合并將成為一種趨勢［1］。在今后一段時間內，尤其在廣覆蓋上，仍有4G 網絡的需求。低成本完善4G 網絡覆蓋、降低網絡整體TCO，使運營商網絡覆蓋互補，從而進一步提升網絡競爭力成為新一階段的網絡演進方式［2］。在不影響現(xiàn)網質量的前提下，以節(jié)省建設投資、降低運營成本、提升網絡競爭力為目標，在低話務區(qū)域共建共享（包括低頻網絡共享、深度覆蓋在內的存量室分開放共享、區(qū)域網絡合并），逐步形成一張4G 打底網［3］，達到TCO 最優(yōu)、提升資源效率、快速改善網絡感知、降低運營成本的目的。

2 4G網絡共享場景及共享方式

4G 網絡共享場景包括室外低話務區(qū)域、室內分布場景、其他互補場景等，本章探索不同場景條件下存量共享、區(qū)域并網和覆蓋共建的方案［4］。存量共享是指一方有覆蓋的區(qū)域，向另一方開放存量資源。區(qū)域并網則是在同一區(qū)域雙方均有覆蓋的區(qū)域，保留一張4G網絡，歸并雙方物理站址。而在雙方均無覆蓋的區(qū)域，雙方按一定比例進行共建。在市區(qū)、縣城、農村、道路場景根據(jù)基站覆蓋范圍采用不同的共享方式開展合作［5］。共享頻段包括800、900、1 800和2 100 MHz所有4G 頻譜資源。探索從設備層面、頻率層面、室內分布、天饋系統(tǒng)、天面配套、機房、其他配套等多種共享方式［6］。選取覆蓋好、租費低的一方為開放方，盡量達到站址歸并后減少一方的鐵塔需求。對于平臺資源緊張的站點，采用天線整合方式騰退優(yōu)質天面資源建設5G。

圖1給出了中國聯(lián)通和中國電信頻譜資源。

圖1 中國聯(lián)通和中國電信頻譜資源

所有場景視業(yè)務量情況均可開通1 800/2 100 MHz共享，優(yōu)先開通共享載波，如容量不足，可以開通獨立載波。共享區(qū)域可充分利用雙方頻率資源，對1 800 MHz 頻段，可協(xié)商共享1 830～1 880 MHz 共計50 MHz頻率，可開通1.8 GHz 頻段的帶內20 MHz+20 MHz 載波。對2 100 MHz 頻段，可協(xié)商共享使用2 110～2 165 MHz 頻段共計55 MHz 頻率，中國聯(lián)通可在保留WCDMA 單載波的基礎上［7］，開通2.1 GHz 帶內20 MHz+20 MHz載波。

3 4G網絡共享分析

本章對基站設備能力、雙方低頻系統(tǒng)（800/900 MHz系統(tǒng)）共享方案、室分系統(tǒng)、L1800網絡15/20 MHz插花方案進行驗證，對區(qū)域共享方案，語音、數(shù)據(jù)業(yè)務能力，終端支持能力，共享實施方案對網絡性能和業(yè)務體驗的影響展開深入研究，對共享使用條件、共享后的效果進行評估。

3.1 基站設備能力分析

4G 現(xiàn)網設備中華為、諾基亞和中興的主設備均支持800/900/1 800/2 100 MHz 開通共享功能。接入測試指標如表1所示。

表1 接入測試指標

在中國聯(lián)通1 800 MHz 設備上給中國電信開通1 860～1 875 MHz頻段小區(qū)共享，會在連續(xù)覆蓋場景與1 860～1 880 MHz 頻段小區(qū)在邊緣造成干擾。通過對共享1 800 MHz 區(qū)域開通15 MHz 獨立載波進行DT 拉網切換測試，發(fā)現(xiàn)占用中國電信小區(qū)的覆蓋率較差，通過對log分析發(fā)現(xiàn)，相鄰的中國電信基站未配置異頻鄰區(qū)，從而導致切換不及時，造成RSRP 指標差［8］。中國聯(lián)通共享站開啟時，在問題點位置占用頻點為1 850 MHz的基站，且該位置鄰區(qū)列表無共享站點，而在該位置共享站點頻點為1 823 MHz，RSRP 值高于頻點為1 850 MHz 的基站，由于中電信異頻切換參數(shù)問題導致在該位置未發(fā)生切換，出現(xiàn)質差現(xiàn)象。

3.2 低頻網絡頻譜共享選擇

中國聯(lián)通中國電信雙方各有11 MHz 低頻優(yōu)質頻段作為覆蓋打底層，其中中國電信為869～880 MHz（下行），主要用于C800+L800 業(yè)務承載［9］，中國聯(lián)通為904～915 MHz（下行），主要用于G/U900+L900 業(yè)務承載。目前L800 共享主要以5 MHz 帶寬為主，中國電信完成頻率深耕并開通動態(tài)頻譜共享功能后，可以開通5～10 MHz 的共享。L900 視具體場景可以開通5～10 MHz的共享。

選取了某FDD 基站進行實驗。5 MHz 和10 MHz帶寬配置下（其他配置相同），選取好點進行CQT 上傳、下載測試，結果如表2 所示，從表2 可看出：10 MHz帶寬的上傳下載速率（均值和峰值）均高于5 MHz 帶寬。

表2 L900 5 MHz和10 MHz 速率對比

從基站出發(fā)向外測試至小區(qū)邊緣，分別進行上傳和下載。5 MHz 和10 MHz 下行覆蓋對比如圖2 所示，從圖2 可以看出，5 MHz 帶寬情況下，RSRP＞-100 dBm的覆蓋距離為6.56 km，10 MHz 為3.41 km；5 MHz 帶寬情況下，RSRP＞-110 dBm 的覆蓋距離為8.33 km，10 MHz 為5.97 km。從覆蓋分布角度看5 MHz 帶寬明顯好于10 MHz帶寬。

圖2 L900 5 MHz和10 MHz RSRP測試

5 MHz 和10 MHz 下載速率分布圖對比如圖3 所示，從圖3 可以看出，距離基站3.3 km 以內時，10 MHz帶寬的下載速率明顯好于5 MHz。距離基站3.3 km 以外時，由于10 MHz 覆蓋弱于5 MHz 帶寬，10 MHz 帶寬優(yōu)勢無法體現(xiàn)，雙方速率相當。小區(qū)邊緣5 MHz 帶寬由于覆蓋優(yōu)勢，下載速率明顯高于10 MHz帶寬。

圖3 L900 5 MHz&10 MHz 下行速率測試

3.3 動態(tài)頻譜共享技術應用

5G 初期部署時，NR 終端較少，致使頻譜資源浪費，同時使得原有4G 網絡負荷加重?，F(xiàn)網2.1 GHz 頻段已經承載了部分LTE 用戶，如果5G 初期將2.1 GHz LTE 完全演進到NR，則4G 容量縮小，對4G 用戶體驗造成影響，5G 初期用戶少，全NR 化時，2.1 GHz頻段利用率低下。因此可以采用動態(tài)頻譜共享（DSS）過渡（見圖4），在LTE 有余量的情況下，動態(tài)引入NR，NR與LTE 頻譜比例隨用戶接入動態(tài)調整，DSS 滿足初期5G 用戶的接入，同時保證現(xiàn)網4G 用戶的體驗，有效提升頻譜使用效率。

圖4 PRB/TTI級動態(tài)頻譜共享（DSS）

4G/5G 2.1 GHz動態(tài)頻譜共享功能在站間距500 m情況下容量對比（假設終端為4R）如表3 所示，從表3可以看出，20 MHz DSS 對LTE 和NR 系統(tǒng)引入更多開銷，對上下行流量和速率都有影響。

表3 20 MHz帶寬動態(tài)頻譜共享速率對比

3.4 終端對共享網絡的支持度

驗證終端對共享網絡的支持度時，選取19款主流全網通4G 終端。當共享小區(qū)開通獨立載波時，支持4G 的全網通手機均可以正常使用對方800/900/1 800/2 100 MHz 的共享網絡。而當開通共享載波時雖然都可以占用對方1 800 MHz 網絡頻點小區(qū)，但華為、oppo、vivo 等麒麟和聯(lián)發(fā)科芯片的手機啟動駐留1 800 MHz 共享載波頻點時間稍晚。除華為Mate20 及Mate 20X 終端外，其他型號手機都無法正常駐留在800/900 MHz共享載波小區(qū)，具體如表4所示。

表4 終端駐留情況

3.5 共享網絡關鍵指標分析

共享站點開啟后，中國聯(lián)通、中國電信終端均可正常接入共享站網絡的情況下，800 MHz 共享站開通后，中國聯(lián)通、中國電信各小區(qū)速率基本達標，但與1 800 MHz 和2 100 MHz 小區(qū)相比有不小的差異。單獨測試小區(qū)下載峰值速率可達到140 Mbit/s 以上，均達到單驗速率要求；同時做業(yè)務的情況下，2 家用戶平分網絡資源，2 家下載速率均在70～80 Mbit/s，速率基本相當（見表5）。

表5 共享小區(qū)速率指標（單位：Mbit/s）

共享站點的KPI指標在共享載波開通前后保持平穩(wěn)，其中PRB 利用率有所上升，由于開放低業(yè)務區(qū)網絡資源，未達到擴容門限。中國聯(lián)通側開通前后日均流量有所下降，平均用戶數(shù)保持穩(wěn)定。開通獨立載波和共享載波后VoLTE 呼叫、CSFB、CDMA 業(yè)務均正常，站點VoLTE 業(yè)務接入、切換指標保持良好穩(wěn)定。開放方VoLTE 無線接通率略有下降，掉話率有所惡化，但整體保持平穩(wěn)。而在中國電信共享中國聯(lián)通共享載波時，中國電信用戶發(fā)起CDMA 呼叫后RRC 連接釋放，釋放原因為CSFB，從而導致小區(qū)級CSFB成功率下降。中國聯(lián)通CSFB 平均建立時延為4.91 s，中國電信CDMA 平均建立時延為1.28 s。開通共享載波前后中國聯(lián)通側、中國電信側指標如表6所示。

表6 共享小區(qū)KPI指標

4 4G共享遺留問題解決方案

4.1 15 MHz和20 MHz帶寬插花干擾

在中國電信1 860～1 880 MHz頻段20 MHz帶寬連續(xù)覆蓋區(qū)域，中國聯(lián)通開通1 860～1 875 MHz 頻段的15 MHz 帶寬會產生15 MHz 與20 MHz 插花組網的現(xiàn)象，在小區(qū)邊緣造成干擾。為了控制15 MHz基站對周邊20 MHz基站的干擾，首先需合理設置中心頻點確保15 MHz 基站與20 MHz 基站CRS 位置對齊，并做好RF優(yōu)化，減少CRS 干擾。在硬件受限的區(qū)域，盡量使用共享載波的方式進行共享。調整相鄰小區(qū)的中心頻點，使15 MHz 帶寬前7.5 MHz 帶寬RS 與20 MHz 帶寬對齊（見圖5）。CRS 位置由CPI 模3（2 個發(fā)射端口）確定，為使15 MHz 與20 MHz 起始頻率相差3 倍RE（45 kHz）的整數(shù)倍，需滿足如下公式：

圖5 15 MHz與20 MHz干擾協(xié)調辦法

式中：

m、n——自然數(shù)

f20MHz、f15MHz——20 MHz、15 MHz帶寬下中心頻率

保持老模塊中心頻率1 867.5 MHz 不變，按照式（1）計算f20MHz=1 969.3 MHz，對應頻點號EARFCN 為1 843。

4.2 800/900 MHz終端支持問題

從終端驗證及對核心網數(shù)據(jù)分析來看，全網只有20%～30%的終端支持雙方低頻共享。雖然主流智能終端幾乎均為全網通終端，但因同時支持的制式、頻段、CA組合能力等不同，且3GPP協(xié)議并沒有規(guī)定終端必須上報硬件全部能力，通常終端廠家都會根據(jù)終端SIM 歸屬PLMN 進行適配，不會給網絡上報全部能力，導致多數(shù)終端無法占用共享載波。目前，全網通手機在硬件上是支持低頻共享的，只是軟件上需要進行修正。其中小米10終端更新DEMO 版操作軟件后，可以成功駐留在雙方的低頻共享基站。因此需要推動手機廠家更新現(xiàn)有手機型號的操作系統(tǒng)，在后續(xù)推出新的手機型號時需同時支持中國聯(lián)通中國電信雙方的低頻接入。

4.3 動態(tài)頻譜共享性能損失

20 MHz DSS 由于存在性能損失問題，可考慮40 MHz DSS（NR 40 MHz+LTE 20 MHz）方式部署，40 MHz DSS 優(yōu)勢在于NR 有獨占帶寬，可以在獨占帶寬內配置SSB/TRS/SIB 等NR 公共消息，減少對LTE 側影響，具體見表7。

表7 動態(tài)頻譜共享速率對比

5 結束語

針對當前4G 網絡覆蓋的新一階段的共建共享需求，本文從基站設備能力、雙方的低頻系統(tǒng)（800/900 MHz 系統(tǒng)）共享方案、室分系統(tǒng)、L1800 網絡15 MHz/20 MH 帶寬插花方案驗證、語音和數(shù)據(jù)業(yè)務能力、終端支持能力，以及共享實施方案對網絡性能和業(yè)務體驗的影響等方面，進行了實際的效果驗證和性能分析，結果顯示4G共建共享方案有較好的效果，具有較好的工程參考意義和價值。隨著共建共享進一步深入，可引入?yún)^(qū)域并網和基礎資源整合，開展中國聯(lián)通中國電信覆蓋互補、低業(yè)務量站址合并。加大4G網絡資源優(yōu)化調配力度，提升設備利用效率。深化中國聯(lián)通中國電信4G 網絡共建共享，助力雙方高質量發(fā)展，向“現(xiàn)網”要競爭力，充分盤活存量資源，解決4G網絡弱覆蓋、高負荷等問題。堅持網業(yè)協(xié)同、低成本完善4G 網絡覆蓋、降低網絡整體TCO、4G/5G協(xié)同，引導4G用戶向5G遷轉，充分挖掘現(xiàn)網資源潛力。以市場業(yè)務需求為引領，通過共建共享和資源優(yōu)化調配完善4G 網絡、確保VoLTE 感知。同時與市場協(xié)同，依托共建共享推進農村廣覆蓋，重點解決千人村、投訴熱點等有業(yè)務需求的行政村覆蓋問題。隨著5G時代的來臨，面對移動業(yè)務高速增長以及業(yè)務類型和用戶業(yè)務模型的變化，弱化4G數(shù)據(jù)權重。