5G无线网共享建设方案

2020-04-24李福昌中国联通网络技术研究院北京100048

邮电设计技术 2020年3期

张涛，贺琳，李福昌（中国联通网络技术研究院，北京 100048）

0 前言

随着5G 技术的成熟和5G 网络的大规模部署，移动用户业务体验进一步提升，峰值速率达到Gbit/s 级，同时5G 网络也带来垂直行业数字化的发展，5G 网络的部署将在各个方面改变社会的生产和生活方式，但作为5G网络的建设者、运营者和业务提供者的电信运营商却面临着巨大的成本压力挑战。

首先，在国家提速降费战略的指引下，运营商数据流量单价会持续降低，虽然5G网络能力的提升带来每比特成本降低，但运营商面临着5G数据业务增量不增收的局面；其次，5G 网络引入Massive MIMO 技术，造成单站成本的大幅提升，同时随着频率的提高，基站数量也会高于4G，AAU 设备需要单独的天面资源，这些都造成了巨大的网络建设成本压力；最后，5G 基站设备功耗相比4G 网络提升了3～4 倍，网络运营成本大幅提升。

为落实网络强国战略，加快5G 网络部署，同时响应国家十三五规划提出的“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展新理念，同时为了降低网络建设和运营成本，提升5G 网络的效益和资产运行效率，电信运营商开始探索5G 网络共建共享模式，实现互利共赢的发展。

1 5G网络共享技术方案分析

1.1 异网漫游方案

国际漫游是电信运营商广泛采用的一种技术方案，主要用于跨运营商间的用户漫游，通过运营商间的漫游协议，实现移动用户在异运营商通信网络中的接入服务，运营商之间依据漫游协议进行网间结算。

通过漫游的方式同样可以实现运营商间的网络共建共享，其核心点在于运营商在不同的区域分别承建网络，各自建设自己的核心网、承载网和无线网络，同时通过承载网络使双方核心网的互通。共享双方的基站只连接到自己的核心网，异网用户通过承建方的无线基站经由承建方的核心网与归属运营商核心网进行开销户、计费和策略控制等。异网漫游的技术方案如图1所示。

图1 异网漫游方案示意图

与国际漫游不同，异网漫游共享方案可以通过共享基站广播共享方的PLMN 号提供5G 共享用户接入，用户依然显示在归属运营商提供服务。

1.2 接入网络共享方案

移动通信网络共享可分为核心网共享和接入网共享2 种方式，核心网共享指运营商不仅共享无线网络，也共享核心网资源；接入网共享指运营商各自承建自己的核心网络，仅共享无线网络部分。接入网共享方案如图2 所示：核心网各自独立，基站双方共享，单个共享基站同时虚拟为A 和B 2 个基站，通过基站回传网络分别接入各自的核心网，同时为双方用户服务。

图2 接入网络共享方案示意图

接入网共享方案中，虽然在物理上只有一个共享的基站，但在逻辑上是同时存在2 个逻辑基站和物理核心网，共享双方各自拥有一张逻辑上端到端可管可控安全的5G网络，网络的开户、计费、策略控制均由归属运营商进行管理。

接入网共享根据载波配置的不同又可以分为独立载波和共享载波2种实现方案。

图3 独立载波共享示意图

独立载波方案是指共享基站配置2 个独立的载波，在不同的载波上广播不同的PLMN，双方用户均只能接入各自独立的载波（见图3）。独立载波的优点在于双方的载波资源独立，可以根据自己业务的情况进行网络资源的差异化控制，不存在业务上互相争抢的情况，也不需要考虑资源分配策略，双方网络的独立性强，可以各自配置差异化的业务策略；其缺点在于网络资源利用效率偏低，不能依据双方资源的动态需求进行资源的调整，并且双方运营能够使用最大资源数受限于各自的频谱，不能达到1+1＞2的效果。

共享载波方案是指共享基站可以配置1个或多个共享的载波，在任意的载波上均广播双方的PLMN，双方用户均可以接入共享载波的小区，用户资源分配采用动态调度（见图4）。共享载波的优点在于频谱资源利用率高，可以根据双方业务量的情况配置单载波或多载波，实现资源的动态调整，提高系统效率并降低能耗，同时可以通过多载波聚合技术使得双方用户的峰值速率均可达到独立载波的2 倍，提升网络的竞争力；其缺点在于网络配置相对复杂，双方须使用相同的小区级特性参数，具体参数需双方协商统一配置，需要协商分配空口资源，且采用相同的QoS策略。

图4 共享载波共享示意图

1.3 5G网络共建共享演进路径

异网漫游和接入网共享方案的主要差别在于共享基站是接入承建方核心网还是双方核心网，异网漫游方案中共享基站只连接到承建方的核心网，其网络配置和资源调度均由承建方控制，对于后续演进中的网络切片和MEC 等新兴业务的支持程度较差，不能满足SA网络下千行百业的差异化业务需求，因此中国联通和中国电信在网络共建共享中选择接入网共享的技术方案。

在接入网络共享演进中，初期采用NSA 网络共享，随着SA产业链的成熟，逐步演进到SA网络下的接入网共享。

2 NSA组网下共享技术方案

在NSA 组网情况下，5G NR 基站需要通过4G LTE基站作为锚点接入到EPC+核心网中，因此在网络共享方案中需要考虑锚点站的配置方案。按照不同的锚点配置，NSA 网络共享可以分为单锚点共享方案和双锚点共享方案。

2.1 单锚点配置方案

单锚点共享方案是指5G 共享基站通过单一的4G锚点基站接入NSA组网架构，4G锚点基站分别连接到承建方和共享方的EPC+核心网，单锚点共享方案结构如图5所示。

图5 单锚点共享方案结构图

在单锚点方案中，无论是5G 基站还是4G 锚点基站均需要开通网络共享功能，即对于5G 终端来说，4G锚点站和5G基站都是共享的。在4G共享锚点站上需要同时广播共享双方的PLMN，以保证双方用户都能够正常接入，且用户可依据PLMN 分别接入各自归属运营商的核心网。对于共享5G 网络，用户终端开机后，概率性地搜索并驻留到本网4G网络，此时，共享方4G 基站（非共享锚点）通过终端能力识别出5G 终端，并将其引导至承建方4G锚点基站，接入锚点站后按照NSA网络双连接的建立流程添加5G NR连接。

在单锚点方案中，由于共享方存在本网4G基站和承建方4G 锚点基站可供接入，因此需要本网4G 基站能够识别终端的5G能力，并根据终端能力设置专用重选优先级参数，通过专用优先级将5G终端优先接入到承建方的4G 共享锚点站，然后才能共享5G 网络。在此方案中，共享方4G基站只承载本网的4G用户，同时需要配置针对5G终端的专用优先级。

单锚点方案对于承建方网络只需要根据4G 设备厂商情况建设同厂家的5G 基站，进行NSA 网络配置，但是存在4G网络必须共享的问题，鉴于当前网络共享主要针对5G 层面，因此在锚点上4G 业务的实现方式也存在不同的技术方案，最突出的就是VoLTE 业务的实现方案。

VoLTE 业务作为纯4G 业务能否或者是否在共享锚点站承载在运营商间也存在不同的观点，一种方案是在锚点站上直接承载VoLTE业务，5G终端的语音业务直接由承建方4G网络承载，其优点是业务发起时延低并且可以支持VoLTE 和5G 业务的并发业务，缺点是需要进行4G 网间结算；第2种方案是VoLTE 业务回归到共享方4G本网承载，待业务释放后再重回承建方的4G/5G网络，其优点是VoLTE业务独立，不需要结算且业务质量由本网保障，缺点是业务发起时延增加并且VoLTE 期间不能并发5G 数据业务，同时需要增加承建方的4G 网络配置，需要支持基于PLMN 配置邻区列表，及基于PLMN+业务设置频率优先级的功能，当承建方4G锚点站收到共享方5G终端发起VoLTE语音业务请求时（即QCI1 的建立请求），承建方4G 锚点站触发共享方5G 终端回归属的4G 进行VoLTE 业务（如采用基于业务的异频切换等）。

2.2 双锚点配置方案

双锚点配置方案是指5G 共享基站同时连接双方的4G基站作为锚点站，即同时配2个锚点，通过2个锚点站分别接入到2 个EPC+核心网，双锚点共享方案结构如图6所示。

图6 双锚点共享方案结构图

双锚点方案中，4G 锚点站由双方基站各自承载，共享双方5G 终端用户均先接入本网4G，基站识别终端能力后，通过双连接配置方案添加5G NR 连接。双锚点共享方案中，由于4G 网络各自独立不共享，因此对于用户的优先级等参数均由本网进行配置，4G 基站只广播本网的PLMN，4G 基站参数配置和调度策略均各自配置，不会影响5G 用户的共享业务体验，4G 业务和5G业务均可以并发使用，VoLTE业务也均有各自本网承载，网络配置和改造难度低。双锚点方案需要5G基站支持双锚点共享功能并且共享双方的4G 基站必须是同厂家，否则无法实现。

2.3 锚点方案对比分析

单锚点共享方案由于只需要承建方4G 锚点站与5G 新建站之间是同厂家配置，承建方和共享方的4G网络之间可以异厂家，因此适用于大部分双方4G覆盖区域内异厂家的区域，但需要4G锚点站开通网络共享功能并且需要双方的4G 网络进行额外的配置以满足5G 用户接入和移动性互操作要求，技术方案可行但网络配置相对复杂。

双锚点共享方案由于4G网络不共享，但需要同时配置一个5G NR 站进行NSA 双连接配置，因此需要双方4G 基站和5G NR 基站都是同厂家，仅适用于双方4G 基站同厂家的区域或者完全新建4G 锚点站的区域，应用范围受限比较大，但网络配置和改造相对简单。

单锚点和双锚点共享方目前在技术上均成熟可用，运营商可以根据现网4G 基站的分布情况来选取，进行初期的NSA 网络共享，后续均可升级演进到SA网络共享。

3 SA组网下共享演进方案

随着5G 业务的发展和5G 技术的成熟，支持5G 三大业务场景的SA网络成为运营商网络演进的目标，因此网络共享方案也需要支持从NSA 网络演进到SA 网络共享。在网络共享演进中存在2 种技术方案：SA 网络共享和NSA/SA双栈共享。

SA 网络共享架构比较简单，双方5G 基站共享且同时连接到双方的5GC 核心网，其网络架构如图7 所示。

NSA/SA 双栈共享架构相对比较复杂，在原有NSA网络共享的基础上，5G 基站还需要同时连接到双方的5GC 核心网，4G 基站连接到双方EPC+核心网，即一套共享基站系统需要连接到4 个核心网，网络结构和配置方面比较复杂，其网络架构如图8所示。

图7 SA网络共享方案示意图

图8 NSA/SA双栈网络共享方案示意图

对于前期的NSA 共享均可以升级到SA 网络共享，在SA 网络共享中，5G 基站需要同时广播双方的PLMN，双方终端根据归属运营商网络进行接入，同时5G 基站需要根据PLMN 配置不同的互操作参数，分别实现与双方4G基站的互操作，VoLTE业务初期可通过EPS Fallback 方式回落到各自4G 网络承载，后期可以通过VoNR直接发起语音业务。