700 MHz NR異網(wǎng)共享方案研究

何 斌，蘇 俊，張 磊，周 琪

（1.四川通信科研規(guī)劃設(shè)計有限責任公司，四川成都 610041；2.中國電信股份有限公司四川分公司，四川成都 610000）

1 概述

2019 年6 月6 日，國家工業(yè)和信息化部向國內(nèi)包括中國廣電在內(nèi)的4 家通信運營商頒發(fā)了5G 商用牌照，中國廣電700 MHz頻率用于5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)得到進一步明確。2020 年5 月，中國移動與中國廣電（簡稱“移廣”）訂立有關(guān)5G共建共享合作框架協(xié)議，雙方將開展5G共建共享以及內(nèi)容和平臺合作，共同打造“網(wǎng)絡(luò)+內(nèi)容”生態(tài)。2020年9月，中國電信與中國聯(lián)通（簡稱“電聯(lián)”）宣布將開展5G 網(wǎng)絡(luò)共建共享工作?？紤]國內(nèi)2家運營商現(xiàn)有頻譜資源及合作情況，國內(nèi)5G網(wǎng)絡(luò)將形成2.6 GHz+700 MHz NR 與3.5 GHz+2.1 GHz NR 的競爭格局。

自5G 網(wǎng)絡(luò)開始部署至今，各運營商5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)穩(wěn)步推進，由于5G 網(wǎng)絡(luò)部署前期終端迭代滲透較慢，綜合考慮投資與收益，運營商5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)主要聚焦城區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)及部分高價值場景，移廣和電聯(lián)在現(xiàn)階段的5G 覆蓋水平基本相當。但是由于移廣700 MHz 頻率傳播損耗低、覆蓋能力強、設(shè)備造價便宜，后續(xù)在農(nóng)村、高速公路等場景進一步擴大5G覆蓋時較電聯(lián)具備明顯優(yōu)勢。為了積極響應(yīng)國家“雙碳”目標，同時有效整合資源，避免資源浪費，2021 年9 月，工業(yè)和信息化部提出“深化5G 共建共享，推進異網(wǎng)漫游”，中國電信和中國聯(lián)通異網(wǎng)共享中國移動和中國廣電700 MHz頻率得到國家支持。

2 700 MHz頻率性能分析

700 MHz頻率因為傳播損耗低，輻射距離遠，被業(yè)界公認為是無線通信黃金頻段。在移動通信中，討論無線頻率性能主要圍繞覆蓋與網(wǎng)絡(luò)容量進行分析。本文將700 MHz 頻率無線鏈路預算與現(xiàn)有5G 網(wǎng)絡(luò)頻率進行對比，從而確定700 MHz 頻率的覆蓋性能。然后通過預設(shè)條件對700 MHz 頻率進行系統(tǒng)仿真，確定700 MHz的容量性能。

2.1 700 MHz覆蓋性能分析

在城區(qū)5G覆蓋中，將FDD 700 MHz（4T）分別與電聯(lián)FDD 2.1 GHz（4T）、移廣TDD 2.6 GHz（AAU）進行無線鏈路預算對比，典型頻率因子取27，結(jié)果如表1 所示，從表1 可以看出，F(xiàn)DD 700 MHz（4T）比電聯(lián)FDD 2.1 GHz（4T）在室內(nèi)接收信號強度提升14.4 dB，比移廣TDD 2.6 GHz（AAU）在室內(nèi)接收信號強度提升14.3 dB。

在農(nóng)村5G覆蓋中，將FDD 700 MHz（4T）分別與電聯(lián)FDD 2.1 GHz（4T）、移廣TDD 2.6 GHz（AAU）進行無線鏈路預算對比，取典型頻率因子20，結(jié)果如表2 所示，從表2 可以看出，F(xiàn)DD 700 MHz（4T）比電聯(lián)FDD 2.1 GHz（4T）在室外接收信號強度提升6 dB，比移廣TDD 2.6 GHz（8T）在室外接收信號強度提升7.8 dB。

表2 農(nóng)村5G鏈路預算對比

通過以上數(shù)據(jù)對比，可以明顯得出700 MHz 頻率用于5G將有助于提升城區(qū)深度覆蓋，同時更易實現(xiàn)農(nóng)村等場景的廣域覆蓋。

2.2 700 MHz容量性能分析

在城區(qū)場景下，仿真初設(shè)條件為：站間距300 m，加載50%，700 MHz NR 與2.6 GHz 按1∶3 進行組網(wǎng)，仿真結(jié)果如表3 所示，從表3 可以看出，在此仿真條件下，700 MHz NR 的單用戶上行邊緣速率能達5 Mbit/s，明顯優(yōu)于2.6 GHz NR 及電聯(lián)3.5 GHz NR 與2.1 GHz NR。

表3 城區(qū)700 MHz NR系統(tǒng)仿真容量情況對比

電聯(lián)為有效應(yīng)對700 MHz NR 在城區(qū)帶來的容量挑戰(zhàn)，可以通過載波聚合、上行輔助增強等軟件技術(shù)提升網(wǎng)絡(luò)容量，若電聯(lián)在城區(qū)利用上行3.5 GHz 100 MHz+2.1 GHz 40 MHz 上行輔助增強技術(shù)，單用戶上行邊緣速率能夠達到4.7 Mbit/s，與移廣700 MHz NR 單用戶上行邊緣速率基本持平。

在農(nóng)村場景下，根據(jù)目前運營頻率資源分配情況及運營商建設(shè)策略，移廣5G 建設(shè)主要利舊2.6 GHz 8TR 60 MHz 設(shè)備、新建2.6 GHz 8TR 100 MHz 設(shè)備及新建700 MHz 4TR 2×30 MHz 設(shè)備，電聯(lián)則采用2.1 GHz 4TR 2×40 MHz設(shè)備。

針對以上NR 開通方式，初設(shè)站間距為1 km，加載50%進行系統(tǒng)仿真，結(jié)果如表4 所示，700 MHz 4TR 2×30 MHz 由于帶寬資源受限，網(wǎng)絡(luò)容量偏低，但單用戶上行邊緣速率優(yōu)勢明顯。

表4 農(nóng)村700 MHz NR系統(tǒng)仿真容量情況對比

以上仿真結(jié)果顯示，700 MHz NR 在城區(qū)能夠有效彌補移廣城區(qū)上行覆蓋不足的短板，在農(nóng)村上行邊緣具備明顯優(yōu)勢。

3 700 MHz NR異網(wǎng)共享方案

2021 年3 月，中國信息通信研究院組織4 家運營商召開700 MHz 共享的技術(shù)方案討論會，會議提出2種700 MHz NR 異網(wǎng)共享方案，即接入網(wǎng)共享（Multi-Operator Core Network，MOCN）與核心網(wǎng)共享。

2種共享方式架構(gòu)如圖1所示，接入網(wǎng)共享方式共享方與承建方核心網(wǎng)獨立，承載網(wǎng)互通，接入層資源共享。核心網(wǎng)共享方式承載網(wǎng)與接入網(wǎng)共享，雙方核心網(wǎng)需要打通。

圖1 700 MHz NR不同共享方式架構(gòu)示意圖

3.1 700 MHz NR接入網(wǎng)共享方案

700 MHz NR 接入網(wǎng)共享在實施中主要分為以下2種方式：電聯(lián)5G核心網(wǎng)完全獨立，700 MHz小區(qū)直接連接電聯(lián)5G 核心網(wǎng)；中國廣電為電聯(lián)代建1 套全新5G核心網(wǎng)，電聯(lián)4G核心網(wǎng)與新建核心網(wǎng)打通。

a）電聯(lián)5G 核心網(wǎng)完全獨立。電聯(lián)5G 核心網(wǎng)完全獨立共享的組網(wǎng)架構(gòu)如圖2 所示，在無線側(cè)700 MHz基站需支持開通電聯(lián)PLMN信號，同時與電聯(lián)4G/5G小區(qū)互配鄰區(qū)，配置移動性策略和參數(shù)。網(wǎng)絡(luò)承建方承載網(wǎng)需進行擴容并與電聯(lián)承載網(wǎng)互通。核心網(wǎng)側(cè)電聯(lián)5G 核心網(wǎng)與移廣完全獨立，4G 核心網(wǎng)維持不變，通過N26接口與5G核心網(wǎng)互通。

圖2 電聯(lián)5G核心網(wǎng)完全獨立共享架構(gòu)示意圖

b）中國廣電代建5G 核心網(wǎng)。中國廣電代建5G核心網(wǎng)共享的組網(wǎng)架構(gòu)如圖3 所示，在無線側(cè)700 MHz 基站需支持開通電聯(lián)PLMN 信號，且與電聯(lián)4G/5G小區(qū)互配鄰區(qū)，配置移動性策略和參數(shù)。網(wǎng)絡(luò)承建方承載網(wǎng)需進行擴容，同時中國廣電骨干網(wǎng)與電聯(lián)承載網(wǎng)互通。核心網(wǎng)側(cè)電聯(lián)5G核心網(wǎng)與4G核心網(wǎng)維持不變，中國廣電代建5G 核心網(wǎng)通過N26 接口與電聯(lián)4G 核心網(wǎng)互通，目前暫不確定該N26 接口能否打通，若無法打通，則非VoNR語音業(yè)務(wù)將受到較大影響。

圖3 中國廣電代建5G核心網(wǎng)共享架構(gòu)示意圖

無論是選擇電聯(lián)5G 核心網(wǎng)完全獨立還是中國廣電代建5G核心網(wǎng)方式共享，網(wǎng)絡(luò)承建方對700 MHz基站都具備完全管理和維護權(quán)限，電聯(lián)對700 MHz 基站僅具備查詢權(quán)限，同時因為電聯(lián)承載網(wǎng)需與網(wǎng)絡(luò)承建方承載網(wǎng)互通，故網(wǎng)絡(luò)承建方承載網(wǎng)均需進行擴容。

從目前實際情況來看，由于接入網(wǎng)共享方式網(wǎng)絡(luò)承建方與電聯(lián)核心網(wǎng)獨立，網(wǎng)絡(luò)計費策略無法統(tǒng)一，后期共享費用結(jié)算難度較大，且由于承載網(wǎng)互通，網(wǎng)絡(luò)承建方對網(wǎng)絡(luò)安全存在一定擔憂。所以現(xiàn)階段業(yè)界內(nèi)不建議700 MHz NR 異網(wǎng)共享采用接入網(wǎng)共享方式。

3.2 700 MHz NR核心網(wǎng)漫游共享方案

700 MHz NR 核心網(wǎng)漫游共享是在共享服務(wù)區(qū)域內(nèi)，歸屬網(wǎng)絡(luò)方的用戶通過核心網(wǎng)漫游方式接入拜訪網(wǎng)絡(luò)方的5G 網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供5G 業(yè)務(wù)。組網(wǎng)架構(gòu)如圖4 所示。在共享區(qū)域內(nèi)，700 MHz 基站除配置中國移動、中國廣電的PLMN 外，還應(yīng)增加配置新的漫游PLMN，電聯(lián)用戶在SIM 卡上將漫游PLMN 設(shè)置為等效PLMN，確保電聯(lián)用戶搜索到漫游PLMN 時可以接入700 MHz 網(wǎng)絡(luò)，中國廣電5G 核心網(wǎng)作為拜訪網(wǎng)絡(luò)，控制電聯(lián)用戶接入700 MHz 網(wǎng)絡(luò)，同時通過安全邊界保護代理（Security and Edge Protection Proxy，SEPP）網(wǎng)關(guān)路由到電聯(lián)5G核心網(wǎng)。

圖4 700 MHz NR核心網(wǎng)漫游共享架構(gòu)示意圖

700 MHz 共享區(qū)域內(nèi)，電聯(lián)用戶在700 MHz 網(wǎng)絡(luò)下開展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時，作為漫游用戶接入到中國廣電5G核心網(wǎng)，信令則經(jīng)SEPP 網(wǎng)關(guān)路由到電聯(lián)5G 核心網(wǎng)。如果用戶從電聯(lián)4G/5G 網(wǎng)絡(luò)到700 MHz 網(wǎng)絡(luò)，則需要通過跨PLMN 切換，切換過程需要依賴無線配置移動性策略和參數(shù)，同時切換過程也受到終端對PLMN 切換設(shè)定的影響。

電聯(lián)用戶在700 MHz 網(wǎng)絡(luò)下，如終端支持VoNR，則語音業(yè)務(wù)可以正常開展，如不支持VoNR，語音業(yè)務(wù)將觸發(fā)用戶回落至4G網(wǎng)絡(luò)。如果中國廣電5G核心網(wǎng)與電聯(lián)4G核心網(wǎng)之間的N26接口能夠打通，用戶終端便可以順利回落到4G 網(wǎng)絡(luò)，完成EPS Fallback 流程，如果無法打通N26接口，那么用戶語音業(yè)務(wù)將中斷，通過重新搜網(wǎng)接入電聯(lián)4G網(wǎng)絡(luò)后繼續(xù)完成語音業(yè)務(wù)。

考慮700 MHz NR 核心網(wǎng)異網(wǎng)漫游共享工作量及對用戶語音業(yè)務(wù)的影響，如圖5 所示將共享區(qū)域劃分為4 類場景，分別為城區(qū)電聯(lián)4G/5G 與移廣700 MHz重疊場景、城區(qū)電聯(lián)4G 與移廣700 MHz 重疊場景、農(nóng)村電聯(lián)4G 與移廣700 MHz 重疊場景、農(nóng)村移廣700 MHz獨有場景。

圖5 700 MHz NR共享場景劃分示意圖

其中城區(qū)場景需要在電聯(lián)4G 無線側(cè)配置700 MHz 的移動性策略，帶來大量的4G 網(wǎng)絡(luò)調(diào)整，同時場景用戶密集，語音業(yè)務(wù)中斷概率增加，致使用戶體驗感變差，可能引發(fā)大量用戶投訴，故城區(qū)場景下電聯(lián)開展700 MHz NR 共享風險大、難度高。農(nóng)村場景4G基站數(shù)量較少，改造難度低于城區(qū)，由于該場景下電聯(lián)信號覆蓋可能本身較弱，語音業(yè)務(wù)影響可以接受，同時現(xiàn)階段行業(yè)標準也僅對農(nóng)村移廣700 MHz獨有場景進行技術(shù)規(guī)范討論，所以在農(nóng)村移廣700 MHz 獨有場景下電聯(lián)開展700 MHz NR異網(wǎng)共享可行性最高。

4 結(jié)束語

由以上異網(wǎng)共享方案分析可知，700 MHz NR 接入網(wǎng)共享方式由于存在網(wǎng)絡(luò)安全風險及費用結(jié)算問題，在問題暫未能夠有效解決前不建議采用此種方式進行700 MHz NR異網(wǎng)共享。若采用700 MHz NR核心網(wǎng)漫游共享方式則需要明確拜訪網(wǎng)絡(luò)方5G 核心網(wǎng)與歸屬網(wǎng)絡(luò)方4G 核心網(wǎng)N26 接口是否能夠打通。綜上所述，結(jié)合目前行業(yè)標準進展，建議5G 核心網(wǎng)異網(wǎng)漫游共享前期在移廣700 MHz 獨有場景開展，后續(xù)適時逐步向農(nóng)村電聯(lián)4G與移廣700 MHz重疊場景推進共享。

雖然700 MHz NR 異網(wǎng)共享現(xiàn)階段技術(shù)暫未完全成熟，存在諸多問題，例如共享方用戶語音業(yè)務(wù)受影響、網(wǎng)絡(luò)改造工作量大、組織協(xié)調(diào)難度大等。但是隨著需求的提出、技術(shù)的迭代、政策的助力，所有問題都將被妥善解決。

如果運營商之間能擯棄成見，抓住機遇，通過成本均攤方式，齊心協(xié)力在農(nóng)村、高速公路等低業(yè)務(wù)需求場景建設(shè)一張高質(zhì)量700 MHz NR網(wǎng)絡(luò)，不僅能夠節(jié)省大量資源，節(jié)能減排，同時還能最大化降低各家運營商建設(shè)投入與運營成本，實現(xiàn)多方共贏。