4G網(wǎng)絡(luò)基站共享技術(shù)研究

宋蒙　聶昌　周瑤

摘要：為了在加快網(wǎng)絡(luò)部署的同時(shí)節(jié)約建設(shè)成本，通過(guò)引入基站共享技術(shù)可以讓雙方共享站址資源，從而提升覆蓋，實(shí)現(xiàn)互惠互利。首先介紹了基站共享技術(shù)的原理和基本架構(gòu)；然后針對(duì)不同載頻資源的配置方式，分析了對(duì)于基站、空口資源、互操作等的要求，并研究了基站共享技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景；最后結(jié)合共享基站的案例，給出了基站共享技術(shù)的部署建議。

關(guān)鍵詞：基站共享 獨(dú)立載頻 共享載頻 資源管理 互操作

1 引言

目前我國(guó)移動(dòng)通信已經(jīng)進(jìn)入了LTE全面發(fā)展的時(shí)期，但是三大運(yùn)營(yíng)商的規(guī)模存在差異，中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信迫切需要加快站點(diǎn)的部署以擴(kuò)大覆蓋范圍。而新建站點(diǎn)勢(shì)必要投入大量的設(shè)備以及人工成本，并且還面臨著站點(diǎn)資源緊張等重要問(wèn)題。因此，從競(jìng)爭(zhēng)的角度出發(fā)，為加快實(shí)現(xiàn)4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋目標(biāo)，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資成本和運(yùn)營(yíng)成本[1-2]，引入4G網(wǎng)絡(luò)基站共享方案能夠提高投資效益，實(shí)現(xiàn)互惠互利，積極地推動(dòng)4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。基于此，本文將針對(duì)4G網(wǎng)絡(luò)基站共享技術(shù)的原理進(jìn)行分析，研究不同的4G基站共享實(shí)施方案并進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合目前基站共享的實(shí)際案例給出了建議。

2 基站共享技術(shù)原理

2.1 基站共享架構(gòu)

在3GPP TS 23.251中定義的基站共享架構(gòu)是GWCN（GateWay Core Network，網(wǎng)關(guān)核心網(wǎng)）和MOCN（Multi-Operator Core Network，多運(yùn)營(yíng)商核心網(wǎng)）[3-4]，如圖1所示：

GWCN模式除了共享RAN（Radio Access Network，無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)）之外，演進(jìn)分組核心網(wǎng)元MME（Mobility Management Entity，移動(dòng)性管理實(shí)體）、核心網(wǎng)關(guān)GateWay也是共享的；而MOCN模式僅僅共享RAN。不論哪種模式，共享的RAN都可以連接到多個(gè)運(yùn)營(yíng)商核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。可以是由多個(gè)運(yùn)營(yíng)商合作共建RAN，也可以是其中一個(gè)運(yùn)營(yíng)商單獨(dú)建設(shè)RAN，而其他運(yùn)營(yíng)商租用該運(yùn)營(yíng)商的RAN網(wǎng)絡(luò)。如果RAN是由多個(gè)運(yùn)營(yíng)商共享的，那么需要廣播每個(gè)運(yùn)營(yíng)商的PLMN（Public Land Mobile Network，公共陸地移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)）號(hào)，以保證不同運(yùn)營(yíng)商的用戶都能夠接入網(wǎng)絡(luò)。

GWCN架構(gòu)下，雖然從基站到核心網(wǎng)設(shè)備都能夠共享，但是相應(yīng)地將會(huì)面臨龐大的改造工作，尤其是核心網(wǎng)部分，不同運(yùn)營(yíng)商之間的營(yíng)銷(xiāo)策略各不相同，會(huì)造成用戶的管理、業(yè)務(wù)計(jì)費(fèi)等參數(shù)配置也有較大差異，想要統(tǒng)一這些參數(shù)的配置難度非常大。而MOCN模式則不共享核心網(wǎng)，也不會(huì)涉及到核心網(wǎng)的改造，僅需要4G基站單個(gè)基站同時(shí)虛擬為雙方運(yùn)營(yíng)商的基站，同時(shí)為雙方用戶服務(wù)。另外，在共享模式下，用戶無(wú)感知，不會(huì)降低業(yè)務(wù)和體驗(yàn)，對(duì)終端基本無(wú)要求。

綜合目前的建設(shè)情況，中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信4G合作采用MOCN方式，即不共享核心網(wǎng)，單個(gè)基站同時(shí)虛擬為中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信的基站。MOCN模式下，從載波資源的配置還可以細(xì)分為獨(dú)立載頻和共享載頻[5]。

2.2 共享基站配置

如圖2所示，獨(dú)立載頻配置下兩家運(yùn)營(yíng)商各自配置一個(gè)獨(dú)立的載波，每個(gè)獨(dú)立載波只廣播各自的PLMN ID；共享載頻則是兩家運(yùn)營(yíng)商配置一個(gè)共享的載波，共享載波需要同時(shí)廣播兩家運(yùn)營(yíng)商的PLMN ID，UE（User Equipment，用戶設(shè)備）選擇PLMN后進(jìn)行上報(bào)，網(wǎng)絡(luò)再根據(jù)UE選擇的PLMN ID來(lái)為UE選擇合適的核心網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商。

（1）基站配置

不論哪種載波配置方式，eNodeB只有唯一的eNodeB ID，對(duì)于新建的共享站，需統(tǒng)一規(guī)劃eNodeB ID以避免與已有站點(diǎn)沖突。

獨(dú)立載波下運(yùn)營(yíng)商可以配置各自小區(qū)級(jí)的特性（鄰區(qū)關(guān)系如切換、重選等，業(yè)務(wù)方面參數(shù)如QoS等），而共享載波下需要配置統(tǒng)一的特性參數(shù)，需運(yùn)營(yíng)商之間進(jìn)行協(xié)商后再確定。此外，共享模式下必須共享TAC（Tracking Area Code，跟蹤區(qū)域碼），需要雙方運(yùn)營(yíng)商統(tǒng)一規(guī)劃TAC以確保實(shí)現(xiàn)正確的位置更新和尋呼流程。

不論獨(dú)立載波還是共享載波，對(duì)于天饋和RRU（Remote Radio Unit，射頻拉遠(yuǎn)單元）都不需要進(jìn)行改造，BBU（Building Baseband Unit，基帶處理單元）則是需要廠家的設(shè)備版本能夠支持基站共享功能即可。

（2）傳輸方式

在3GPP的S1、X2接口以及無(wú)線資源管理的協(xié)議規(guī)范中，已經(jīng)定義通過(guò)多個(gè)PLMN標(biāo)識(shí)支持多個(gè)不同運(yùn)營(yíng)商[6-8]。

UE基于PLMN通過(guò)S1接口選擇正確的核心網(wǎng)。共享基站都需要與各個(gè)運(yùn)營(yíng)商的核心網(wǎng)構(gòu)建S1鏈路，不同S1鏈路本端可以使用相同的S1接口IP，也可以使用獨(dú)立的S1接口IP。獨(dú)立載頻和共享載頻方式下S1鏈路配置并無(wú)差別。

對(duì)于基站之間的X2接口，兩個(gè)獨(dú)立載頻的基站之間每個(gè)運(yùn)營(yíng)商各自需要一條X2鏈路，而兩個(gè)共享載頻共享eNodeB間，兩個(gè)運(yùn)營(yíng)商共享一條X2鏈路。

（3）資源管理

與載波配置無(wú)關(guān)，RRC（Radio Resource Control，無(wú)線資源控制）連接數(shù)以及基站總的吞吐量都是基站級(jí)資源，運(yùn)營(yíng)商可共享使用。關(guān)于RRC連接數(shù)以及基站吞吐量的共享方式可有以下3種考慮：

◆固定比例分配：資源按照比例進(jìn)行絕對(duì)劃分，按照劃分使用各自的資源，互相不給其他運(yùn)營(yíng)商共享空閑資源；

◆部分共享分配：部分資源按照比例進(jìn)行絕對(duì)劃分，剩余資源可根據(jù)需求進(jìn)行搶占；

◆按比例共享分配：設(shè)置一個(gè)共享比例，可在這個(gè)比例范圍內(nèi)共享空閑資源，一旦需要?jiǎng)t可“搶回”該部分份額。

對(duì)于空口資源，在獨(dú)立載波下運(yùn)營(yíng)商載頻獨(dú)立工作，空口資源的管理不需要做特殊的改造；在共享載波下，可以考慮動(dòng)態(tài)地進(jìn)行調(diào)配，當(dāng)其中一個(gè)運(yùn)營(yíng)商RB（Resource Block，資源塊）資源空閑時(shí)，其他運(yùn)營(yíng)商可以使用其空閑的RB資源來(lái)實(shí)現(xiàn)空口資源最大化利用。

（4）互操作

◆切換

根據(jù)不同的切換場(chǎng)景對(duì)切換流程進(jìn)行描述，具體如表1所示：

◆重選

在獨(dú)立載頻下，小區(qū)與非共享小區(qū)的重選可以按照現(xiàn)網(wǎng)相同的參數(shù)雙方各自配置。而在共享載頻下，重選的優(yōu)先級(jí)可以設(shè)置成絕對(duì)的優(yōu)先級(jí)，即不區(qū)分運(yùn)營(yíng)商；也可以設(shè)置成基于PLMN的專有優(yōu)先級(jí)，讓用戶重選到本方的2G/3G/4G非共享基站。

◆語(yǔ)音回落

由于共享基站僅僅是4G，而語(yǔ)音業(yè)務(wù)是靠各自的2G/3G網(wǎng)絡(luò)來(lái)解決。中國(guó)聯(lián)通采用CSFB（Circuit Switched Fallback，電路域回落）到2G/3G網(wǎng)絡(luò)，而中國(guó)電信采用SRLTE/SVLTE支持語(yǔ)音。因此，如果中國(guó)聯(lián)通用戶在對(duì)方的共享基站下回落到WCDMA，需要中國(guó)電信共享基站配置支持CSFB流程；同樣的，如果中國(guó)電信用戶從中國(guó)聯(lián)通共享基站回落，中國(guó)聯(lián)通共享站需要支持SRLTE功能。表2詳細(xì)匯總了關(guān)于兩種配置主要的不同點(diǎn)[9]。

綜上所述，獨(dú)立載頻模式可實(shí)現(xiàn)更獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)，對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)的影響較小，改造起來(lái)更加容易，且對(duì)于網(wǎng)絡(luò)性能和業(yè)務(wù)分析難度較低；小區(qū)參數(shù)調(diào)整不影響其他小區(qū)業(yè)務(wù)，這樣也更便于實(shí)現(xiàn)和管理。但是，在部署靈活性以及未來(lái)如果需要載波聚合追求更高的速率的情況下會(huì)較為不便。而共享模式的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)共享更多的RAN資源，載波的部署也更加靈活。但是運(yùn)營(yíng)商之間的耦合度較高，小區(qū)配置復(fù)雜，維護(hù)管理難度大；而且小區(qū)特性共享，分析起來(lái)的復(fù)雜程度較高，網(wǎng)絡(luò)改造會(huì)牽涉到大量的協(xié)調(diào)工作和后續(xù)管理工作。

共享基站的建設(shè)考慮先易后難，初期可以考慮在1.8 GHz頻段、雙方都有意愿的區(qū)域采用獨(dú)立載頻的方案進(jìn)行部署，后續(xù)隨著經(jīng)驗(yàn)的積累和業(yè)務(wù)的實(shí)際需求增加共享載頻的方案。

3 共享基站場(chǎng)景

3.1 部署場(chǎng)景

共享基站的建設(shè)主要是為了解決站址資源緊張，降低建設(shè)成本，在3GPP中也針對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行了定義和描述[10]。共享基站的建設(shè)應(yīng)該著眼于中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信至少其中一方存在不良覆蓋的場(chǎng)景以及業(yè)務(wù)質(zhì)量較低、亟待改善的場(chǎng)景。共享基站主要適用于：

（1）偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村等廣覆蓋區(qū)域：偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村等業(yè)務(wù)量較低的區(qū)域，農(nóng)村基站流量極低，僅吸收了全網(wǎng)1%～10%的流量。

（2）高鐵、高速公路：用戶高速移動(dòng)的場(chǎng)景普遍存在覆蓋差的情況，覆蓋此類(lèi)場(chǎng)景的投資較大且效益低。

（3）室分場(chǎng)景：新建室內(nèi)分布系統(tǒng)的投資占移動(dòng)網(wǎng)投資的30%～40%，但部分室分場(chǎng)景的流量比例并不高，適合共享基站進(jìn)一步降低投資。

表3給出了重點(diǎn)場(chǎng)景的共享建設(shè)建議。

此外，共享站的建設(shè)應(yīng)該盡量保證大面積連片共享覆蓋，減少與非共享站的邊界。這是因?yàn)楣蚕碚竞土硪环椒枪蚕碚镜泥弲^(qū)關(guān)系、切換參數(shù)等配置及調(diào)整需要兩家運(yùn)營(yíng)商之間協(xié)調(diào)，手動(dòng)配置及調(diào)整對(duì)于長(zhǎng)期網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和維護(hù)非常不利，插花共享基站的情況應(yīng)該盡可能地避免出現(xiàn)。

3.2 共享基站案例

目前全球范圍內(nèi)已有不少部署了共享基站的案例，具體如下：

（1）沃達(dá)豐和Orange在鄉(xiāng)村場(chǎng)景LTE 2100 MHz的頻段部署了共享基站，核心網(wǎng)相互獨(dú)立，RRU配置兩家頻段，采用獨(dú)立載頻的共享方案，站點(diǎn)數(shù)量減少了20%，而覆蓋卻提升了25%，同時(shí)運(yùn)營(yíng)成本降低了38%。

（2）香港的電訊盈科和HUT通過(guò)共享載頻的方式部署了共享基站，帶來(lái)了更高的RAN容量，減少了40%的站點(diǎn)數(shù)量。

（3）中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信選擇了雙方都有建設(shè)意愿的鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域，通過(guò)無(wú)線資源分配與管理、移動(dòng)性管理、系統(tǒng)間互操作、網(wǎng)管關(guān)鍵能力等方面開(kāi)展了測(cè)試與分析，也進(jìn)一步驗(yàn)證了共享載波方案的可行性。

4 共享基站技術(shù)總結(jié)

根據(jù)上述基站共享技術(shù)的分析，結(jié)合場(chǎng)景和案例總結(jié)如下：

基站共享有GWCN和MOCN這2種主要的模式。前者從核心網(wǎng)到基站設(shè)備均共享，但是改造復(fù)雜度高，不利于管理維護(hù)；目前的基站共享均采用MOCN模式，只共享無(wú)線接入部分，不會(huì)降低業(yè)務(wù)體驗(yàn)，對(duì)終端基本無(wú)要求。

載頻的配置分為獨(dú)立載頻和共享載頻。獨(dú)立載頻對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)的影響較小，運(yùn)營(yíng)商可以各自配置小區(qū)級(jí)的特性，如切換、重選、QoS等參數(shù)；共享載頻運(yùn)營(yíng)商之間的耦合度較高，小區(qū)配置和維護(hù)管理都更加復(fù)雜，但是能夠共享更多的RAN資源，載波的配置也可以根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)量進(jìn)行靈活配置。為了易于實(shí)現(xiàn)，中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信合作前期可以考慮先采用獨(dú)立載波的配置，待后期技術(shù)經(jīng)驗(yàn)成熟后再進(jìn)一步考慮共享載波。

共享基站適合部署在偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村等廣覆蓋區(qū)域，高鐵、高速公路等高速移動(dòng)場(chǎng)景以及室內(nèi)分布場(chǎng)景。通過(guò)共享基站能夠改善覆蓋，在不增加站點(diǎn)的情況下有效地吸收用戶流量，以進(jìn)一步降低成本。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文首先介紹了基站共享的基本架構(gòu)，通過(guò)比較得出采用MOCN建設(shè)共享基站更為適合；然后在基站配置、資源共享、傳輸和互操作等方面對(duì)比了獨(dú)立載頻和共享載頻對(duì)于改造需求的不同；最后對(duì)基站共享的部署場(chǎng)景和實(shí)際案例進(jìn)行分析。基站共享技術(shù)能夠減少站點(diǎn)數(shù)量并改善覆蓋，從而解決站址資源緊張的問(wèn)題，降低投資成本，是加快實(shí)現(xiàn)4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋目標(biāo)的有效手段。

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