4G网络共建共享解决方案研究

青 春，王兴光，胡雅静，王 珏（北京电信规划设计院有限公司，北京 100048）

1 概述

随着5G 在中国规模商用的推进和5G 新基建的提出，伴随着4G 网络业务迁转至5G 网络，4G 网络的需求将会逐年减少，运营商之间的4G网络合并将成为一种趋势［1］。在今后一段时间内，尤其在广覆盖上，仍有4G 网络的需求。低成本完善4G 网络覆盖、降低网络整体TCO，使运营商网络覆盖互补，从而进一步提升网络竞争力成为新一阶段的网络演进方式［2］。在不影响现网质量的前提下，以节省建设投资、降低运营成本、提升网络竞争力为目标，在低话务区域共建共享（包括低频网络共享、深度覆盖在内的存量室分开放共享、区域网络合并），逐步形成一张4G 打底网［3］，达到TCO 最优、提升资源效率、快速改善网络感知、降低运营成本的目的。

2 4G网络共享场景及共享方式

4G 网络共享场景包括室外低话务区域、室内分布场景、其他互补场景等，本章探索不同场景条件下存量共享、区域并网和覆盖共建的方案［4］。存量共享是指一方有覆盖的区域，向另一方开放存量资源。区域并网则是在同一区域双方均有覆盖的区域，保留一张4G网络，归并双方物理站址。而在双方均无覆盖的区域，双方按一定比例进行共建。在市区、县城、农村、道路场景根据基站覆盖范围采用不同的共享方式开展合作［5］。共享频段包括800、900、1 800和2 100 MHz所有4G 频谱资源。探索从设备层面、频率层面、室内分布、天馈系统、天面配套、机房、其他配套等多种共享方式［6］。选取覆盖好、租费低的一方为开放方，尽量达到站址归并后减少一方的铁塔需求。对于平台资源紧张的站点，采用天线整合方式腾退优质天面资源建设5G。

图1给出了中国联通和中国电信频谱资源。

图1 中国联通和中国电信频谱资源

所有场景视业务量情况均可开通1 800/2 100 MHz共享，优先开通共享载波，如容量不足，可以开通独立载波。共享区域可充分利用双方频率资源，对1 800 MHz 频段，可协商共享1 830～1 880 MHz 共计50 MHz频率，可开通1.8 GHz 频段的带内20 MHz+20 MHz 载波。对2 100 MHz 频段，可协商共享使用2 110～2 165 MHz 频段共计55 MHz 频率，中国联通可在保留WCDMA 单载波的基础上［7］，开通2.1 GHz 带内20 MHz+20 MHz载波。

3 4G网络共享分析

本章对基站设备能力、双方低频系统（800/900 MHz系统）共享方案、室分系统、L1800网络15/20 MHz插花方案进行验证，对区域共享方案，语音、数据业务能力，终端支持能力，共享实施方案对网络性能和业务体验的影响展开深入研究，对共享使用条件、共享后的效果进行评估。

3.1 基站设备能力分析

4G 现网设备中华为、诺基亚和中兴的主设备均支持800/900/1 800/2 100 MHz 开通共享功能。接入测试指标如表1所示。

表1 接入测试指标

在中国联通1 800 MHz 设备上给中国电信开通1 860～1 875 MHz频段小区共享，会在连续覆盖场景与1 860～1 880 MHz 频段小区在边缘造成干扰。通过对共享1 800 MHz 区域开通15 MHz 独立载波进行DT 拉网切换测试，发现占用中国电信小区的覆盖率较差，通过对log分析发现，相邻的中国电信基站未配置异频邻区，从而导致切换不及时，造成RSRP 指标差［8］。中国联通共享站开启时，在问题点位置占用频点为1 850 MHz的基站，且该位置邻区列表无共享站点，而在该位置共享站点频点为1 823 MHz，RSRP 值高于频点为1 850 MHz 的基站，由于中电信异频切换参数问题导致在该位置未发生切换，出现质差现象。

3.2 低频网络频谱共享选择

中国联通中国电信双方各有11 MHz 低频优质频段作为覆盖打底层，其中中国电信为869～880 MHz（下行），主要用于C800+L800 业务承载［9］，中国联通为904～915 MHz（下行），主要用于G/U900+L900 业务承载。目前L800 共享主要以5 MHz 带宽为主，中国电信完成频率深耕并开通动态频谱共享功能后，可以开通5～10 MHz 的共享。L900 视具体场景可以开通5～10 MHz的共享。

选取了某FDD 基站进行实验。5 MHz 和10 MHz带宽配置下（其他配置相同），选取好点进行CQT 上传、下载测试，结果如表2 所示，从表2 可看出：10 MHz带宽的上传下载速率（均值和峰值）均高于5 MHz 带宽。

表2 L900 5 MHz和10 MHz 速率对比

从基站出发向外测试至小区边缘，分别进行上传和下载。5 MHz 和10 MHz 下行覆盖对比如图2 所示，从图2 可以看出，5 MHz 带宽情况下，RSRP＞-100 dBm的覆盖距离为6.56 km，10 MHz 为3.41 km；5 MHz 带宽情况下，RSRP＞-110 dBm 的覆盖距离为8.33 km，10 MHz 为5.97 km。从覆盖分布角度看5 MHz 带宽明显好于10 MHz带宽。

图2 L900 5 MHz和10 MHz RSRP测试

5 MHz 和10 MHz 下载速率分布图对比如图3 所示，从图3 可以看出，距离基站3.3 km 以内时，10 MHz带宽的下载速率明显好于5 MHz。距离基站3.3 km 以外时，由于10 MHz 覆盖弱于5 MHz 带宽，10 MHz 带宽优势无法体现，双方速率相当。小区边缘5 MHz 带宽由于覆盖优势，下载速率明显高于10 MHz带宽。

图3 L900 5 MHz&10 MHz 下行速率测试

3.3 动态频谱共享技术应用

5G 初期部署时，NR 终端较少，致使频谱资源浪费，同时使得原有4G 网络负荷加重。现网2.1 GHz 频段已经承载了部分LTE 用户，如果5G 初期将2.1 GHz LTE 完全演进到NR，则4G 容量缩小，对4G 用户体验造成影响，5G 初期用户少，全NR 化时，2.1 GHz频段利用率低下。因此可以采用动态频谱共享（DSS）过渡（见图4），在LTE 有余量的情况下，动态引入NR，NR与LTE 频谱比例随用户接入动态调整，DSS 满足初期5G 用户的接入，同时保证现网4G 用户的体验，有效提升频谱使用效率。

图4 PRB/TTI级动态频谱共享（DSS）

4G/5G 2.1 GHz动态频谱共享功能在站间距500 m情况下容量对比（假设终端为4R）如表3 所示，从表3可以看出，20 MHz DSS 对LTE 和NR 系统引入更多开销，对上下行流量和速率都有影响。

表3 20 MHz带宽动态频谱共享速率对比

3.4 终端对共享网络的支持度

验证终端对共享网络的支持度时，选取19款主流全网通4G 终端。当共享小区开通独立载波时，支持4G 的全网通手机均可以正常使用对方800/900/1 800/2 100 MHz 的共享网络。而当开通共享载波时虽然都可以占用对方1 800 MHz 网络频点小区，但华为、oppo、vivo 等麒麟和联发科芯片的手机启动驻留1 800 MHz 共享载波频点时间稍晚。除华为Mate20 及Mate 20X 终端外，其他型号手机都无法正常驻留在800/900 MHz共享载波小区，具体如表4所示。

表4 终端驻留情况

3.5 共享网络关键指标分析

共享站点开启后，中国联通、中国电信终端均可正常接入共享站网络的情况下，800 MHz 共享站开通后，中国联通、中国电信各小区速率基本达标，但与1 800 MHz 和2 100 MHz 小区相比有不小的差异。单独测试小区下载峰值速率可达到140 Mbit/s 以上，均达到单验速率要求；同时做业务的情况下，2 家用户平分网络资源，2 家下载速率均在70～80 Mbit/s，速率基本相当（见表5）。

表5 共享小区速率指标（单位：Mbit/s）

共享站点的KPI指标在共享载波开通前后保持平稳，其中PRB 利用率有所上升，由于开放低业务区网络资源，未达到扩容门限。中国联通侧开通前后日均流量有所下降，平均用户数保持稳定。开通独立载波和共享载波后VoLTE 呼叫、CSFB、CDMA 业务均正常，站点VoLTE 业务接入、切换指标保持良好稳定。开放方VoLTE 无线接通率略有下降，掉话率有所恶化，但整体保持平稳。而在中国电信共享中国联通共享载波时，中国电信用户发起CDMA 呼叫后RRC 连接释放，释放原因为CSFB，从而导致小区级CSFB成功率下降。中国联通CSFB 平均建立时延为4.91 s，中国电信CDMA 平均建立时延为1.28 s。开通共享载波前后中国联通侧、中国电信侧指标如表6所示。

表6 共享小区KPI指标

4 4G共享遗留问题解决方案

4.1 15 MHz和20 MHz带宽插花干扰

在中国电信1 860～1 880 MHz频段20 MHz带宽连续覆盖区域，中国联通开通1 860～1 875 MHz 频段的15 MHz 带宽会产生15 MHz 与20 MHz 插花组网的现象，在小区边缘造成干扰。为了控制15 MHz基站对周边20 MHz基站的干扰，首先需合理设置中心频点确保15 MHz 基站与20 MHz 基站CRS 位置对齐，并做好RF优化，减少CRS 干扰。在硬件受限的区域，尽量使用共享载波的方式进行共享。调整相邻小区的中心频点，使15 MHz 带宽前7.5 MHz 带宽RS 与20 MHz 带宽对齐（见图5）。CRS 位置由CPI 模3（2 个发射端口）确定，为使15 MHz 与20 MHz 起始频率相差3 倍RE（45 kHz）的整数倍，需满足如下公式：

图5 15 MHz与20 MHz干扰协调办法

式中：

m、n——自然数

f20MHz、f15MHz——20 MHz、15 MHz带宽下中心频率

保持老模块中心频率1 867.5 MHz 不变，按照式（1）计算f20MHz=1 969.3 MHz，对应频点号EARFCN 为1 843。

4.2 800/900 MHz终端支持问题

从终端验证及对核心网数据分析来看，全网只有20%～30%的终端支持双方低频共享。虽然主流智能终端几乎均为全网通终端，但因同时支持的制式、频段、CA组合能力等不同，且3GPP协议并没有规定终端必须上报硬件全部能力，通常终端厂家都会根据终端SIM 归属PLMN 进行适配，不会给网络上报全部能力，导致多数终端无法占用共享载波。目前，全网通手机在硬件上是支持低频共享的，只是软件上需要进行修正。其中小米10终端更新DEMO 版操作软件后，可以成功驻留在双方的低频共享基站。因此需要推动手机厂家更新现有手机型号的操作系统，在后续推出新的手机型号时需同时支持中国联通中国电信双方的低频接入。

4.3 动态频谱共享性能损失

20 MHz DSS 由于存在性能损失问题，可考虑40 MHz DSS（NR 40 MHz+LTE 20 MHz）方式部署，40 MHz DSS 优势在于NR 有独占带宽，可以在独占带宽内配置SSB/TRS/SIB 等NR 公共消息，减少对LTE 侧影响，具体见表7。

表7 动态频谱共享速率对比

5 结束语

针对当前4G 网络覆盖的新一阶段的共建共享需求，本文从基站设备能力、双方的低频系统（800/900 MHz 系统）共享方案、室分系统、L1800 网络15 MHz/20 MH 带宽插花方案验证、语音和数据业务能力、终端支持能力，以及共享实施方案对网络性能和业务体验的影响等方面，进行了实际的效果验证和性能分析，结果显示4G共建共享方案有较好的效果，具有较好的工程参考意义和价值。随着共建共享进一步深入，可引入区域并网和基础资源整合，开展中国联通中国电信覆盖互补、低业务量站址合并。加大4G网络资源优化调配力度，提升设备利用效率。深化中国联通中国电信4G 网络共建共享，助力双方高质量发展，向“现网”要竞争力，充分盘活存量资源，解决4G网络弱覆盖、高负荷等问题。坚持网业协同、低成本完善4G 网络覆盖、降低网络整体TCO、4G/5G协同，引导4G用户向5G迁转，充分挖掘现网资源潜力。以市场业务需求为引领，通过共建共享和资源优化调配完善4G 网络、确保VoLTE 感知。同时与市场协同，依托共建共享推进农村广覆盖，重点解决千人村、投诉热点等有业务需求的行政村覆盖问题。随着5G时代的来临，面对移动业务高速增长以及业务类型和用户业务模型的变化，弱化4G数据权重。