摘要：
为打造覆盖广、网速快、感知好、效能高的4G移动精品网，以运营商5G 共建共享为契机，在4G现网质量不下降的前提下，进一步在不同场景、不同频段上开展4G共建共享。对共享载波和独立载波的数据业务和语音业务承载进行了分析，评估了4G开通共享功能后基站的KPI指标，分析了终端接入性问题，探索了各频段共享的可行性和技术方案，发现多数场景下覆盖明显提升、干扰达标，但存在800/900 MHz共享载波终端支持率较低、2.1 GHz 20 MHz DSS存在性能损失、15和20 MHz带宽插花干扰等问题，针对这些问题给出了解决方案。
01
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。
02
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、1800和2100MHz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1800/2100MHz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1800 MHz频段，可协商共享1830~1880MHz共计50MHz 频率，可开通1.8GHz频段的带内20MHz 20MHz载波。对2100MHz频段，可协商共享使用2110~2165 MHz频段共计55MHz频率，中国联通可在保留WCD??MA单载波的基础上［7］，开通2.1GHz带内20MHz 20MHz载波。
03
4G网络共享分析
本章对基站设备能力、双方低频系统（800/900MHz 系统）共享方案、室分系统、L1800网络15/20MHz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800/900/1800/2100MHz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1800MHz设备上给中国电信开通 1860~1875MHz频段小区共享，会在连续覆盖场景与1860~1880MHz频段小区在边缘造成干扰。通过对共享1800MHz区域开通15MHz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 850MHz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1823MHz，RSRP值高于频点为1850MHz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11MHz低频优质频段作为覆盖打底层，其中中国电信为869~880MHz（下行），主要用于C800 L800业务承载［9］，中国联通为 904~915MHz（下行），主要用于G/U900 L900业务承载。目前L800共享主要以5MHz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 5~10MHz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。5MHz和10MHz 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：10MHz 带宽的上传下载速率（均值和峰值）均高于5MHz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。5MHz和10MHz下行覆盖对比如图2所示，从图2可以看出，5MHz带宽情况下，RSRP>-100dBm的覆盖距离为6.56km，10MHz为3.41km；5MHz带宽情况下，RSRP＞-110dBm的覆盖距离为8.33km，10 MHz为5.97km。从覆盖分布角度看5MHz带宽明显好于10MHz带宽。5MHz和10MHz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3.3km以内时，10MHz 带宽的下载速率明显好于5MHz。距离基站3.3km以外时，由于10MHz覆盖弱于5MHz带宽，10MHz带宽优势无法体现，双方速率相当。小区边缘5MHz带宽由于覆盖优势，下载速率明显高于10MHz带宽。
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2.1GHz频段已经承载了部分LTE用户，如果5G初期将2.1GHz 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，2.1GHz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。4G/5G2.1GHz动态频谱共享功能在站间距500m 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，20MHzDSS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。
图2 L900 5 MHz和10 MHz RSRP测试
图3 L900 5 MHz&10 MHz 下行速率测试
图4 PRB/TTI级动态频谱共享（DSS）
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800/900/1800/ 2100MHz的共享网络。而当开通共享载波时虽然都可以占用对方1800MHz网络频点小区，但华为、op??po、vivo等麒麟和联发科芯片的手机启动驻留1800 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，800MHz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1800MHz和2100MHz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140Mbit/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70~80Mbit/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4.91s，中国电信CDMA平均建立时延为1.28s。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
04
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1860~1880MHz频段20MHz带宽连续覆盖区域，中国联通开通1860~1875MHz频段的15MHz带宽会产生15MHz与20MHz插花组网的现象，在小区边缘造成干扰。为了控制15MHz基站对周边20MHz基站的干扰，首先需合理设置中心频点确保15MHz基站与20MHz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15MHz带宽前7.5MHz带宽RS与20MHz带宽对齐（见图5）。CRS位置由CPI模3（2个发射端口）确定，为使15MHz与20MHz起始频率相差3倍RE（45 kHz）的整数倍，需满足如下公式：
（1）
式中：
m、n——自然数
f20 MHz、f15 MHz——20 MHz、15 MHz带宽下中心频率
图5 15 MHz与20 MHz干扰协调办法
保持老模块中心频率1867.5MHz不变，按照式（1）计算
，对应频点号EARFCN=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
20MHzDSS由于存在性能损失问题，可考虑40 MHzDSS（NR40MHz LTE20MHz）方式部署，40 MHzDSS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
05
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15MHz/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。
参考文献
［1］刘雅婷.4G移动网络现状及前景展望［J］.电脑知识与技术，2014，10（20）：4682-4683.
［2］宋蒙，聂昌，周瑶.4G网络基站共享技术研究［J］.移动通信，2016，40（22）：3-7.
［3］杨慧.后4G时代室分的共建共享建设方式探索［J］.通信技术，2019，52（5）：1179-1184.
［4］褚烽.4G网络多场景深度覆盖解决方案研究［J］.电信技术，2015（7）：42-45.
［5］陈奇.4G基站多场景覆盖能力分析［J］.电信快报，2020（2）：1216.
［6］韩志刚，孔力，陈国利，等.LTEFDD技术原理与网络规划［M］.北京：人民邮电出版社，2012.
［7］郭燕.基于WCDMA网络的语音优化技术研究［J］.技术与市场，2012，19（6）：217.
［8］刘光海，陈崴嵬，薛永备，等.4G网络基站共享优化解决方案［J］.邮电设计技术，2017（4）：31-37.
［9］陈秀娟.中国电信LTE800M在农村覆盖中的应用［J］.移动通信，2017，41（7）：50-54.
青春，工程师，硕士，主要从事移动无线网络规划设计咨询工作；
王兴光，工程师，主要从事移动无线网络规划设计咨询工作；
胡雅静，高级工程师，学士，主要从事网络规划设计咨询工作；
王珏，高级工程师，硕士，主要从事网络规划设计咨询工作。
点
推荐阅读
■面向工业应用的5G增强技术
■确定性工业网络架构与关键技术分析
■邮电设计|2022年第3期 工业算网与确定性服务专题
■潜望式激光通信终端——“小而美”的卫星通信首选
