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芦佐楠 谭赓 张钊伟
【Summary】  本文通过DSS技术在联通电信建设规划中的地位引入,阐述了DSS技术在运营商建设中的应用原理,分析了DSS技术的发展方向,提出了DSS技术的展望,最后给出了频谱最终部署建议。
【Key】  动态频谱共享(DynamicSpectrumSharing,DSS)  4G/5G  联通电信  规划
引言:
根据十四五规划的国家战略要求,加快数字化发展建设数字中国,无论是提供智慧便捷的公共服务,还是加快推动数字产业化,对联通电信运营商的第五代网络建设从速度和质量上都产生更高的要求。自2019年的下半年伊始,针对5G网络建设联通和电信两家运营商采取共建共享的方式,双方现有的站址和频段资源如何能充分利用和整合,在保证双方需求的下,规划并建设出一张高质量高满意度的网络,能达到1+1>2的效果,成为近几年双方建设和规划中重要组成部分。
一、DSS在建设规划中的地位
5G网络规划中,无论是设备参数规划,频段规划,站址规划,传输资源规划等,还是针对ToB,ToC的重点目标,都要分阶段分步骤的实施,为最终目标:打造一张速率更快、体验更好、覆盖更宽、口碑更优的精品第五代通信网络。
在针对频段规划中,目前多采用固定频段分配策略,为了避免用户之间的互相干扰,可能会存在频段被单独占用形成的频段闲置等不能充分利用的问题。随着近几年的5G网络大规模快速部署建设,用户业务对于频段资源的需求也随着
快速增长,再根据国家规划及运营商建设网络频段的规划,需要运营商的移动网络能够采取先进的频段资源管理方法来满足随着建设增长的业务需求增长。
动态频谱共享(DSS)技术的应用及发展,能够提高频段利用率,在有限的频段内实现资源的充分利用,进而为以后的频率分配智能化和设备集成化提供技术保证。
二、DSS在现有建设规划中的应用原理
&NR动态频谱共享,,根据业务量的需求两种制式使用相同的频谱资源。根据瞬时的需求将两种制式动态分配在相同频谱里,利用eNodeB和gNodeB的配合来实现LTE和NR两种制式对共享频谱的协调与配合。在技术层面上讲,4G协议是5G协议的底层基础和底层逻辑,这是4G和5G可以共享前提,所以它们具有很好的相关性和承接性。
,首先,NR和LTE拥有基本相同的帧结构:solt(1ms子帧)、10ms帧,其中包含OFDM符号14个,传输时间间隔相同,调度一次的时长都是毫秒级;其次,4G和5G拥有相同的子波间隔:15Hz;再次,4G和5G多址方式的兼容:下行为CP-OFDM,上行为DFT-S-OFDM(4G/5G)和CP-OFDM(5G)可以共存,共享方式如图1所示。
动态频率的共享流程方式,一般采用负荷需求计算:根据上行PUSCH利用率,下行PDSCH/PDCCH利用率,上/下行流量等指标进行综合计算负荷。频率共享的判决方式如表1所示。
三、DSS的技术发展方向
虽然动态频谱共享技术很有发展潜力和技术吸引力,但是在技术层面上的完全共享动态频谱,依然有很大困难。首先是如何避免4/5G之间的信号干扰与信道相互冲突,其次是实现4/5G用户需求的最优调配、让资源最优使用,其实现方法为系统厂商资源分配算法实现调配。一般需要设计成4G优先,5G适时介入占用。其中原因主要是4G信号对应匹配机制和物理通道信号相对宽松,对于信道的控制和参考信号的提取都为全频段映射。而5G与4G存在相似和相同的各种物理信道与控制信号,这对于4/5G不同制式的信号冲突提供了不确定因素。从整体来看,动态频谱共享技术,对于整体频谱的总容量是有一定损失的,因为无论是否只有4G或5G独占共享频段,都要保证另一空闲制式基本信令需求通道,来保证有新需求的信令能够顺利接入系统。另一方面,对于动态共享频谱实现的敏感度也是技术的保证,动态频谱共享系统对于不同网络制式的调配及时程度,来保证5G和4G的低时延要求,基本要在1-100ms内的响应敏感度才能保证不同制式流量的变化要求,快速的接入新增用户和平稳的切换4/5G制式。
动态频谱共享研究的技术方向的关键点包括:射频原理技术,各场景下的组网技术,无线接口,高层优先级技术,物理层技术,网络架构等。
(一)射频原理技术
通过研究射频原理技术,在市场主流芯片为多频多模制式前提下,对于支持共享频谱射频新型技术进行合理预测分析,使其能够处理同时工作和多个通道间的互处理,能够灵活准确的调制针对不同系统制式间的相同或相似频率,能够精准地在射频上支持更琐碎的带宽,能够支撑和整合未来更宽广的频率范围,
能够宽频谱检测达到压缩感知和多通路检测等效果,达到重新设计射频参考结构和参数的目的。
(二)各场景下的组网技术
通过研究共建共享的规划和建设实施方案,根据实际情况以建设最终精品网络为目的,分步骤分阶段的实施组网计划。针对覆盖区域:人口十分稠密或一般稠密的城区、发达或一般发达的县城、重点或非重点乡镇、重点或普通农村等划分覆盖频段及制式,结合双方资源明确各个制式的部署和带宽,目前双方的频谱及制式部署方式如图2所示。
针对专网行业场景:教育、电力、工业、医疗、媒体、港口、高铁等明确需求速率,需求时延,需求频率,明确覆盖频率和制式,如表2所示,进行最优组网架构。
针对不用的城市制定不同阶段的建设规划组网任务,对于直辖市、一线城市、二线城市、其他城市等制定不同建设覆盖要求,稳步完成组网任务。反向针对市场牵引,投诉驱动等感知反馈,完善网络架构。E25030CA-B760-4F99-B7D0-08DEC667473C
(三)高层优先级技术
通过研究共享频谱高层优先级技术,解决由共享频谱带来的资源频谱动态变动以及多个优先级网络共同存在的问题。根据不同的网络架构,对于所获得大量并且零散的频谱资源进行高效管理与分析,对于多个共享节点间频谱进行合理和最优的选择,对于临界切换时能够合理预测和分析代价权衡,能够进行接入控制和跨层设计等,能够分析对现有网络接入,现有业务管理,现有移动性的
判断等流程的影响准确分析。具体应用部署4/5G时,可以支持默认4G优先或者支持5G优先,无论哪种制式优先,另外的制式的基础信令通道频谱要保证,并且能够在到达条件时增加共享频谱需求,此门限和条件可以根据运营商需求进行动态调整。在跨运营商共建共享时,可以设置成制式优先,在共建的制式内部可采用运营商的共建共享方案。
举例,联通可以设置成联通4G业务优先,在4G业务内部可以按共享方案共享4G网络;之后再分配电联5G共享频谱资源。推荐使用次策略,能够将DSS业务对于原有4G业务的影响降到最低。
(四)物理层技术
通过研究共享频谱的物理层技术,从时域(timedomain)、频域(frequencydomain)、码域(codedomain)等多个层面进行解读,检测出频谱使用状况,研究测量和反馈技术,信道和参考信号等,为了防止4GLTE和5GNR信道的接入和信号的参考产生冲突反馈,4GLTE的下行信号有小区参考信号(CRS)等,5GNR的下行信号有单边带(SSB)、解调参考信号(DMRS)、信道状态信息参考信号(CSI-RS)等。研究5GNR技术的演进过程和4GLTE的上行信号:上行控制物理信道(PUCCH)、信道探测参考信号(SRS)、物理随机接入信道(PRACH)的功能和信号配置,用来达成能够合理配置频谱资源和准确及时上报共享频谱结果的目的,研究主动干扰等干扰的管理,以及对于频谱共享环境变化的适应,用来分析更多可能的多址方式。
(五)网络架构与无线接口
以集中式架构为主,分布式架构为辅,变更网络架构,部署共享节点间接口和新增节点接口。新增高级频谱管理权限接口应用在现有共享节点之上,对于频
谱进行更合理的分配与调度,对于共享节点的需求可以更精准的获得,以及公共资源池的维护管理。对于节点内部的资源进行重新配置,对于系统针对频谱分配结果的执行,以及对各个共享节点需求统计和测量。
此外还有频谱共享系统间共存技术,多系统整合的安全技术等发展方向。
四、结束语及展望
随着5G的持续发展,联通电信建设规划的日益明确,频谱资源的合理利用,快速实现低成本建设5G基础覆盖,DSS技术提供了技术支持。随着频段饱和,如何能有效地智能调度共享更广频谱和制式,成为建设高效精品网络的目标和前提。
本文针对DSS技术在联通电信建设规划中的地位,阐述了在现有建设规划中的应用原理,分析了DSS的技术发展方向。针对共享频谱的优化和资源的合理分配提供了明确方向,并对联通电信建设规划的发展,如何能更好地使用户由LTE向NR平滑过渡,提升5G的用户感知给予建议。
参 考 文 献
[1]:[S].2018.
[2]:Evolveduniversalterrestrialradioaccess(E-UTRA)(release15)[S].2019.
[3]:Evolveduniversalterrestrialradioaccess(E-UTRA)(release16)[s].2020.
[4]戴振光,劉玉龙,[J].广西电力,2019(5)
[5][J].邮电设计技术,2019(12):52-55.
芦佐楠(1986-),男,学士,工程师,多年来负责并参与辽宁、北京、内蒙古等多地市多运营商的设计和规划工作;
谭赓(1993-),男,学士,工程师,近年来参与规划、设计了多项通信工程建设项目,具有丰富的通信工程规划设计资历;
张钊伟(1987-),男,学士,工程师,主要从事LTE/5G移动通信网络技术研究、网络规划优化及工程咨询设计工作;
李明(1980-),男,学士,高级工程师。E25030CA-B760-4F99-B7D0-08DEC667473C
 
-全文完-