文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200194
中文引用格式： 张志荣，李志军，陈建刚，等. 5G网络共建共享技术研究[J].电子技术应用，2020，46(4)：1-5.
英文引用格式： Zhang Zhirong，Li Zhijun，Chen Jiangang，et al. Research on 5G network co-construction and sharing technology[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(4)：1-5.
1 5G共建共享战略和意义
目前，5G运营商面临着通信网络智能化和运营智慧化的要求[1-2]，迫切需要降低5G建设和运营成本。同时，5G网络建设面临着两方面的挑战。首先，部署5G的频段相对4G有所提高(5G频段高)。虽然5G引入了大规模天线(Massive MIMO)技术[3]，但受限于上行覆盖的短板，单站覆盖距离收缩了。单站覆盖收缩情况下，连片覆盖场景下站点数量的增加就成为必然，5G建设投资巨大(CAPEX巨大)，进而导致运营商潜在建设成本的提高。其次，为了满足未来5G业务及数据流量的需求，5G需要使用更多的频谱资源以及更大的系统带宽，5G基站数量的成倍增长、大规模多输入多输出(Massive MIMO)技术的引进使得AAU通道数多达64个之多，在给网络性能带来提升的同时，也带来了5G基站设备能耗大幅增加[4]，进而导致运营商运维成本增加。在运营商经营压力与日俱增的情况下，为了降低5G的总体成本，运营商之间的5G网络共建共享无疑是解决投资成本、运维成本过高和降本增效的有效解决方案。
国外运营商也面临着类似情况：国外电信市场上运营商数量较多，建设与运营成本成为网络运营中的重要考量因素。基于降低成本考虑，很多运营商需要进行共建共享。研究国外电信共建共享模式，借鉴其经验存在必要性[5]。
英国运营商C和D分别为该国第二、第三大运营商，面临第一大运营商的竞争压力非常大。为迅速实现LTE网络覆盖，两家运营商网络部署方案为LTE站点全部共建共享，即：将英国划分为东部和西部两大区域，由2家分别部署eNodeB，核心网独立，涉及频段包括800 MHz和1 800 MHz(两段频率两个运营商均占有资源)。eNodeB配置运营商C和D两家频段，采用独立载频共享方案，两个运营商各自采用自有品牌独立运营。
瑞典运营商E与F分别为瑞典第二和第三大运营商，第一大运营商在2009年底首先开始商用LTE，以先发优势占领了市场。后进运营商E和F为了减轻竞争压力，实现LTE快速部署上市、降低投资和运营成本，联合成立合资公司，专门负责管理LTE网络，将瑞典等分为4个区域，由运营商E和F分别建设LTE站点，并将LTE站点和频谱归属合资公司。合资公司不直接运营网络，通过将LTE站点以共载频共享方式租给运营商E和F，根据流量独立结算，而运营商E和F通过共享载波使用各自品牌运营LTE业务。
因此，无论从内部矛盾进行剖析，还是从国际上的经验来看，5G共建共享势在必行。需要积极探索5G网络共建共享技术和方案，通过“创新、开放、共享”的方式，打造“全国性5G网络，满足不同地区、不同发展需求”。
2 5G共建共享方式
基于运营商的深度合作和网络共享技术涉及的技术手段，网络共享方式包括以下几种：站点基础设施的共享、漫游、MOCN(载波是否共享两种方式)和GWCN(也分为载波是否共享两种方式)，如图1所示。3GPP R15标准规定了漫游和MOCN两种共享技术。由于目前3GPP 5G标准中不支持GWCN共享方式，因此本文对GWCN共享方式不作详细描述。
基础设施的共享不涉及物理设备的共享，而其余几种都可以共享接入网的物理设备。随着共享资源比例的提高，CAPEX逐渐降低，但同时部署可控性、运营商之间的协调复杂度上升[3]。
2.1 站点基础设施的共享
站点基础设施的共享是比较常见的方式，从铁塔到机房，从电源到方舱，这些东西都可以进行共享，但是每一个运营商的具体网元，BBU、AAU、RRU这些设备，还都是独立运营的，网管、核心网也都完全独立，平常的网络操作也不需要协同配合。基础设施的共享主要解决选址困难问题，是最常见的网络共享方式，多个运营商共用站址、机房、传输和塔台等。优点是基础物理设备成本降低，各运营商无线设备独立，操作维护简单，不涉及具体网络设备，但是供电和传输是多套运营商设备的叠加。
2.2 漫游
漫游也是最常见的网络共享方案，国与国之间、运营商区域与区域之间，最常见的共享方式就是漫游。漫游方式的共享一般是两个或多个运营商在一个国家的部分区域部署整个网络，在没有部署自有网络的区域则与其他运营商签署漫游共享协议。在自有网络覆盖的地区中，用户接入归属网络；在自有网络覆盖以外的地方，则允许用户接入签有漫游共享协议的网络。优点是漫游场景时所有的非主运营商需要与主运营商的核心网对接，通过对接的接口和主运营商共享某一区域的接入网基础设备。在运营商A和运营商B彼此的独立区域内，是完全不相干的两张网络，运营商之间的耦合性低，操作及运维简单，在对方区域内的网络质量则完全取决于合同签订的具体情况。通过漫游，可以给客户带来很大方便。但是在用户漫游期间，要受到当地运营商网络的控制，自主性受损。特别是NSA建网阶段采用异网漫游会导致网络更加复杂，与国际漫游相比有非常大的差异：异网漫游区内有本网的2/3/4G网络覆盖，需网络侧来控制5G与4G用户的行为(5G用户漫游，非5G用户不漫游)，此种方式存在以下难点：
(1)网络改造比较大：无线网共享之外，核心网需要改造升级，核心网部分网元需要扩容；
(2)业务支持难度大：用户体验受影响，表现在上网时延增加，用户从漫游区回到归属网络可能会导致掉话；
(3)现网容量负荷变重：本质上属于无线共享载波模式，所以导致承建方4G网络日趋重载，用户体验可能下降；
(4)用户服务异常复杂：涉及多类区域、多种场景、不同故障的交叉组合，故障分析处置流程和难度加大，可能影响用户体验。
2.3 MOCN
MOCN(Multi-Operator Core Network)模式[6]，是指一个无线网络(RAN)可以连接到多个运营商核心网节点，可以由多个运营商合作共建RAN，也可以是其中一个运营商单独建设RAN，而其他运营商租用该运营商的RAN网络。MOCN共享网络架构下，根据载波是否共享又分为独立载波(MORAN)网络共享和共享载波网络共享。独立载波共享时，BBU共享对接同厂家RRU/AAU，RRU/AAU各运营商独立，各载波独立配置和管理，无线侧gNB内部，使用逻辑上独立的不同小区提供给多个运营商进行独立使用；共享载波共享时，BBU、RRU/AAU均共享，站点侧RAN设备全共享，共享不同运营商的某段或某几段载波，形成一个连续大带宽的共享载波，可进一步降低基础设施和设备费用。优点：MOCN为共享载波共享方式，共享RAN侧全部设备，包括BBU、RRU和AAU，通过共享多个运营商的小段共享载波来组成一个大带宽的连续共享载波，与基础设施共享相比进一步降低了费用。缺点：运营商之间的耦合度高，协调和管理成本高，动态资源分配，难以保障资源可用性，移动性管理复杂，同时需要足够的统计数据和计费策略，从而支持根据资源使用状况分摊费用。
该方案主要特点是：基站共享，双上联接入各自核心网，物理上一个基站，逻辑上两个基站，承载网共享、互通，核心网、IT系统等基本无变化，网络的共享基本在无线侧，只是在NSA共享阶段存在4G和5G需同时共享，全球无应用案例。
综上所述，异网漫游与接入网共享方式对比如表1所示。
综合比较，5G无线接入网共享方案成为当前各国运营商选择的主流方案。
3 5G无线接入网共享技术
5G接入网共建共享分NSA共建共享和SA共建共享两个阶段，每个阶段都有各自的技术方案。
3.1 5G NSA共享技术方案
对于5G NSA共建共享，可分为3种技术方案：（1）双锚点技术方案；（2）单锚点共享载波技术方案；（3）单锚点独立载波技术方案，如图2所示。从网络结构上看，这3种共建共享方案共同点是5G NSA基站是共享的。而4G锚站可以共享，也可以不共享，但4G锚点站需要连接到双方的4G核心网，同时5G NSA基站也需要都连接到双方的4G核心网。
5G NSA共建共享3种技术方案特点和场景选择标准如表2所示。
3.2 5G SA共享技术方案
相对于5G NSA共享，5G SA共享[7]网络结构相对简单，仅需5G基站连接到双方的5G核心网即可，如图3所示。5G网络建设与4G网络解耦，无需各种复杂的锚点协同方案，5G网络优化简单，减少30%的锚点优化工作量，体验保障简单，4G/5G相互不影响对方体验。
3.3 5G接入网共建共享演进路线
运营商A和运营商B共建共享5G无线接入网，初期实现NSA共享，以SA为目标，过程中经历NSA/SA双模共建共享阶段，具体演进路线如图4所示。特别需要注意的是，NSA单模终端的规模将会影响双模共建共享阶段。在NSA共建共享阶段采用option3X架构，采用接入网共享，MOCN方式。NSA/SA双模共建共享方案采用option3X+option2架构，SA共享阶段采用option2架构。在演进过程中，无线部分硬件不动、软件升级即可。
3.4 5G接入网共建共享网络规划和站点建设
5G接入网共建共享网络规划流程分为两个阶段：目标确认和网络评估、站点选择和方案输出，并涵盖6个环节。
(1)目标确认和网络评估，是制作方案前的准备阶段，通过现网各项信息的收集、分析和多方沟通工作，确认本地共享共建的目标、区域、锚点策略以及现网覆盖情况；包含需求分析、价值区识别和覆盖分析3个环节。
(2)站点选择和方案输出，是网规方案具体制作阶段，根据共享共建策略和选址原则，完成4G/5G站点选择、RF设计和参数规划等工作，输出网规方案；包含5G站点选择、覆盖效果评估和参数规划3个环节。
5G NSA共享共建网络规划中，需要关注锚点规划方案和NR站点选择两个方面。
(1)锚点规划方案：根据各频段站点规模和覆盖情况，选择使用2.1G独立载波、1.8G共享载波或双锚点方案。对2.1G方案，还需要根据本地频点的具体使用情况，协商共享共建锚点的具体频点和带宽。锚点层网络规划原则是覆盖连续，容量不影响现网用户感知。
(2)NR站点选择：总体原则是以承建方为主，综合利用各类候选站址，合理控制站间距，保证网络结构合理。NR站点规划分为3个大步骤：覆盖评估、站点选择和网络结构优化。NR站点选择是站点规划的关键动作，首先根据小区冗余评估，优化现网站点选择；然后根据弱覆盖聚类，完成场景化站点增补。最新方式可以引入机器学习等有效手段，根据工程参数、已有MR覆盖、地图信息等数据，实现更加精准的NR站点选择。
3.5 4G/5G配合和协同
共建共享初期采用NSA共享，4G/5G的配合与协同也尤为重要。由于NSA共享架构的定位是初期的快速部署与过渡，因此应尽可能地减少NSA网络对双方4G网络的影响。具体原则可考虑如下约束：
(1)4G网络升级支持专有频率优先级功能，这样可以通过识别终端类型下发针对5G NSA终端的LTE网络的驻留优先级。这样既可以避免对现网4G用户的影响，又可以保证5G NSA终端能够快速建立5G连接。
(2)对于MOCN的共享方式，共享方的4G终端用户从承建方锚点站回到本网的LTE网络。这样可以避免共享方的4G终端过多地占用承建方的LTE网络。
(3)对于没有5G NR覆盖的区域，共享方的5G终端用户从承建方锚点站回到本网的LTE网络。在没有NR覆盖的区域，共享方的5G终端用户驻留在承建方的锚点，相当于仅仅占用承建方的LTE网络承载数据业务，有悖于整体的建设原则。
3.6 语音解决方案
共建共享下的语音方案与非共建共享下的语音方案差异不大，在VoNR成熟前主要还是依托于VoLTE完成语音通话。而具体的方案基于网络架构以及共享方式略有差异：
(1)对于NSA架构的双锚点以及独立载波锚点方案，承建方与共享方的5G终端都可以在各自的4G锚点站上完成语音通话，不会影响对方的4G网络质量；
(2)对于NSA架构的共享载波锚点方案，共享方的5G终端需要回到4G本网完成语音通话，在通话完成后，可以通过频率优选再回到承建方的锚点站上；
(3)对于SA架构的共建共享，在当前阶段，需要完成4G/5G切换回到4G网络上完成语音通话，之后再回到5G。在未来VoNR部署完成后，就能够直接在5G网络上完成语音通话。
4 结论
无线网络技术发展随着5G技术的到来将迎来革命性的变革。与此同时，5G技术本身特性带来的问题是：(1)5G频段高，覆盖能力差需要更高密度的站点。因此建成保障基础广覆盖的网络需要更高的设备CAPEX成本。(2)5G高带宽、高功耗、高站址密度，导致网络整体运维成本高。因此如何低成本地建设5G网络是当前面临的主要问题。
5G阶段共建共享的必要性和战略意义凸显。目前有多种共建共享方式，对于不同的运营商经营状况和网络现状，运营商可以选择适合自身发展的方案。在借鉴国际上的共建共享经验的同时，针对目前已有的共建共享方案对比分析，对于中国国内运营商，MORAN和 MOCN是相对符合当前国内运营商发展目标的共享方式。
从整体产业的发展趋势来看，SA作为目标网是行业内达成的共识。目前国内运营商SA网络升级计划正在提速，NSA网络共享作为中间态存在的时间较短，需要加快SA共建共享应用部署。
通过对站点规划、锚点应用方案、4G/5G配合协同、语音解决方案以及后续双模/SA共享网络演进的应用探索，当前共建共享方案技术已成熟，可以进行规模化的商用建设。5G共建共享节省了大量设备投资，有效提高了网络设备利用效率，同时最大程度地保障了网络用户体验。
参考文献
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[7] cnTechPost.China Unicom and China Telecom launch China′s first shared 5G SA base station[EB/OL].(2019-12-15)[2020-03-15].https：//cntechpost.com/2019/12/15/china-unicom-and-china-telecom-launch-chinas-first-shared-5g-sa-base-station/.
作者信息:
张志荣1，李志军2，陈建刚2，张 新2，朱雪田3
(1.中国电信股份有限公司研究院，北京102209；2.中国电信集团有限公司，北京100033；
3.中国联合网络通信有限公司网络技术研究院，北京100048)