基于5G技术2.1G频段多模组网应用研究

许艳秋 褚 旭 全诗文 周小青 张国光 赵 煜 冷 俊

1.中国联合网络通信有限公司南京分公司；2.中国联合网络通信有限公司江苏省分公司

0 引言

随着网络建设和终端保有量的不断增加，陈旧制式终端的淘汰和网络的退网不能快速完成，形成了5G时代多制式并存的特点，这也造成了运营商在站点频率资源、天面空间、机房空间、租金、能耗等方面均存在较大的压力和挑战。如何在现有条件下降低网络建设和维护成本，充分利用频谱资源？通过对2.1G主流频段站点进行研究，以TCO最优方式实现5G网络快速部署，同时保障用户使用感知。

1 基于HDSS技术和CI免互联方案介绍

1.1 总体思路

核心：通过HDSS（动态频谱共享技术）、CI免互联技术特性和多制式同框共模SDR方法提升2.1G频段效能，提高频段利用率，提升用户体验。

目标：基于共模改造方式，完成UNR共模改造验证和ULNR共模改造验证。

1.2 HDSS基础介绍及原理

1.2.1 HDSS基础概述

HDSS（Hybrid Dynamic Spectrum Sharing）全场景动态频谱共享技术，是一种支持基于4G和5G资源之间的流量需求共享频谱。利用该技术可快速完成频谱分配，在现行可用容量下，同时达到最好的4G和5G网络效能，与必须拆分频谱进行专门分配有本质区别，可广泛应用于有4G、5G同覆盖需求的场景。相较于传统LNR等带宽共享的DSS（动态频谱共享）技术最大带宽只有20M而言，LNR不等带宽共享的HDSS技术，NR最大带宽可达40M，其中20MHz的带宽为5G专用，另外20MHz带宽为4G、5G瞬时动态共享。

1.2.2 HDSS共享原理

HDSS支持LTE小区和NR小区在同一段共享频谱上根据业务量需求进行时频资源的动态共享。NR小区带宽大于LTE小区带宽，其中LTE小区带宽等于共享频谱资源，NR小区带宽除去共享频谱资源的部分为NR小区独享频谱资源。基于不等带宽的HDSS支持的小区带宽组合如表1所示。

表1 HDSS支持的小区带宽

HDSS功能开启后，加入频谱共享小区集的LTE小区和NR小区可在共享频谱范围内进行资源共享，如图1所示，具体为：（1）时域维度：支持以1ms为粒度的瞬时共享，即可达到每1ms进行一次频谱资源的协调调度；（2）频域维度：支持以1RB为粒度的动态共享，根据LTE侧和NR侧的业务量需求进行动态资源分配。

图1 LTE小区和NR小区时频域资源共享原理示意

共享频谱范围内，HDSS需通过LTE/NR相互避让机制，解决LTE/NR信道冲突问题。

1.3 CI免互联概率及特性

1.3.1 CI免互联概述

CI为一种用于不同BBU间互联的信号配线口。免CI互联即无互联配线口场景下，通过对多模式RRU的CPRI通道反传时钟来保障不同制式间严格相位同步和频率同步，从而实现BBU间跨框的SDR。技术多制式以SDR（Software defined Radio）共存是低成本网络平滑演进的发展方向。但不同制式的建网时期不同，不同制式虽然共用一个SDR射频模块，但BBU部署在不同的物理位置。比如早期部署3G时，BBU设备主要以DRAN方式靠近基站部署，而当前5G建网按照CRAN方式集中部署BBU已成为主流，这就出现了在CRAN和DRAN混合组网下的3G和5G BBU设备距离远的问题，导致无法使用同一个SDR射频模块。

解决这一难题的方案是将存量3G BBU与5G BBU设备搬迁到一起，但是这会增加改造成本、机房租金、空调电费等。为了以最小代价解决问题，保护运营商投资，采用免CI互联创新方案，仅需将SDR射频模块分别与3G和5G BBU进行光纤连接，无需搬迁和更换BBU设备，解决了跨制式SDR混合组网难题，实现最大程度盘活老旧3G BBU设备，从而提升5G投资效率，加快5G建设。

1.3.2 CI免互联特性

通过基础互联，两个BBU实现了控制数据、时钟信号、传输数据的交互，从而支持跨BBU共传输、跨BBU共时钟和跨BBU SDR。

跨BBU共传输是指一个BBU提供共享传输接口，连接到传输网络，并为另一个BBU提供传输通道。该特性支持两个BBU中的任意制式间共传输。一般情况下，共传输接口可以由根BBU或由叶子BBU中的传输板提供。

跨BBU共时钟是指一个BBU从外部获取共享时钟源，并给另外一个BBU提供时钟源。该特性支持两个BBU中的任意制式间共时钟。外部时钟源可以由根BBU或叶子BBU获取。

2 基于HDSS技术和CI免互联实现2.1G频段效能方式

2.1 HDSS实现方式

（1）HDSS功能通过打开功能开关，配置NR独享频谱资源和配置共享小区集来开启，同时要求参与频谱共享的LTE小区和NR小区满足无线帧和子帧对齐，同时打开LTE侧和NR侧功能开关。

①将LTE侧 参 数SpectrumCloud.SpectrumCloudSwitch配置为“LTE_NR_SPECTRUM_SHR”，并打开LTE侧参数SpectrumCloud.SpectrumCloudEnhSwitch的 子 开 关“LNR_SPECTRUM_SHR_ASYM_SW”。

②打开NR侧参数NRDUCellAlgoSwitch.SpectrumCloudSwitch的子开关“LTE_NR_FDD_SPCT_SHR_SW”并打开NR侧参数NRDUCellAlgoSwitch.SpectrumCloudEnhSwitch的 子 开 关“LTE_NR_FDD_SPCT_SHR_ASYM_SW”。

（2）配置NR独享频谱资源，NR独享频谱资源需配置在NR带宽的一端，NR独享的上行频谱资源和下行频谱资源可以配置相同或不同。

①当仅通过NR侧参数gNBDULteNrSpctShrCg.NrReservedRbStartIndex和gNBDULteNrSpctShrCg.NrReservedRbEndIndex来配置独享频谱资源时，表示上下行配置相同的独享频谱资源。

②当配置了上述两个参数后，还配置了NR侧参数gNBDULteNrSpctShrCg.NrUlReservedRbStartIndex和gNBDULteNrSpctShrCg.NrUlReservedRbEndIndex，则上行独享频谱资源将按照这两个参数的配置值生效，下行独享频谱资源仍按照NR侧参数gDULteNrSpctShrCg.NrReservedRbStartIndex gNBDULteNrSpctShrCg.NrReservedRbEndIndex的配置值生效。

（3）配置LTE和NR频谱共享小区集

①将参与共享的LTE小区加入LTE频谱共享小区集：通过LTE侧参数SpectrumCloud.LteNrSpectrumShrCellGrpId和LteNrSpctShrCellGrp.LteNrSpectrumShrCellGrpId来配置。

②配置LTE频谱共享小区集和NR频谱共享小区集的关联关系：通过NR侧参数gNBDULteNrSpctShrCg.NrSpctShrCellGrpId和gNBDULteNrSpctShrCg.LteSpctShrCellGrpId来配置。

③将参与共享的NR小区加入NR频谱共享小区集：通 过NR侧 参 数NRDUCellSpctCloud.NrDUCellId和NRDUCellSpctCloud.NrSpctShrCellGrpId来配置。

（4）配置帧偏置和TA偏移量（满足无线帧和子帧对齐）

①帧偏置：LTE侧通过参数CellFrameOffset.FrameOffset或ENodeBFrameOffset.FddFrameOffset来配置，如果同时配置了这两个参数，则以参数CellFrameOffset.FrameOffset的取 值 为 准；NR侧 通 过 参 数gNodeBParam.FrameOffset或gNBFreqBandConfig.FrameOffset来配置，如果同时配置了这两个参数，则以参数gNBFreqBandConfig.FrameOffset的取值为准。

②TA偏移量：通过NR侧参数NRDUCell.TaOffset来配置。

2.2 CI免互联实现方式

（1）关键技术

跨框SDR要求各制式时钟严格同步，在BBU互联场景下，可通过互联线传递时钟信号，做到制式间时钟互锁，保障制式间严格相位同步和频率同步。但是在BBU免互联场景下，无法通过互联线进行时钟互锁，因此可通过跨框多模RRU的CPRI通道反传时钟保障制式间时钟同步。如图2所示。

图2 跨框多模CPRI通道反传时钟

LN侧BBU接入时间同步源，跨框多模RRU固定锁LN侧时钟。LN侧和U侧的频差在多模RRU侧体现为CPRI缓存偏差，多模RRU将CPRI缓存偏差反馈给U，U侧调整BBU的频率与LN侧同步。如图3所示。

图3 BBU免互联示意图

（3）参数配置优化方法

①配置参数EQUIPMENT.SDRCONNSW为“OFF”，EQUIPMENT.InterSubrackClkAlignMode为“PEER_RF_CLK”。

②对于同一个多模RRU，通过参数SpectrumCloud.SpctShrMode来 配 置RRU_RS。根据RRU规格规划ULNR功率，现网当前使用的4*80W的RRU5916，U侧使用20W，LNR侧共享60W。

③在U侧设置参数PEERCLK.PNT为“RF”，指定提供时钟源的跨框多模RRU的柜号PEERCLK.CN、框 号PEERCLK.SRN、槽 号PEERCLK.SN，并 设置CLKSYNCMODE.CLKSYNCMODE为“FREQ”。在LNR侧配置时间同步源，如GNSS或1588v2，并设置CLKSYNCMODE.CLKSYNCMODE为“TIME”。

④LN侧不能开启空口软同步、宽松时间同步、低精度帧同步和1588 ATR功能。

3 HDSS技术和CI免互联共模方式应用场景及效果

3.1 3/5G CI免互联改造

当3/5G两个BBU距离较远或共机房（任意一个BBU无UMPT互联单板）时均无法完成BBU互联。通过CI免互联方式解决了不互联场景下支持跨框SDR两种典型场景：不需要机房搬迁，不需要更换单板，也可以支持跨框SDR，降低特性部署成本。

当两个BBU距离较远，如一个BBU位于站点机房，另一个BBU位于集中机房，两个机房不在同一位置，BBU无法互联。如图4所示。

图4 跨机房BBU无法联络示意图

即使两个BBU共机房，但当任意一个BBU无UMPT互联单板，也无法互联。如图5所示。

图5 BBU无UMPT互联单板示意图

CI免互联方式成功攻克了远距离BBU间无法互联及BBU间主控板性能不支持互联的疑难问题，对于存量3G站点区域，只要光纤可以到达的地方即可以快速实现5G网络信号覆盖，有助于快速实现深度覆盖优化及重点局部覆盖优化。如图6所示。

图6 3/5G BBU免互联示意图

3/5G免互联现网效果应用：

完 成UMTS基 站：NJ_JN_HW_不 公 开_W_BBU3与NR：NJ_JN_HW_不公开_N站点3/5G CI免互联特性改造，如图7所示。

图7 3/5G BBU免互联改造前后对比图

改造结果：UMTS（17.1版本）、NR（17.1版本）在共SDR场景下，N侧BBU接入时间同步源，跨框多模RRU5916固定锁N侧时钟，NR与UMTS小区正常，无新增告警，KPI指标正常。

3.2 3/4/5G CI免互联及HDSS共模改造

改造模式一：U[L*NR]共框分离主控共SDR（利用HDSS技术+BBU机框制式主控技术）

针对现网已有的3/4G共模站点，可通过多制式同框共模SDR方法及前文所述HDSS技术快速部署3/4/5G共模，网络升级改造速度快，建设投入成本少。

在原UL站点上做LNR共主控改造，原BBU机框新增UBBPg2ac单板配置为LNR共模，更换6槽3G侧主控为UMPTb1，3槽新增UBBPd1基带板，通过双星组网与LNR共SDR，并通过CPRI MUX从对端LNR侧B板2槽出纤，通过复用多模RRU设备，形成一台RRU实现3/4/5G三制式并发输出。如图8所示。

图8 CI免互联及HDSS共模改造示意图

控制权配置：先DSP LOADCTRL确认两端的版本号，再SET LOADCTRL，U侧设置为本端无控制权，LNR侧设置为本端有控制权。

改造模式二：U+L*NR跨框免CI互联共SDR（利用CI免互联技术+HDSS技术）

如图9组网，在NR Only站点上做LNR共主控改造，新增UBBPg2ac单板配置为LNR共模，并复用其中一个RRU新建一个LTE载波。新增一个3G BBU，配置为UMPTb1+UBBPd1，并通过双星组网与LNR共SDR。

图9 跨框免CI互联共SDR改造示意图

硬件调整：5G BBU的0槽新增UBBPg2ac单板，新增3GBBU（主控UMPTb1，基带板UBBPd1），分别从5G BBU和3G BBU接口板出纤连接在同一个RRU5916，形成双星组网共SDR。

U侧和LNR配置免CI互联，并在共SDR模块上建立UMTS小区。

共框改造SDR现网效果应用：（1）硬件调整：5G BBU的0槽新增UBBPg2ac单板，新增3G BBU（主控UMPTb1，基带板UBBPd1），分别从5G BBU和3G BBU接口板出纤连接在同一个RRU5916，形成双星组网共SDR；（2）NR共主控改造为LNR，扩LTE载波，LNR共SDR的载波使用新增基带板；（3）3G开站，主控柜框槽配置为0/1/6，基带板柜框槽配置为0/1/3；（4）U侧和LNR配置免CI互联，并在共SDR模块上建立UMTS小区。

改造结果：（1）在任意一侧基站可以通过DSP RRU查询到对端网元信息；（2）DSP CLKSTAT输出结果中查询U侧时钟锁定正常，当前是时钟源为Peer Clock；（3）ULNR小区状态正常。

4 结束语

本研究介绍的基于动态频谱共享技术及同RRU内不同制式间灵活的功率分配技术，是全国同行业内首创的最新覆盖技术方法，利用一个BBU机框、一台RRU、一副天线同时实现频谱的智能分配和三种网络模式的共存，即能够在同一平台设备上同时实现3/4/5G三种不同网络制式，并实现一台RRU的发射功率随频谱联动模式的功能。通过3/5G、4/5G、3/4/5G三种共模站点部署的方案试点和研究，有利于盘活资源，加快网络的平滑演进，节约网络建设和维护成本，提升5G投资效率。