基于5G技術(shù)2.1G頻段多模組網(wǎng)應(yīng)用研究

許艷秋 褚 旭 全詩文 周小青 張國光 趙 煜 冷 俊

1.中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司南京分公司；2.中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司江蘇省分公司

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和終端保有量的不斷增加，陳舊制式終端的淘汰和網(wǎng)絡(luò)的退網(wǎng)不能快速完成，形成了5G時代多制式并存的特點(diǎn)，這也造成了運(yùn)營商在站點(diǎn)頻率資源、天面空間、機(jī)房空間、租金、能耗等方面均存在較大的壓力和挑戰(zhàn)。如何在現(xiàn)有條件下降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)成本，充分利用頻譜資源？通過對2.1G主流頻段站點(diǎn)進(jìn)行研究，以TCO最優(yōu)方式實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)快速部署，同時保障用戶使用感知。

1 基于HDSS技術(shù)和CI免互聯(lián)方案介紹

1.1 總體思路

核心：通過HDSS（動態(tài)頻譜共享技術(shù)）、CI免互聯(lián)技術(shù)特性和多制式同框共模SDR方法提升2.1G頻段效能，提高頻段利用率，提升用戶體驗。

目標(biāo)：基于共模改造方式，完成UNR共模改造驗證和ULNR共模改造驗證。

1.2 HDSS基礎(chǔ)介紹及原理

1.2.1 HDSS基礎(chǔ)概述

HDSS（Hybrid Dynamic Spectrum Sharing）全場景動態(tài)頻譜共享技術(shù)，是一種支持基于4G和5G資源之間的流量需求共享頻譜。利用該技術(shù)可快速完成頻譜分配，在現(xiàn)行可用容量下，同時達(dá)到最好的4G和5G網(wǎng)絡(luò)效能，與必須拆分頻譜進(jìn)行專門分配有本質(zhì)區(qū)別，可廣泛應(yīng)用于有4G、5G同覆蓋需求的場景。相較于傳統(tǒng)LNR等帶寬共享的DSS（動態(tài)頻譜共享）技術(shù)最大帶寬只有20M而言，LNR不等帶寬共享的HDSS技術(shù)，NR最大帶寬可達(dá)40M，其中20MHz的帶寬為5G專用，另外20MHz帶寬為4G、5G瞬時動態(tài)共享。

1.2.2 HDSS共享原理

HDSS支持LTE小區(qū)和NR小區(qū)在同一段共享頻譜上根據(jù)業(yè)務(wù)量需求進(jìn)行時頻資源的動態(tài)共享。NR小區(qū)帶寬大于LTE小區(qū)帶寬，其中LTE小區(qū)帶寬等于共享頻譜資源，NR小區(qū)帶寬除去共享頻譜資源的部分為NR小區(qū)獨(dú)享頻譜資源?；诓坏葞挼腍DSS支持的小區(qū)帶寬組合如表1所示。

表1 HDSS支持的小區(qū)帶寬

HDSS功能開啟后，加入頻譜共享小區(qū)集的LTE小區(qū)和NR小區(qū)可在共享頻譜范圍內(nèi)進(jìn)行資源共享，如圖1所示，具體為：（1）時域維度：支持以1ms為粒度的瞬時共享，即可達(dá)到每1ms進(jìn)行一次頻譜資源的協(xié)調(diào)調(diào)度；（2）頻域維度：支持以1RB為粒度的動態(tài)共享，根據(jù)LTE側(cè)和NR側(cè)的業(yè)務(wù)量需求進(jìn)行動態(tài)資源分配。

圖1 LTE小區(qū)和NR小區(qū)時頻域資源共享原理示意

共享頻譜范圍內(nèi)，HDSS需通過LTE/NR相互避讓機(jī)制，解決LTE/NR信道沖突問題。

1.3 CI免互聯(lián)概率及特性

1.3.1 CI免互聯(lián)概述

CI為一種用于不同BBU間互聯(lián)的信號配線口。免CI互聯(lián)即無互聯(lián)配線口場景下，通過對多模式RRU的CPRI通道反傳時鐘來保障不同制式間嚴(yán)格相位同步和頻率同步，從而實現(xiàn)BBU間跨框的SDR。技術(shù)多制式以SDR（Software defined Radio）共存是低成本網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)的發(fā)展方向。但不同制式的建網(wǎng)時期不同，不同制式雖然共用一個SDR射頻模塊，但BBU部署在不同的物理位置。比如早期部署3G時，BBU設(shè)備主要以DRAN方式靠近基站部署，而當(dāng)前5G建網(wǎng)按照CRAN方式集中部署B(yǎng)BU已成為主流，這就出現(xiàn)了在CRAN和DRAN混合組網(wǎng)下的3G和5G BBU設(shè)備距離遠(yuǎn)的問題，導(dǎo)致無法使用同一個SDR射頻模塊。

解決這一難題的方案是將存量3G BBU與5G BBU設(shè)備搬遷到一起，但是這會增加改造成本、機(jī)房租金、空調(diào)電費(fèi)等。為了以最小代價解決問題，保護(hù)運(yùn)營商投資，采用免CI互聯(lián)創(chuàng)新方案，僅需將SDR射頻模塊分別與3G和5G BBU進(jìn)行光纖連接，無需搬遷和更換BBU設(shè)備，解決了跨制式SDR混合組網(wǎng)難題，實現(xiàn)最大程度盤活老舊3G BBU設(shè)備，從而提升5G投資效率，加快5G建設(shè)。

1.3.2 CI免互聯(lián)特性

通過基礎(chǔ)互聯(lián)，兩個BBU實現(xiàn)了控制數(shù)據(jù)、時鐘信號、傳輸數(shù)據(jù)的交互，從而支持跨BBU共傳輸、跨BBU共時鐘和跨BBU SDR。

跨BBU共傳輸是指一個BBU提供共享傳輸接口，連接到傳輸網(wǎng)絡(luò)，并為另一個BBU提供傳輸通道。該特性支持兩個BBU中的任意制式間共傳輸。一般情況下，共傳輸接口可以由根BBU或由葉子BBU中的傳輸板提供。

跨BBU共時鐘是指一個BBU從外部獲取共享時鐘源，并給另外一個BBU提供時鐘源。該特性支持兩個BBU中的任意制式間共時鐘。外部時鐘源可以由根BBU或葉子BBU獲取。

2 基于HDSS技術(shù)和CI免互聯(lián)實現(xiàn)2.1G頻段效能方式

2.1 HDSS實現(xiàn)方式

（1）HDSS功能通過打開功能開關(guān)，配置NR獨(dú)享頻譜資源和配置共享小區(qū)集來開啟，同時要求參與頻譜共享的LTE小區(qū)和NR小區(qū)滿足無線幀和子幀對齊，同時打開LTE側(cè)和NR側(cè)功能開關(guān)。

①將LTE側(cè) 參 數(shù)SpectrumCloud.SpectrumCloudSwitch配置為“LTE_NR_SPECTRUM_SHR”，并打開LTE側(cè)參數(shù)SpectrumCloud.SpectrumCloudEnhSwitch的 子 開 關(guān)“LNR_SPECTRUM_SHR_ASYM_SW”。

②打開NR側(cè)參數(shù)NRDUCellAlgoSwitch.SpectrumCloudSwitch的子開關(guān)“LTE_NR_FDD_SPCT_SHR_SW”并打開NR側(cè)參數(shù)NRDUCellAlgoSwitch.SpectrumCloudEnhSwitch的 子 開 關(guān)“LTE_NR_FDD_SPCT_SHR_ASYM_SW”。

（2）配置NR獨(dú)享頻譜資源，NR獨(dú)享頻譜資源需配置在NR帶寬的一端，NR獨(dú)享的上行頻譜資源和下行頻譜資源可以配置相同或不同。

①當(dāng)僅通過NR側(cè)參數(shù)gNBDULteNrSpctShrCg.NrReservedRbStartIndex和gNBDULteNrSpctShrCg.NrReservedRbEndIndex來配置獨(dú)享頻譜資源時，表示上下行配置相同的獨(dú)享頻譜資源。

②當(dāng)配置了上述兩個參數(shù)后，還配置了NR側(cè)參數(shù)gNBDULteNrSpctShrCg.NrUlReservedRbStartIndex和gNBDULteNrSpctShrCg.NrUlReservedRbEndIndex，則上行獨(dú)享頻譜資源將按照這兩個參數(shù)的配置值生效，下行獨(dú)享頻譜資源仍按照NR側(cè)參數(shù)gDULteNrSpctShrCg.NrReservedRbStartIndex gNBDULteNrSpctShrCg.NrReservedRbEndIndex的配置值生效。

（3）配置LTE和NR頻譜共享小區(qū)集

①將參與共享的LTE小區(qū)加入LTE頻譜共享小區(qū)集：通過LTE側(cè)參數(shù)SpectrumCloud.LteNrSpectrumShrCellGrpId和LteNrSpctShrCellGrp.LteNrSpectrumShrCellGrpId來配置。

②配置LTE頻譜共享小區(qū)集和NR頻譜共享小區(qū)集的關(guān)聯(lián)關(guān)系：通過NR側(cè)參數(shù)gNBDULteNrSpctShrCg.NrSpctShrCellGrpId和gNBDULteNrSpctShrCg.LteSpctShrCellGrpId來配置。

③將參與共享的NR小區(qū)加入NR頻譜共享小區(qū)集：通 過NR側(cè) 參 數(shù)NRDUCellSpctCloud.NrDUCellId和NRDUCellSpctCloud.NrSpctShrCellGrpId來配置。

（4）配置幀偏置和TA偏移量（滿足無線幀和子幀對齊）

①幀偏置：LTE側(cè)通過參數(shù)CellFrameOffset.FrameOffset或ENodeBFrameOffset.FddFrameOffset來配置，如果同時配置了這兩個參數(shù)，則以參數(shù)CellFrameOffset.FrameOffset的取 值 為 準(zhǔn)；NR側(cè) 通 過 參 數(shù)gNodeBParam.FrameOffset或gNBFreqBandConfig.FrameOffset來配置，如果同時配置了這兩個參數(shù)，則以參數(shù)gNBFreqBandConfig.FrameOffset的取值為準(zhǔn)。

②TA偏移量：通過NR側(cè)參數(shù)NRDUCell.TaOffset來配置。

2.2 CI免互聯(lián)實現(xiàn)方式

（1）關(guān)鍵技術(shù)

跨框SDR要求各制式時鐘嚴(yán)格同步，在BBU互聯(lián)場景下，可通過互聯(lián)線傳遞時鐘信號，做到制式間時鐘互鎖，保障制式間嚴(yán)格相位同步和頻率同步。但是在BBU免互聯(lián)場景下，無法通過互聯(lián)線進(jìn)行時鐘互鎖，因此可通過跨框多模RRU的CPRI通道反傳時鐘保障制式間時鐘同步。如圖2所示。

圖2 跨框多模CPRI通道反傳時鐘

LN側(cè)BBU接入時間同步源，跨框多模RRU固定鎖LN側(cè)時鐘。LN側(cè)和U側(cè)的頻差在多模RRU側(cè)體現(xiàn)為CPRI緩存偏差，多模RRU將CPRI緩存偏差反饋給U，U側(cè)調(diào)整BBU的頻率與LN側(cè)同步。如圖3所示。

圖3 BBU免互聯(lián)示意圖

（3）參數(shù)配置優(yōu)化方法

①配置參數(shù)EQUIPMENT.SDRCONNSW為“OFF”，EQUIPMENT.InterSubrackClkAlignMode為“PEER_RF_CLK”。

②對于同一個多模RRU，通過參數(shù)SpectrumCloud.SpctShrMode來 配 置RRU_RS。根據(jù)RRU規(guī)格規(guī)劃ULNR功率，現(xiàn)網(wǎng)當(dāng)前使用的4*80W的RRU5916，U側(cè)使用20W，LNR側(cè)共享60W。

③在U側(cè)設(shè)置參數(shù)PEERCLK.PNT為“RF”，指定提供時鐘源的跨框多模RRU的柜號PEERCLK.CN、框 號PEERCLK.SRN、槽 號PEERCLK.SN，并 設(shè)置CLKSYNCMODE.CLKSYNCMODE為“FREQ”。在LNR側(cè)配置時間同步源，如GNSS或1588v2，并設(shè)置CLKSYNCMODE.CLKSYNCMODE為“TIME”。

④LN側(cè)不能開啟空口軟同步、寬松時間同步、低精度幀同步和1588 ATR功能。

3 HDSS技術(shù)和CI免互聯(lián)共模方式應(yīng)用場景及效果

3.1 3/5G CI免互聯(lián)改造

當(dāng)3/5G兩個BBU距離較遠(yuǎn)或共機(jī)房（任意一個BBU無UMPT互聯(lián)單板）時均無法完成BBU互聯(lián)。通過CI免互聯(lián)方式解決了不互聯(lián)場景下支持跨框SDR兩種典型場景：不需要機(jī)房搬遷，不需要更換單板，也可以支持跨框SDR，降低特性部署成本。

當(dāng)兩個BBU距離較遠(yuǎn)，如一個BBU位于站點(diǎn)機(jī)房，另一個BBU位于集中機(jī)房，兩個機(jī)房不在同一位置，BBU無法互聯(lián)。如圖4所示。

圖4 跨機(jī)房BBU無法聯(lián)絡(luò)示意圖

即使兩個BBU共機(jī)房，但當(dāng)任意一個BBU無UMPT互聯(lián)單板，也無法互聯(lián)。如圖5所示。

圖5 BBU無UMPT互聯(lián)單板示意圖

CI免互聯(lián)方式成功攻克了遠(yuǎn)距離BBU間無法互聯(lián)及BBU間主控板性能不支持互聯(lián)的疑難問題，對于存量3G站點(diǎn)區(qū)域，只要光纖可以到達(dá)的地方即可以快速實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋，有助于快速實現(xiàn)深度覆蓋優(yōu)化及重點(diǎn)局部覆蓋優(yōu)化。如圖6所示。

圖6 3/5G BBU免互聯(lián)示意圖

3/5G免互聯(lián)現(xiàn)網(wǎng)效果應(yīng)用：

完 成UMTS基 站：NJ_JN_HW_不 公 開_W_BBU3與NR：NJ_JN_HW_不公開_N站點(diǎn)3/5G CI免互聯(lián)特性改造，如圖7所示。

圖7 3/5G BBU免互聯(lián)改造前后對比圖

改造結(jié)果：UMTS（17.1版本）、NR（17.1版本）在共SDR場景下，N側(cè)BBU接入時間同步源，跨框多模RRU5916固定鎖N側(cè)時鐘，NR與UMTS小區(qū)正常，無新增告警，KPI指標(biāo)正常。

3.2 3/4/5G CI免互聯(lián)及HDSS共模改造

改造模式一：U[L*NR]共框分離主控共SDR（利用HDSS技術(shù)+BBU機(jī)框制式主控技術(shù)）

針對現(xiàn)網(wǎng)已有的3/4G共模站點(diǎn)，可通過多制式同框共模SDR方法及前文所述HDSS技術(shù)快速部署3/4/5G共模，網(wǎng)絡(luò)升級改造速度快，建設(shè)投入成本少。

在原UL站點(diǎn)上做LNR共主控改造，原BBU機(jī)框新增UBBPg2ac單板配置為LNR共模，更換6槽3G側(cè)主控為UMPTb1，3槽新增UBBPd1基帶板，通過雙星組網(wǎng)與LNR共SDR，并通過CPRI MUX從對端LNR側(cè)B板2槽出纖，通過復(fù)用多模RRU設(shè)備，形成一臺RRU實現(xiàn)3/4/5G三制式并發(fā)輸出。如圖8所示。

圖8 CI免互聯(lián)及HDSS共模改造示意圖

控制權(quán)配置：先DSP LOADCTRL確認(rèn)兩端的版本號，再SET LOADCTRL，U側(cè)設(shè)置為本端無控制權(quán)，LNR側(cè)設(shè)置為本端有控制權(quán)。

改造模式二：U+L*NR跨框免CI互聯(lián)共SDR（利用CI免互聯(lián)技術(shù)+HDSS技術(shù)）

如圖9組網(wǎng)，在NR Only站點(diǎn)上做LNR共主控改造，新增UBBPg2ac單板配置為LNR共模，并復(fù)用其中一個RRU新建一個LTE載波。新增一個3G BBU，配置為UMPTb1+UBBPd1，并通過雙星組網(wǎng)與LNR共SDR。

圖9 跨框免CI互聯(lián)共SDR改造示意圖

硬件調(diào)整：5G BBU的0槽新增UBBPg2ac單板，新增3GBBU（主控UMPTb1，基帶板UBBPd1），分別從5G BBU和3G BBU接口板出纖連接在同一個RRU5916，形成雙星組網(wǎng)共SDR。

U側(cè)和LNR配置免CI互聯(lián)，并在共SDR模塊上建立UMTS小區(qū)。

共框改造SDR現(xiàn)網(wǎng)效果應(yīng)用：（1）硬件調(diào)整：5G BBU的0槽新增UBBPg2ac單板，新增3G BBU（主控UMPTb1，基帶板UBBPd1），分別從5G BBU和3G BBU接口板出纖連接在同一個RRU5916，形成雙星組網(wǎng)共SDR；（2）NR共主控改造為LNR，擴(kuò)LTE載波，LNR共SDR的載波使用新增基帶板；（3）3G開站，主控柜框槽配置為0/1/6，基帶板柜框槽配置為0/1/3；（4）U側(cè)和LNR配置免CI互聯(lián)，并在共SDR模塊上建立UMTS小區(qū)。

改造結(jié)果：（1）在任意一側(cè)基站可以通過DSP RRU查詢到對端網(wǎng)元信息；（2）DSP CLKSTAT輸出結(jié)果中查詢U側(cè)時鐘鎖定正常，當(dāng)前是時鐘源為Peer Clock；（3）ULNR小區(qū)狀態(tài)正常。

4 結(jié)束語

本研究介紹的基于動態(tài)頻譜共享技術(shù)及同RRU內(nèi)不同制式間靈活的功率分配技術(shù)，是全國同行業(yè)內(nèi)首創(chuàng)的最新覆蓋技術(shù)方法，利用一個BBU機(jī)框、一臺RRU、一副天線同時實現(xiàn)頻譜的智能分配和三種網(wǎng)絡(luò)模式的共存，即能夠在同一平臺設(shè)備上同時實現(xiàn)3/4/5G三種不同網(wǎng)絡(luò)制式，并實現(xiàn)一臺RRU的發(fā)射功率隨頻譜聯(lián)動模式的功能。通過3/5G、4/5G、3/4/5G三種共模站點(diǎn)部署的方案試點(diǎn)和研究，有利于盤活資源，加快網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)成本，提升5G投資效率。