5G网络共建共享方案研究及难点分析

2019-02-13

广东通信技术 2019年11期

1 引言

5G商用在即，推进5G网络共建共享，成为运营商切实提升投资效率，降低电信基础网络总体拥有成本（TCO），有效应对日益加剧的业务竞争的重要途径。2019年9月9日，中国电信与中国联通签署《5G网络共建共享框架合作协议书》，在全国范围内合作共建一张5G接入网络。这标志着，国内电信基础网络共享突破了运营商之间独立投资建网的限制，实现了无线接入网甚至是核心网的深度共享。

2 5G网络共享方案

5G网络共享的深度与资本性支出、网络部署可控性密切相关，如图1所示。其中，铁塔共享方案仅共享站址资源和基站配套资源，运营商建网的可控性最高。而接入网共享方案和异网漫游方案所共享的资源（站址和配套资源、频谱、无线接入网、承载网、核心网等）相较于铁塔共享模式逐级增加，但建网可控性也随之降低，同时存在大量的技术细节需要共享运营商之间进行深入研究和审慎选择。

图1 网络共享深度与资本性支出及可控性的关系

2.1 接入网共享

5G接入网共享的架构如图2所示。运营商之间共享同一个物理基站，该基站双上联接入各自的核心网。同时，双方的承载网采用物理双挂或逻辑双挂的方式进行共享互通。网管系统则由主建方开放权限给共享方。

图2 5G接入网共享网络架构

根据载波配置方式，接入网共享方案可细分为独立载波方案和共享载波方案。独立载波是指在共享基站上同时配置两个独立的载波，每个独立载波广播运营商各自的PLMN。这种方案的好处在于，终端可在各自独立的载波下开展业务，可各自保持运营商原有的语音解决方案，且不需要考虑空口资源分配的策略，适合于双方存在差异化业务的场景。共享载波则可以按需配置1个或两个共享的载波，并且在载波上同时广播不同共享运营商的PLMN。这种方案的频率使用效率相对较高，但需要双方协调空口资源分配策略，且同载波上需要配置双方不同的语音解决方案。

由于5G支持NSA和SA组网模式，因而采用接入网共享方案必须考虑不同组网模式下的技术细节。在NSA模式下，5G基站共享，4G锚点基站可按需共享。也即是说，NSA接入网共享存在单锚点（4G基站不共享）和双锚点（4G锚点基站共享）两种实现方式，如图3所示。

图3 NSA接入网共享单锚点和双锚点方案

（1）NSA单锚点接入网共享

主建方通过改造现有4G或新建的方式建设4G锚点，并开通共享功能。在共享区域，主建方的5G NSA终端开机接入流程与自建无异，而共享方5G NSA终端开机后，则需要先搜索本网4G基站。此时，本网4G基站必须具备识别5G NSA终端并将其引导至主建方4G锚点基站的功能。随后，NSA终端在主建方4G锚点基站的引导下，按需添加5G辅小区。

由此可见，该方案的重点是，在共享区域，必须对共享方的4G基站进行软件升级，使其具备为NSA终端下发专有小区重选频点优先级的功能，以便引导终端重选至主建方4G锚点基站。此外，必须对主建方的4G锚点基站进行扩容，以便在承接共享方5G用户接入的同时，保证本网原有4G用户的体验不受影响。

（2）NSA双锚点接入网共享

双方仅共享5G基站，各自锚定己方的4G基站。这样一来，在共享区域，双方各自的5G用户NSA终端开机后，均通过驻留在本网4G锚点，并在锚点基站引导下按需添加5G辅小区的方式进行接入，与自建NSA网络的流程基本一致。但这种方案的要求较为苛刻，即要求5G与4G基站同厂家，且双方4G基站也需同厂家。此外，双方的4G基站均需升级支持锚点功能。目前，全国首例5G共建共享站点，即是通过双锚点方案进行建设的。

对比单锚点和双锚点两种方案，后者在性能表现上相对更佳，具体体现在：其一，双方NSA终端均无需经过小区重选，接入时延较短，用户感知与自建NSA网络一致；其二，对现网4G基站的容量压力影响较小，且有利于双方相对独立运营。但从场景适用性的角度看，前者可用于双方4G基站不同厂家的区域，而后者仅局限于双方4G同厂家区域，前者的适用性明显更广。

在SA模式下，接入网共享架构与NSA模式下相同。5G基站需开通共享功能，且配置双方4G基站作为邻区，承载网共享互通，核心网无需改造。需要重点考虑的问题是，在VoNR语音方案成熟前，如何回落至4G实现VoLTE语音业务。如回落至主建方VoLTE，则4G基站必须同步共享，且需考虑网间结算问题；如回落至各自的方VoLTE，则4G基站无需共享，终端通过邻区切换回落至本网VoLTE，但是5G基站配置异网邻区的代价较大。

2.2 异网漫游

异网漫游的共享深度更为彻底，其架构如图4所示。在该架构中，接入网和承载网均共享，双方仅自建核心网，开销户、计费和策略控制等功能仍在各自核心网中实现。主建方5G基站只上联至己方核心网，双方承载网对接互通，共享方的用户业务流程需同时经过主建方核心网和共享方核心网。

图4 5G异网漫游网络架构

同样的，在NSA和SA组网模式下，异网漫游的技术实现细节不同。在NSA模式下，4G核心网及无线网均需进行改造。对于4G核心网，主建方MME、SGW需进行扩容，以承接漫入用户。此外，双方核心网需对通，具体会涉及到DNS、DRA、SAE-GW等网元。对于4G无线网，需对共享方4G基站进行升级，以引导共享方5G NSA用户接入主建方5G网络。此外，需对主建方4G基站进行扩容，以承接漫入用户。共享的运营商双方需各自申请一个新网号，由主建方4G基站广播老网号和新网号。

在SA模式下，实现方案较为简单，双方5G核心网的控制面、用户面进行对接。5G接入网侧根据语音回落方案的不同指定对应基站进行新网号的广播。

3 5G网络共享难点

5G网络共建共享首先面临的是共享运营商双方组网策略和方案选择的协同问题，其次才是具体实现方案上的技术细节问题。

3.1 组网策略协同

NSA是现阶段5G快速建网并构筑竞争优势的可行架构，而SA则是5G演进的目标架构。运营商可能选择循序渐进，先由NSA起步，再逐步过渡到SA，也可能选择一步到位，直接采用SA架构。因而，共享的双方如不能在组网策略上达成一致，则可能出现NSA/SA混合架构下的共享问题，由此导致技术实现难度攀升。以NSA/SA混合架构下的接入网共享为例，其难点主要有：其一，5G基站产品实现复杂，需支持NSA/SA双栈功能；其二，共享区域内5G基站的拓扑及邻区规划复杂；其三，承载网共享互通时，路由管理复杂；其四，难以实现独立运营，因为NSA采用4G QoS，SA采用5G QoS，一旦采用混合架构，则需要运营商重新定义一套能够统一4G和5G QoS的优先级映射框架，而统一框架则意味着不是独立运营。NSA/SA混合架构下的异网漫游，同样存在诸多挑战。因此，在实际部署时，建议共享运营商之间协同组网策略，采用NSA/NSA或SA/SA架构，以便在一定程度上降低技术实现难度。

3.2 技术方案选择

在NSA模式下，如采用异网漫游的方式，长期来看，整体投资和运营成本最小，但短期内看，所涉及的网络改造工作较多，包括核心网互通改造、核心网侧MME和SGW扩容、接入网侧4G基站的改造或升级等。此外，在业务体验方面，由于共享方用户数据报文需通过基站发送给主建方核心网，再有主建方核心网转发至归属核心网，最后才路由至互联网对应的服务器，可能导致额外的业务时延。因此，建议在NSA阶段采用接入网共享方案进行5G网络共享。在SA模式下，如采用异网漫游方式，用户体验时延可能增加，则对网络切片支持困难。因此，在SA阶段，同样建议采用接入网共享方案，这样也能保证从NSA到SA演进过程中始终采用同一共享方式，演进更为顺畅。

3.3 技术细节取舍

采用接入网共享方案时，由于RRC连接数和基站吞吐量均为基站级资源，因此需要考虑共享双方的资源分配问题。为保证频率资源利用率最高，建议双方按照一定比例固定分配资源，当某一方固定分配的资源用尽而另一方资源存在空闲时，可临时占用部分空闲资源。对于承载网互通，则建议采用逻辑双挂，即通过VPN方式实现业务回传。对于URLLC场景下因路由迂回所导致的业务时延增加，可考虑通过新增专线解决。