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        基于5G技術(shù)2.1G頻段多模組網(wǎng)應(yīng)用研究

        2022-11-17 01:24:16許艷秋全詩(shī)文周小青張國(guó)光
        江蘇通信 2022年5期
        關(guān)鍵詞:資源

        許艷秋 褚 旭 全詩(shī)文 周小青 張國(guó)光 趙 煜 冷 俊

        1.中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司南京分公司;2.中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司江蘇省分公司

        0 引言

        隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和終端保有量的不斷增加,陳舊制式終端的淘汰和網(wǎng)絡(luò)的退網(wǎng)不能快速完成,形成了5G時(shí)代多制式并存的特點(diǎn),這也造成了運(yùn)營(yíng)商在站點(diǎn)頻率資源、天面空間、機(jī)房空間、租金、能耗等方面均存在較大的壓力和挑戰(zhàn)。如何在現(xiàn)有條件下降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)成本,充分利用頻譜資源?通過(guò)對(duì)2.1G主流頻段站點(diǎn)進(jìn)行研究,以TCO最優(yōu)方式實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)快速部署,同時(shí)保障用戶使用感知。

        1 基于HDSS技術(shù)和CI免互聯(lián)方案介紹

        1.1 總體思路

        核心:通過(guò)HDSS(動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù))、CI免互聯(lián)技術(shù)特性和多制式同框共模SDR方法提升2.1G頻段效能,提高頻段利用率,提升用戶體驗(yàn)。

        目標(biāo):基于共模改造方式,完成UNR共模改造驗(yàn)證和ULNR共模改造驗(yàn)證。

        1.2 HDSS基礎(chǔ)介紹及原理

        1.2.1 HDSS基礎(chǔ)概述

        HDSS(Hybrid Dynamic Spectrum Sharing)全場(chǎng)景動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù),是一種支持基于4G和5G資源之間的流量需求共享頻譜。利用該技術(shù)可快速完成頻譜分配,在現(xiàn)行可用容量下,同時(shí)達(dá)到最好的4G和5G網(wǎng)絡(luò)效能,與必須拆分頻譜進(jìn)行專門分配有本質(zhì)區(qū)別,可廣泛應(yīng)用于有4G、5G同覆蓋需求的場(chǎng)景。相較于傳統(tǒng)LNR等帶寬共享的DSS(動(dòng)態(tài)頻譜共享)技術(shù)最大帶寬只有20M而言,LNR不等帶寬共享的HDSS技術(shù),NR最大帶寬可達(dá)40M,其中20MHz的帶寬為5G專用,另外20MHz帶寬為4G、5G瞬時(shí)動(dòng)態(tài)共享。

        1.2.2 HDSS共享原理

        HDSS支持LTE小區(qū)和NR小區(qū)在同一段共享頻譜上根據(jù)業(yè)務(wù)量需求進(jìn)行時(shí)頻資源的動(dòng)態(tài)共享。NR小區(qū)帶寬大于LTE小區(qū)帶寬,其中LTE小區(qū)帶寬等于共享頻譜資源,NR小區(qū)帶寬除去共享頻譜資源的部分為NR小區(qū)獨(dú)享頻譜資源。基于不等帶寬的HDSS支持的小區(qū)帶寬組合如表1所示。

        表1 HDSS支持的小區(qū)帶寬

        HDSS功能開啟后,加入頻譜共享小區(qū)集的LTE小區(qū)和NR小區(qū)可在共享頻譜范圍內(nèi)進(jìn)行資源共享,如圖1所示,具體為:(1)時(shí)域維度:支持以1ms為粒度的瞬時(shí)共享,即可達(dá)到每1ms進(jìn)行一次頻譜資源的協(xié)調(diào)調(diào)度;(2)頻域維度:支持以1RB為粒度的動(dòng)態(tài)共享,根據(jù)LTE側(cè)和NR側(cè)的業(yè)務(wù)量需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)資源分配。

        圖1 LTE小區(qū)和NR小區(qū)時(shí)頻域資源共享原理示意

        共享頻譜范圍內(nèi),HDSS需通過(guò)LTE/NR相互避讓機(jī)制,解決LTE/NR信道沖突問(wèn)題。

        1.3 CI免互聯(lián)概率及特性

        1.3.1 CI免互聯(lián)概述

        CI為一種用于不同BBU間互聯(lián)的信號(hào)配線口。免CI互聯(lián)即無(wú)互聯(lián)配線口場(chǎng)景下,通過(guò)對(duì)多模式RRU的CPRI通道反傳時(shí)鐘來(lái)保障不同制式間嚴(yán)格相位同步和頻率同步,從而實(shí)現(xiàn)BBU間跨框的SDR。技術(shù)多制式以SDR(Software defined Radio)共存是低成本網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)的發(fā)展方向。但不同制式的建網(wǎng)時(shí)期不同,不同制式雖然共用一個(gè)SDR射頻模塊,但BBU部署在不同的物理位置。比如早期部署3G時(shí),BBU設(shè)備主要以DRAN方式靠近基站部署,而當(dāng)前5G建網(wǎng)按照CRAN方式集中部署B(yǎng)BU已成為主流,這就出現(xiàn)了在CRAN和DRAN混合組網(wǎng)下的3G和5G BBU設(shè)備距離遠(yuǎn)的問(wèn)題,導(dǎo)致無(wú)法使用同一個(gè)SDR射頻模塊。

        解決這一難題的方案是將存量3G BBU與5G BBU設(shè)備搬遷到一起,但是這會(huì)增加改造成本、機(jī)房租金、空調(diào)電費(fèi)等。為了以最小代價(jià)解決問(wèn)題,保護(hù)運(yùn)營(yíng)商投資,采用免CI互聯(lián)創(chuàng)新方案,僅需將SDR射頻模塊分別與3G和5G BBU進(jìn)行光纖連接,無(wú)需搬遷和更換BBU設(shè)備,解決了跨制式SDR混合組網(wǎng)難題,實(shí)現(xiàn)最大程度盤活老舊3G BBU設(shè)備,從而提升5G投資效率,加快5G建設(shè)。

        1.3.2 CI免互聯(lián)特性

        通過(guò)基礎(chǔ)互聯(lián),兩個(gè)BBU實(shí)現(xiàn)了控制數(shù)據(jù)、時(shí)鐘信號(hào)、傳輸數(shù)據(jù)的交互,從而支持跨BBU共傳輸、跨BBU共時(shí)鐘和跨BBU SDR。

        跨BBU共傳輸是指一個(gè)BBU提供共享傳輸接口,連接到傳輸網(wǎng)絡(luò),并為另一個(gè)BBU提供傳輸通道。該特性支持兩個(gè)BBU中的任意制式間共傳輸。一般情況下,共傳輸接口可以由根BBU或由葉子BBU中的傳輸板提供。

        跨BBU共時(shí)鐘是指一個(gè)BBU從外部獲取共享時(shí)鐘源,并給另外一個(gè)BBU提供時(shí)鐘源。該特性支持兩個(gè)BBU中的任意制式間共時(shí)鐘。外部時(shí)鐘源可以由根BBU或葉子BBU獲取。

        2 基于HDSS技術(shù)和CI免互聯(lián)實(shí)現(xiàn)2.1G頻段效能方式

        2.1 HDSS實(shí)現(xiàn)方式

        (1)HDSS功能通過(guò)打開功能開關(guān),配置NR獨(dú)享頻譜資源和配置共享小區(qū)集來(lái)開啟,同時(shí)要求參與頻譜共享的LTE小區(qū)和NR小區(qū)滿足無(wú)線幀和子幀對(duì)齊,同時(shí)打開LTE側(cè)和NR側(cè)功能開關(guān)。

        ①將LTE側(cè) 參 數(shù)SpectrumCloud.SpectrumCloudSwitch配置為“LTE_NR_SPECTRUM_SHR”,并打開LTE側(cè)參數(shù)SpectrumCloud.SpectrumCloudEnhSwitch的 子 開 關(guān)“LNR_SPECTRUM_SHR_ASYM_SW”。

        ②打開NR側(cè)參數(shù)NRDUCellAlgoSwitch.SpectrumCloudSwitch的子開關(guān)“LTE_NR_FDD_SPCT_SHR_SW”并打開NR側(cè)參數(shù)NRDUCellAlgoSwitch.SpectrumCloudEnhSwitch的 子 開 關(guān)“LTE_NR_FDD_SPCT_SHR_ASYM_SW”。

        (2)配置NR獨(dú)享頻譜資源,NR獨(dú)享頻譜資源需配置在NR帶寬的一端,NR獨(dú)享的上行頻譜資源和下行頻譜資源可以配置相同或不同。

        ①當(dāng)僅通過(guò)NR側(cè)參數(shù)gNBDULteNrSpctShrCg.NrReservedRbStartIndex和gNBDULteNrSpctShrCg.NrReservedRbEndIndex來(lái)配置獨(dú)享頻譜資源時(shí),表示上下行配置相同的獨(dú)享頻譜資源。

        ②當(dāng)配置了上述兩個(gè)參數(shù)后,還配置了NR側(cè)參數(shù)gNBDULteNrSpctShrCg.NrUlReservedRbStartIndex和gNBDULteNrSpctShrCg.NrUlReservedRbEndIndex,則上行獨(dú)享頻譜資源將按照這兩個(gè)參數(shù)的配置值生效,下行獨(dú)享頻譜資源仍按照NR側(cè)參數(shù)gDULteNrSpctShrCg.NrReservedRbStartIndex gNBDULteNrSpctShrCg.NrReservedRbEndIndex的配置值生效。

        (3)配置LTE和NR頻譜共享小區(qū)集

        ①將參與共享的LTE小區(qū)加入LTE頻譜共享小區(qū)集:通過(guò)LTE側(cè)參數(shù)SpectrumCloud.LteNrSpectrumShrCellGrpId和LteNrSpctShrCellGrp.LteNrSpectrumShrCellGrpId來(lái)配置。

        ②配置LTE頻譜共享小區(qū)集和NR頻譜共享小區(qū)集的關(guān)聯(lián)關(guān)系:通過(guò)NR側(cè)參數(shù)gNBDULteNrSpctShrCg.NrSpctShrCellGrpId和gNBDULteNrSpctShrCg.LteSpctShrCellGrpId來(lái)配置。

        ③將參與共享的NR小區(qū)加入NR頻譜共享小區(qū)集:通 過(guò)NR側(cè) 參 數(shù)NRDUCellSpctCloud.NrDUCellId和NRDUCellSpctCloud.NrSpctShrCellGrpId來(lái)配置。

        (4)配置幀偏置和TA偏移量(滿足無(wú)線幀和子幀對(duì)齊)

        ①幀偏置:LTE側(cè)通過(guò)參數(shù)CellFrameOffset.FrameOffset或ENodeBFrameOffset.FddFrameOffset來(lái)配置,如果同時(shí)配置了這兩個(gè)參數(shù),則以參數(shù)CellFrameOffset.FrameOffset的取 值 為 準(zhǔn);NR側(cè) 通 過(guò) 參 數(shù)gNodeBParam.FrameOffset或gNBFreqBandConfig.FrameOffset來(lái)配置,如果同時(shí)配置了這兩個(gè)參數(shù),則以參數(shù)gNBFreqBandConfig.FrameOffset的取值為準(zhǔn)。

        ②TA偏移量:通過(guò)NR側(cè)參數(shù)NRDUCell.TaOffset來(lái)配置。

        2.2 CI免互聯(lián)實(shí)現(xiàn)方式

        (1)關(guān)鍵技術(shù)

        跨框SDR要求各制式時(shí)鐘嚴(yán)格同步,在BBU互聯(lián)場(chǎng)景下,可通過(guò)互聯(lián)線傳遞時(shí)鐘信號(hào),做到制式間時(shí)鐘互鎖,保障制式間嚴(yán)格相位同步和頻率同步。但是在BBU免互聯(lián)場(chǎng)景下,無(wú)法通過(guò)互聯(lián)線進(jìn)行時(shí)鐘互鎖,因此可通過(guò)跨框多模RRU的CPRI通道反傳時(shí)鐘保障制式間時(shí)鐘同步。如圖2所示。

        圖2 跨框多模CPRI通道反傳時(shí)鐘

        LN側(cè)BBU接入時(shí)間同步源,跨框多模RRU固定鎖LN側(cè)時(shí)鐘。LN側(cè)和U側(cè)的頻差在多模RRU側(cè)體現(xiàn)為CPRI緩存偏差,多模RRU將CPRI緩存偏差反饋給U,U側(cè)調(diào)整BBU的頻率與LN側(cè)同步。如圖3所示。

        圖3 BBU免互聯(lián)示意圖

        (3)參數(shù)配置優(yōu)化方法

        ①配置參數(shù)EQUIPMENT.SDRCONNSW為“OFF”,EQUIPMENT.InterSubrackClkAlignMode為“PEER_RF_CLK”。

        ②對(duì)于同一個(gè)多模RRU,通過(guò)參數(shù)SpectrumCloud.SpctShrMode來(lái) 配 置RRU_RS。根據(jù)RRU規(guī)格規(guī)劃ULNR功率,現(xiàn)網(wǎng)當(dāng)前使用的4*80W的RRU5916,U側(cè)使用20W,LNR側(cè)共享60W。

        ③在U側(cè)設(shè)置參數(shù)PEERCLK.PNT為“RF”,指定提供時(shí)鐘源的跨框多模RRU的柜號(hào)PEERCLK.CN、框 號(hào)PEERCLK.SRN、槽 號(hào)PEERCLK.SN,并 設(shè)置CLKSYNCMODE.CLKSYNCMODE為“FREQ”。在LNR側(cè)配置時(shí)間同步源,如GNSS或1588v2,并設(shè)置CLKSYNCMODE.CLKSYNCMODE為“TIME”。

        ④LN側(cè)不能開啟空口軟同步、寬松時(shí)間同步、低精度幀同步和1588 ATR功能。

        3 HDSS技術(shù)和CI免互聯(lián)共模方式應(yīng)用場(chǎng)景及效果

        3.1 3/5G CI免互聯(lián)改造

        當(dāng)3/5G兩個(gè)BBU距離較遠(yuǎn)或共機(jī)房(任意一個(gè)BBU無(wú)UMPT互聯(lián)單板)時(shí)均無(wú)法完成BBU互聯(lián)。通過(guò)CI免互聯(lián)方式解決了不互聯(lián)場(chǎng)景下支持跨框SDR兩種典型場(chǎng)景:不需要機(jī)房搬遷,不需要更換單板,也可以支持跨框SDR,降低特性部署成本。

        當(dāng)兩個(gè)BBU距離較遠(yuǎn),如一個(gè)BBU位于站點(diǎn)機(jī)房,另一個(gè)BBU位于集中機(jī)房,兩個(gè)機(jī)房不在同一位置,BBU無(wú)法互聯(lián)。如圖4所示。

        圖4 跨機(jī)房BBU無(wú)法聯(lián)絡(luò)示意圖

        即使兩個(gè)BBU共機(jī)房,但當(dāng)任意一個(gè)BBU無(wú)UMPT互聯(lián)單板,也無(wú)法互聯(lián)。如圖5所示。

        圖5 BBU無(wú)UMPT互聯(lián)單板示意圖

        CI免互聯(lián)方式成功攻克了遠(yuǎn)距離BBU間無(wú)法互聯(lián)及BBU間主控板性能不支持互聯(lián)的疑難問(wèn)題,對(duì)于存量3G站點(diǎn)區(qū)域,只要光纖可以到達(dá)的地方即可以快速實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋,有助于快速實(shí)現(xiàn)深度覆蓋優(yōu)化及重點(diǎn)局部覆蓋優(yōu)化。如圖6所示。

        圖6 3/5G BBU免互聯(lián)示意圖

        3/5G免互聯(lián)現(xiàn)網(wǎng)效果應(yīng)用:

        完 成UMTS基 站:NJ_JN_HW_不 公 開_W_BBU3與NR:NJ_JN_HW_不公開_N站點(diǎn)3/5G CI免互聯(lián)特性改造,如圖7所示。

        圖7 3/5G BBU免互聯(lián)改造前后對(duì)比圖

        改造結(jié)果:UMTS(17.1版本)、NR(17.1版本)在共SDR場(chǎng)景下,N側(cè)BBU接入時(shí)間同步源,跨框多模RRU5916固定鎖N側(cè)時(shí)鐘,NR與UMTS小區(qū)正常,無(wú)新增告警,KPI指標(biāo)正常。

        3.2 3/4/5G CI免互聯(lián)及HDSS共模改造

        改造模式一:U[L*NR]共框分離主控共SDR(利用HDSS技術(shù)+BBU機(jī)框制式主控技術(shù))

        針對(duì)現(xiàn)網(wǎng)已有的3/4G共模站點(diǎn),可通過(guò)多制式同框共模SDR方法及前文所述HDSS技術(shù)快速部署3/4/5G共模,網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造速度快,建設(shè)投入成本少。

        在原UL站點(diǎn)上做LNR共主控改造,原BBU機(jī)框新增UBBPg2ac單板配置為L(zhǎng)NR共模,更換6槽3G側(cè)主控為UMPTb1,3槽新增UBBPd1基帶板,通過(guò)雙星組網(wǎng)與LNR共SDR,并通過(guò)CPRI MUX從對(duì)端LNR側(cè)B板2槽出纖,通過(guò)復(fù)用多模RRU設(shè)備,形成一臺(tái)RRU實(shí)現(xiàn)3/4/5G三制式并發(fā)輸出。如圖8所示。

        圖8 CI免互聯(lián)及HDSS共模改造示意圖

        控制權(quán)配置:先DSP LOADCTRL確認(rèn)兩端的版本號(hào),再SET LOADCTRL,U側(cè)設(shè)置為本端無(wú)控制權(quán),LNR側(cè)設(shè)置為本端有控制權(quán)。

        改造模式二:U+L*NR跨框免CI互聯(lián)共SDR(利用CI免互聯(lián)技術(shù)+HDSS技術(shù))

        如圖9組網(wǎng),在NR Only站點(diǎn)上做LNR共主控改造,新增UBBPg2ac單板配置為L(zhǎng)NR共模,并復(fù)用其中一個(gè)RRU新建一個(gè)LTE載波。新增一個(gè)3G BBU,配置為UMPTb1+UBBPd1,并通過(guò)雙星組網(wǎng)與LNR共SDR。

        圖9 跨框免CI互聯(lián)共SDR改造示意圖

        硬件調(diào)整:5G BBU的0槽新增UBBPg2ac單板,新增3GBBU(主控UMPTb1,基帶板UBBPd1),分別從5G BBU和3G BBU接口板出纖連接在同一個(gè)RRU5916,形成雙星組網(wǎng)共SDR。

        U側(cè)和LNR配置免CI互聯(lián),并在共SDR模塊上建立UMTS小區(qū)。

        共框改造SDR現(xiàn)網(wǎng)效果應(yīng)用:(1)硬件調(diào)整:5G BBU的0槽新增UBBPg2ac單板,新增3G BBU(主控UMPTb1,基帶板UBBPd1),分別從5G BBU和3G BBU接口板出纖連接在同一個(gè)RRU5916,形成雙星組網(wǎng)共SDR;(2)NR共主控改造為L(zhǎng)NR,擴(kuò)LTE載波,LNR共SDR的載波使用新增基帶板;(3)3G開站,主控柜框槽配置為0/1/6,基帶板柜框槽配置為0/1/3;(4)U側(cè)和LNR配置免CI互聯(lián),并在共SDR模塊上建立UMTS小區(qū)。

        改造結(jié)果:(1)在任意一側(cè)基站可以通過(guò)DSP RRU查詢到對(duì)端網(wǎng)元信息;(2)DSP CLKSTAT輸出結(jié)果中查詢U側(cè)時(shí)鐘鎖定正常,當(dāng)前是時(shí)鐘源為Peer Clock;(3)ULNR小區(qū)狀態(tài)正常。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        本研究介紹的基于動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)及同RRU內(nèi)不同制式間靈活的功率分配技術(shù),是全國(guó)同行業(yè)內(nèi)首創(chuàng)的最新覆蓋技術(shù)方法,利用一個(gè)BBU機(jī)框、一臺(tái)RRU、一副天線同時(shí)實(shí)現(xiàn)頻譜的智能分配和三種網(wǎng)絡(luò)模式的共存,即能夠在同一平臺(tái)設(shè)備上同時(shí)實(shí)現(xiàn)3/4/5G三種不同網(wǎng)絡(luò)制式,并實(shí)現(xiàn)一臺(tái)RRU的發(fā)射功率隨頻譜聯(lián)動(dòng)模式的功能。通過(guò)3/5G、4/5G、3/4/5G三種共模站點(diǎn)部署的方案試點(diǎn)和研究,有利于盤活資源,加快網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn),節(jié)約網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)成本,提升5G投資效率。

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