李貝，胡煜華，劉光海，肖天，宋春濤，張屹，王波，王群青

同頻共享技術(shù)在2.1GHz中的應(yīng)用研究

李貝1，胡煜華2，劉光海1，肖天1，宋春濤1，張屹1，王波3，王群青2

（1. 中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院，北京 100048；2. 中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司浙江省分公司，浙江 杭州 310051；3. 中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司，北京 100033）

3GPP標(biāo)準(zhǔn)在5G系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮了與長(zhǎng)期演進(jìn)（long term evolution，LTE）技術(shù)共存需求，引入了頻譜共享技術(shù)，結(jié)合頻譜共享技術(shù)種類(lèi)、原理等深入剖析，對(duì)動(dòng)態(tài)同頻共享實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵因素進(jìn)行探索，給出了動(dòng)態(tài)同頻共享實(shí)現(xiàn)方案、現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用配置建議，以及該方案仿真及現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用的效果驗(yàn)證，總結(jié)歸納了動(dòng)態(tài)同頻共享在現(xiàn)網(wǎng)使用的限制。

5G；LTE；頻譜共享；動(dòng)態(tài)同頻共享

0 引言

5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，如果一個(gè)或多個(gè)運(yùn)營(yíng)商的4G業(yè)務(wù)量大而5G業(yè)務(wù)量少，此時(shí)分別單獨(dú)部署4G或5G將會(huì)造成頻譜極大浪費(fèi)；5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)完善后，增強(qiáng)移動(dòng)寬帶等場(chǎng)景峰值速率需求高，5G新空口（new radio，NR）系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)頻段范圍為0.5～100 GHz，其中只有3.5 GHz頻段的大帶寬可實(shí)現(xiàn)6 GHz以下全球統(tǒng)一頻譜[1]，遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足5G三大應(yīng)用場(chǎng)景的頻譜需求；隨著NR設(shè)備滲透率不斷提高，遷移現(xiàn)有的LTE頻譜和部署NR系統(tǒng)的需求逐漸增加，NR與LTE系統(tǒng)部署在相同頻段成為可能。采用同頻共享技術(shù)可在不影響4G用戶(hù)體驗(yàn)的前提下快速部署5G，有效提升頻譜利用率，在實(shí)現(xiàn)新、舊技術(shù)平滑過(guò)渡的同時(shí)保障用戶(hù)感知。

1 同頻共享技術(shù)原理

1.1 協(xié)議發(fā)展歷程

動(dòng)態(tài)頻譜共享（dynamic spectrum sharing，DSS）技術(shù)是3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織為了解決頻譜擁擠問(wèn)題而在Release 15（Rel-15）中推出的一項(xiàng)技術(shù)，利用4G LTE和5G NR均基于正交頻分復(fù)用（orthogonal frequency division multiplexing，OFDM）技術(shù)這一事實(shí)，允許4G LTE用戶(hù)和5G NR用戶(hù)在同一頻帶/信道中共存，并允許運(yùn)營(yíng)商的基站和網(wǎng)絡(luò)在每個(gè)小區(qū)的4G用戶(hù)和5G用戶(hù)之間動(dòng)態(tài)分配信道資源[2]。Rel-15與DSS有關(guān)的技術(shù)如下。

（1）附加解調(diào)參考信號(hào)（addtional demodulation reference signal，addtional DMRS）避讓LTE的小區(qū)參考信號(hào)（cell reference signal，CRS），見(jiàn)協(xié)議38.211[3]。

（2）物理下行控制信道（physical downlink control channel，PDCCH）的控制資源元素的資源設(shè)置（control resource element sourceset，CORESET）避讓LTE的CRS，見(jiàn)協(xié)議38.213[4]。

（3）NR的子載波間隔（sub-carrier space，SCS）為15 kHz時(shí)，NR的物理下行共享信道（physical downlink shared channel，PDSCH）對(duì)LTE CRS進(jìn)行資源元素（resource element，RE）級(jí)速率匹配，見(jiàn)協(xié)議38.214[5]。

（4）頻分雙工（frequency-division duplex，F(xiàn)DD）時(shí)，NR上行鏈路（uplink，UL）可以設(shè)置7.5 kHz偏移；對(duì)LTE CRS速率匹配信元進(jìn)行了定義，見(jiàn)協(xié)議38.306、38.331[6-7]。

（5）4G/5G之間傳輸?shù)男^(qū)配置參數(shù)及調(diào)度參數(shù)進(jìn)行了X2/Xn接口定義，詳見(jiàn)協(xié)議36.423、38.423[8-9]。

3GPP Rel-16提出，物理下行共享信道（physical downlink shared channel，PDSCH）映射類(lèi)型B能夠分配9個(gè)或10個(gè)碼元，從而有效地使用時(shí)隙[10]。Rel-17進(jìn)一步探索了更優(yōu)的跨載波調(diào)度，頻譜項(xiàng)目定義了從輔小區(qū)（secondary cell，SCell）到特殊小區(qū)（special cell，sPCell）的跨載波調(diào)度功能[11]，包括SCell上的PDCCH可以調(diào)度sPCell的PDSCH和物理上行共享信道（physical uplink shared channel，PUSCH），sPCell上的PDCCH可以調(diào)度sPCell的PDSCH和PUSCH，但不能在任何其他小區(qū)上調(diào)度PDSCH和PUSCH，只能配置一個(gè)SCell用于sPCell的跨載波調(diào)度等。非頻譜項(xiàng)目中定義了DSS和NR/LTE鄰域部署時(shí)，在NR終端進(jìn)行LTE CRS干擾消除[12]。

1.2 技術(shù)原理

頻譜共享根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種[13]。動(dòng)態(tài)同頻共享指在同一頻段內(nèi)為不同制式的技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)靈活的頻率資源分配，與靜態(tài)頻譜為同一頻段內(nèi)不同制式的技術(shù)提供專(zhuān)用載波相比，動(dòng)態(tài)方法可以提高頻率效率，且利于制式間平滑演進(jìn)。

頻譜共享從頻段分配上分為鄰頻共享和同頻共享[14]。鄰頻/同頻共享指NR系統(tǒng)與LTE系統(tǒng)部署在相鄰的頻譜/共同重疊的頻譜上。NR系統(tǒng)利用LTE子幀中一些資源發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。NR系統(tǒng)的傳輸可以在LTE系統(tǒng)的多媒體多播廣播單頻網(wǎng)（multicast broadcast single frequency network，MBSFN）或非MBSFN子幀中調(diào)度，采用一定的調(diào)度措施避開(kāi)LTE系統(tǒng)的主同步信號(hào)（primary synchronization signal，PSS）、輔同步信號(hào)（secondary synchronization signal，SSS）、物理廣播信道（physical broadcast channel，PBCH）和CRS。5G NR物理層設(shè)計(jì)與LTE相似[15-16]，因此4G和5G之間的同頻共享是可行的。

本文重點(diǎn)研究同頻共享技術(shù)應(yīng)用。下行方面，LTE系統(tǒng)的非MBSFN子幀包括PDCCH（占用前1～3個(gè)OFDM負(fù)荷）和CRS[17]。在LTE系統(tǒng)非MBSFN子幀中調(diào)度的NR系統(tǒng)傳輸采用一定的調(diào)度措施避開(kāi)LTE PDCCH和CRS占用的資源，3GPP規(guī)范了NR系統(tǒng)的3種處理模式，具體如下。

（1）基于微時(shí)隙的調(diào)度?；谖r(shí)隙的調(diào)度可以占用2/4/7個(gè)OFDM符號(hào)，可以在一個(gè)時(shí)隙內(nèi)的任意符號(hào)位置開(kāi)始，在避開(kāi)LTE CRS和PDCCH的OFDM符號(hào)上NR可以調(diào)度[16]。

（2）NR支持資源塊符號(hào)級(jí)速率匹配資源。LTE CRS資源占用的OFDM符號(hào)被配置為速率匹配資源。NR PDSCH映射時(shí)將避開(kāi)上述OFDM符號(hào)[18]。

（3）LTE CRS的速率匹配。LTE CRS的帶寬等信息由高層信令通知給UE。NR PDSCH可以映射到LTE CRS所占用的OFDM符號(hào)上，為充分利用資源，NR PDSCH子載波間隔為15 kHz[19]。

LTE物理信道和信號(hào)配置相對(duì)寬泛，參考信號(hào)、控制信道等都是全頻帶映射，NR也有各種物理信道和信號(hào)，目前LTE已基本實(shí)現(xiàn)全覆蓋，因此現(xiàn)網(wǎng)同頻共享技術(shù)一般采用第3種方案且采用動(dòng)態(tài)的實(shí)現(xiàn)方式。將5G引入現(xiàn)有4G載波，使得4G/5G用戶(hù)可以根據(jù)資源需求共享，使用相同的頻率資源。由于上行不存在持續(xù)發(fā)送的信號(hào)，通過(guò)合理調(diào)度可以實(shí)現(xiàn)NR和LTE系統(tǒng)的同頻共享[20]。NR系統(tǒng)可使用剩余資源傳輸，LTE物理隨機(jī)接入信道（physical random access channel，PRACH）、探測(cè)參考信號(hào)（sounding reference signal，SRS）和PUCCH仍在原有資源上傳輸，NR與LTE系統(tǒng)的上行間可以以時(shí)分復(fù)用（time division multiplexing，TDM）或頻分復(fù)用（frequency division multiplexing，F(xiàn)DM）的方式復(fù)用，4G、5G同頻上行共存示意圖如圖1所示。例如NR系統(tǒng)上行信道柵格可配置0 kHz/7.5 kHz的偏移量[11]，通過(guò)配置7.5 kHz與LTE系統(tǒng)上行信道柵格對(duì)齊以避免子載波間的干擾。

圖1 4G、5G同頻上行共存示意圖

2 動(dòng)態(tài)同頻共享技術(shù)關(guān)鍵因素

開(kāi)銷(xiāo)方面，由于4G、5G信令共存會(huì)帶來(lái)一定的信道容量損失，因此同頻共享需要采用有效的PDCCH控制信道分配算法以降低PDCCH的開(kāi)銷(xiāo)，目前現(xiàn)網(wǎng)采用動(dòng)態(tài)同頻共享。以20 MHz帶寬、15 kHz子載波間隔，2.1 GHz重耕后動(dòng)態(tài)同頻共享開(kāi)銷(xiāo)分析顯示，LTE（10 MHz）聯(lián)合NR（10 MHz）的上、下行額外開(kāi)銷(xiāo)均為50%，動(dòng)態(tài)同頻共享（LTE與NR共享20 MHz）的上、下行額外開(kāi)銷(xiāo)分別為5.60%和10.30%，動(dòng)態(tài)同頻共享（LTE與NR共享15 MHz+NR獨(dú)占5 MHz）的上、下行額外開(kāi)銷(xiāo)均為25%，NR可用子載波為106個(gè)資源塊（resource block，RB），LTE載波可用100個(gè)RB，頻譜利用率提升約6%。在20 MHz或以下帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)同頻共享，即使在NR空載時(shí)也會(huì)給LTE系統(tǒng)帶來(lái)額外的開(kāi)銷(xiāo)。

調(diào)度方面，NR與LTE頻譜資源使用比例可隨用戶(hù)接入動(dòng)態(tài)調(diào)整，4G、5G業(yè)務(wù)信道PDSCH（PUSCH）實(shí)時(shí)共享，可根據(jù)業(yè)務(wù)需求實(shí)現(xiàn)不同粒度的調(diào)度和變化以提高頻譜使用效率。可以憑借精細(xì)顆粒度解決頻譜共享導(dǎo)致的頻譜資源動(dòng)態(tài)變化和多優(yōu)先級(jí)網(wǎng)絡(luò)共存問(wèn)題，本文以2.1 GHz的動(dòng)態(tài)同頻共享（LTE CRS速率匹配的動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)方式）為例進(jìn)行應(yīng)用研究。由于動(dòng)態(tài)同頻共享需要跨不同制式的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)度，調(diào)度器需要在1～100 ms的顆粒度范圍內(nèi)響應(yīng)不斷變化的流量需求，動(dòng)態(tài)頻譜分配如圖2所示，顆粒度為100 ms的動(dòng)態(tài)頻譜分配仍有頻譜空余，顆粒度為1 ms的動(dòng)態(tài)頻譜分配實(shí)現(xiàn)了頻譜利用率的最大化，目前現(xiàn)網(wǎng)時(shí)域配置1 ms傳輸時(shí)間間隔（transmission time interval，TTI）級(jí)調(diào)度[21]。

圖2 動(dòng)態(tài)頻譜分配

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與接口方面，為實(shí)現(xiàn)NR與LTE系統(tǒng)同頻共享時(shí)資源協(xié)調(diào)，NR系統(tǒng)支持Xn和X2接口上的信息交互，例如，X2上交互LTE MBSFN子幀配置等，Xn上交互將要使用的時(shí)隙等資源使用計(jì)劃。

3 動(dòng)態(tài)同頻共享實(shí)現(xiàn)方案

3.1 現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)方案

DSS頻譜共享技術(shù)是運(yùn)營(yíng)商可以在4G和5G網(wǎng)絡(luò)使用相同的頻譜，可以直接利用現(xiàn)有的LTE頻譜。中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通基于2.1 GHz頻率，提出了4G和5G動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)，推進(jìn)4G和5G協(xié)同發(fā)展。在DSS技術(shù)的基礎(chǔ)上，又研發(fā)了4G/5G動(dòng)態(tài)頻譜共享增強(qiáng)（hybrid DSS，HDSS）技術(shù)和基站簇級(jí)的動(dòng)態(tài)資源共享（cluster DSS）技術(shù)來(lái)提升頻譜效率、降低容量損失、實(shí)現(xiàn)簇內(nèi)策略協(xié)同一致，在不影響4G業(yè)務(wù)的同時(shí)大幅提升頻譜利用率，保障了共建共享網(wǎng)絡(luò)下的最優(yōu)用戶(hù)體驗(yàn)，上述技術(shù)處于小范圍應(yīng)用階段。

HDSS在40 MHz FDD NR小區(qū)配置基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)4G/5G動(dòng)態(tài)頻譜共享，其中20 MHz配置LTE FDD。對(duì)于支持40 MHz NR的終端，可充分使用40 MHz大帶寬資源；對(duì)于支持20 MHz NR的存量終端，可以通過(guò)部分帶寬（bandwidth part，BWP）正常接入。

cluster DSS指資源調(diào)度以基站簇為單位，基站簇內(nèi)資源統(tǒng)一分配，實(shí)現(xiàn)了簇內(nèi)無(wú)干擾，cluster DSS通過(guò)主動(dòng)發(fā)現(xiàn)話(huà)務(wù)模式相同的站點(diǎn)，將其自動(dòng)匯聚成基站簇，通過(guò)簇內(nèi)策略協(xié)調(diào)一致，最小化異制式干擾，實(shí)現(xiàn)了5G用戶(hù)體驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)效率大幅提升，其中關(guān)鍵技術(shù)包括基于話(huà)務(wù)分布規(guī)律總結(jié)和歷史話(huà)務(wù)分析的智能話(huà)務(wù)預(yù)測(cè)、基于基站間的覆蓋關(guān)系得到候選的同頻鄰區(qū)的基站簇自生成、將簇內(nèi)4G話(huà)務(wù)盡量導(dǎo)引到4G共覆蓋頻層的基站簇內(nèi)流量整形，以及簇邊界站點(diǎn)通過(guò)速率匹配自適應(yīng)和帶寬自適應(yīng)等技術(shù)的簇間智能干擾規(guī)避。

3.2 端網(wǎng)協(xié)同推進(jìn)DSS

動(dòng)態(tài)同頻共享需要端網(wǎng)協(xié)同可實(shí)現(xiàn)低頻下快速開(kāi)啟5G SA網(wǎng)絡(luò)。終端側(cè)需要支持2.1 GHz網(wǎng)絡(luò)且支持DSS功能的手機(jī)芯片組和新的調(diào)制解調(diào)器（目前主流終端均已支持），隨著多模態(tài)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，DSS不再局限于2.1 GHz，更多的LTE、5G頻段可能被應(yīng)用，因此頻譜共享采用的終端均需要支持DSS對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頻段。

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面，多運(yùn)營(yíng)商頻譜共享有集中式和分布式兩種方案，集中式方案需要增加位于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)各頻譜共享之上的高級(jí)管理節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)頻譜的需求管理、頻譜池維護(hù)管理、干擾管理、頻譜分配決策等。而分布式方案則在頻譜共享者之間進(jìn)行上述信息的交互。目前現(xiàn)網(wǎng)僅實(shí)現(xiàn)了同設(shè)備廠商的分布式信息的交互[21]。

硬件方面，動(dòng)態(tài)同頻共享可在現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)的頻段、射頻拉遠(yuǎn)單元（remote radio unit，RRU）和天線的基礎(chǔ)上更換或添加室內(nèi)基帶處理單元（building base band unit，BBU），從而快速將4G網(wǎng)絡(luò)升級(jí)到5G，DSS硬件部署如圖3所示?；鶐Х矫妫稍谠?G BBU的基礎(chǔ)上新增5G BBU或基帶板，兩者之間通過(guò)廠商的專(zhuān)用接口快速調(diào)度；也可用共享4G/5G的BBU替換原來(lái)的4G BBU。兩種方式的區(qū)別為專(zhuān)用接口是否是廠商獨(dú)有或標(biāo)準(zhǔn)化，目前動(dòng)態(tài)同頻共享不支持異設(shè)備廠商部署。同廠商基站現(xiàn)網(wǎng)配置需要注意4G/5G共模站點(diǎn)LTE和NR各配置1塊基帶板、1 kHz子載波間隔、共模RRU采用160 MHz帶寬（5G NR配置NR 100 MHz、LTE配置3個(gè)20 MHz小區(qū)），DSS基帶部署如圖4所示。

圖3 DSS硬件部署

圖4 DSS基帶部署

4 方案驗(yàn)證

4.1 仿真驗(yàn)證

動(dòng)態(tài)同頻共享需要有向后兼容性，即LTE設(shè)備必須正常運(yùn)行。NR和LTE的資源調(diào)度可以在每個(gè)子幀動(dòng)態(tài)變化，Matlab仿真參數(shù)為：配置子幀數(shù)10、5G/LTE物理資源塊（physical resource block，PRB）數(shù)為52/25、LTE CRS端口數(shù)量為2、分配LTE小區(qū)標(biāo)識(shí)的移位值為0、將LTE載波偏移設(shè)置NR點(diǎn)A以15 kHz子載波為單位確保5G波形具有與LTE波形相同的時(shí)頻OFDM結(jié)構(gòu)，配置5G PDSCH以占用LTE傳輸可用和未使用的所有資源。符號(hào)3是分配給PDSCH的第一個(gè)符號(hào)。LTE中的物理控制格式指示信道（physical control format indicator channel，PCFICH）、物理混合自動(dòng)重傳指示信道（physical hybrid ARQ indicator channel，PHICH）和PDCCH最多可以占用一個(gè)子幀中的前3個(gè)符號(hào)。對(duì)于在符號(hào)3上配置有DMRS和addtional DMRS的5G PDSCH映射類(lèi)型A，將第二個(gè)DM-RS從符號(hào)11移動(dòng)到符號(hào)12以避免與某些RE上LTE CRS的沖突。5G NR資源網(wǎng)格示意圖如圖5所示[22]，4G載波中引進(jìn)5G的DSS波形頻譜如圖6所示[22]。動(dòng)態(tài)同頻共享的單個(gè)PRB/子幀的資源網(wǎng)格包含LTE CRS、LTE PDCCH和5G PDSCH及其DM-RS。LTE配置由兩個(gè)CRS端口和在符號(hào)1中調(diào)度的PDCCH組成。仿真結(jié)果表明，LTE中引進(jìn)NR頻率提升了頻譜利用效率。

圖5 5G NR資源網(wǎng)格示意圖[22]

圖6 4G載波中引進(jìn)5G的DSS波形頻譜[22]

4.2 測(cè)試驗(yàn)證

圖7 2.1 GHz動(dòng)態(tài)同頻共享開(kāi)通后路測(cè)圖（因4G區(qū)域非全部動(dòng)態(tài)同頻共享開(kāi)通站點(diǎn)，4G/5G路測(cè)路線有差異）

選取某市某區(qū)域運(yùn)營(yíng)商A共享站點(diǎn)（該區(qū)域無(wú)NR基站，LTE 2.1 GHz與運(yùn)營(yíng)商B LTE 2.1 GHz異頻）進(jìn)行動(dòng)態(tài)同頻共享驗(yàn)證，將22個(gè)LTE站點(diǎn)（65個(gè)小區(qū)）收發(fā)模式由2發(fā)2收（2 transmit/receive，2TR）調(diào)整為4TR、13個(gè)站點(diǎn)共計(jì)38個(gè)小區(qū)功率控制參數(shù)RS/PA/PB由152/0/0調(diào)整為152/?3/1、6個(gè)基站由型號(hào)UBBPd5基帶板更換為型號(hào)UBPPe16基帶板、LTE/NR開(kāi)通動(dòng)態(tài)同頻共享，L2100、NR2100各帶寬為20 MHz，以下載為例進(jìn)行路測(cè)和關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（key performance indicator，KPI）分析，圖7～圖9為2.1 GHz動(dòng)態(tài)同頻共享開(kāi)通后路測(cè)指標(biāo)，圖10～圖11為2.1 GHz動(dòng)態(tài)同頻共享KPI趨勢(shì)，經(jīng)軟、硬件改造實(shí)施動(dòng)態(tài)同頻共享后，在無(wú)NR區(qū)域通過(guò)共享現(xiàn)有LTE頻譜快速實(shí)現(xiàn)了5G部署，本次試驗(yàn)區(qū)域與運(yùn)營(yíng)商B LTE 2.1 GHz異頻，但動(dòng)態(tài)同頻共享開(kāi)通后LTE上行干擾仍抬升約2 dBm，長(zhǎng)期演進(jìn)語(yǔ)音承載（voice over long-term evolution，VoLTE）上行丟包率惡化約為3%，需要對(duì)開(kāi)通同頻共享的小區(qū)進(jìn)行丟包率等優(yōu)化。因本次試驗(yàn)帶寬窄，實(shí)際4G/5G性能折損嚴(yán)重，例如，本次試驗(yàn)NR下行吞吐率僅為21.1 Mbit/s，后繼運(yùn)營(yíng)商共建共享2.1 GHz進(jìn)行頻率重耕后，帶寬增大應(yīng)用動(dòng)態(tài)同頻共享實(shí)現(xiàn)良好用戶(hù)感知。

圖8 2.1 GHz DSS開(kāi)通前后的LTE路測(cè)指標(biāo)（RSRP、SINR、MCS、BLER、下行吞吐率）

圖9 2.1 GHz DSS開(kāi)通后的NR路測(cè)指標(biāo)（SS-RSRP、SS-SINR、MCS、BLER、下行吞吐率）

5 動(dòng)態(tài)同頻共享方案的挑戰(zhàn)與展望

（1）動(dòng)態(tài)同頻共享影響帶來(lái)底噪的抬升。需要注意同一頻段帶來(lái)的干擾問(wèn)題，部署DSS的4G基站對(duì)現(xiàn)網(wǎng)4G基站的干擾，同地址部署動(dòng)態(tài)同頻共享的基站不能與現(xiàn)網(wǎng)4G采用相同的頻率，異地址部署動(dòng)態(tài)同頻共享時(shí)需要綜合考慮與周邊4G基站頻率干擾的問(wèn)題。從試驗(yàn)可知，在動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)下，4G信令和5G信令共存會(huì)帶來(lái)一定的信道容量損失，因此2.1 GHz 20 MHz下動(dòng)態(tài)同頻共享的NR下行性能較DSS部署前性能有損失，成片部署DSS有利于大規(guī)模降低由DSS部署所帶來(lái)的干擾。另外，在2.1 GHz重耕后，帶寬由20 MHz增加至40 MHz，需要考慮包括共享頻譜的系統(tǒng)間共存、各場(chǎng)景下的組網(wǎng)方案設(shè)計(jì)、多系統(tǒng)整合帶來(lái)的安全和監(jiān)管等挑戰(zhàn)，例如，國(guó)家無(wú)線電行政管理部門(mén)對(duì)相關(guān)頻譜資源的協(xié)調(diào)、授權(quán)，以及頻譜資源使用情況數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與維護(hù)。

圖10 2.1 GHz DSS開(kāi)通后單用戶(hù)吞吐量、VoLTE無(wú)線丟包率趨勢(shì)

圖11 2.1 GHz DSS開(kāi)通后干擾噪聲、時(shí)延趨勢(shì)

（2）DSS時(shí)頻譜狀態(tài)動(dòng)態(tài)變化，陰影衰落、多徑衰落等原因在時(shí)域和頻域上會(huì)帶來(lái)頻譜空洞，使用頻譜感知技術(shù)實(shí)現(xiàn)用戶(hù)可以動(dòng)態(tài)接入頻譜空洞。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是頻譜感知可以檢測(cè)頻譜情況和授權(quán)用戶(hù)的信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到空閑頻譜時(shí)，非授權(quán)用戶(hù)可使用這段暫時(shí)空閑的頻譜，但由于非授權(quán)用戶(hù)的優(yōu)先級(jí)低，非授權(quán)用戶(hù)必須及時(shí)檢測(cè)到授權(quán)用戶(hù)的出現(xiàn)以避免對(duì)授權(quán)用戶(hù)的干擾。在檢測(cè)到授權(quán)用戶(hù)到達(dá)后，可以及時(shí)進(jìn)行頻譜切換或減小傳輸功率。頻譜感知技術(shù)具有實(shí)時(shí)性的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也消耗時(shí)間資源，會(huì)降低資源利用率[23]。

（3）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與接口演進(jìn)。面向未來(lái)通信，6G頻譜的研究方向應(yīng)聚焦在動(dòng)態(tài)頻譜效率共享共存，在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上，6G會(huì)長(zhǎng)時(shí)間與4G、5G共存，因此多頻率融合共享將是6G系統(tǒng)設(shè)計(jì)的革新。另外，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上考慮新增高級(jí)頻譜管理節(jié)點(diǎn)，通過(guò)頻譜精細(xì)化管理，可以在頻域、時(shí)域、空域多個(gè)維度實(shí)現(xiàn)頻譜動(dòng)態(tài)共享以進(jìn)一步提高頻譜利用率。

（4）高層技術(shù)演進(jìn)。研究大量零散頻譜資源進(jìn)行高效分析與管理、接入控制等，并分析對(duì)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)接入、移動(dòng)性能等影響，解決頻譜共享導(dǎo)致的頻譜資源動(dòng)態(tài)變化和多優(yōu)先級(jí)網(wǎng)絡(luò)共存問(wèn)題。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)頻譜共享技術(shù)進(jìn)行深入剖析，探索了動(dòng)態(tài)同頻共享實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵因素，給出了動(dòng)態(tài)同頻共享實(shí)現(xiàn)方案、現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用配置建議，以及該方案仿真及現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用的效果驗(yàn)證，動(dòng)態(tài)同頻共享在進(jìn)行現(xiàn)網(wǎng)LTE軟、硬件等改造后實(shí)現(xiàn)了5G快速部署，提升了頻率利用效率，同時(shí)也看到該技術(shù)存在底噪抬升等限制，隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)共建共享進(jìn)度不斷加大，建議通信運(yùn)營(yíng)商在現(xiàn)網(wǎng)結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景、頻譜條件酌情應(yīng)用。

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Research on co-spectrum sharing technology in LTE 2.1 GHz

LI Bei1, HU Yuhua2, LIU Guanghai1, XIAO Tian1, SONG Chuntao1, ZHANG Yi1, WANG Bo3, WANG Qunqing2

1. Research Institute of China United Network Communications Co., Ltd., Beijing 100048, China 2.Zhejiang Branch of China United Network Communication Co., Ltd., Hangzhou 310051, China 3.China United Network Communication Group Co., Ltd., Beijing 100033, China

Spectrum sharing technology in 5G was introduced in the 3GPP standard. The types and principles of spectrum sharing were presented, the key factors for the realization of dynamic co-spectrum sharing were analyzed, the application configuration and suggestion for the implementation of dynamic co-spectrum sharing were presented, the effect of network application was verified, and the limitations of dynamic co-spectrum sharing in the existing network were summarized.

5G, LTE, spectrum sharing, dynamic co-spectrum sharing

TP393

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2022251

2022–04–08；

2022–08–24

劉光海，liugh124@chinaunicom.cn

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（No.2020YFB1806700）

李貝（1983– ），女，中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)營(yíng)。

胡煜華（1973– ），男，中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司浙江省分公司高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)闊o(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)。

劉光海（1972– ），男，中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)營(yíng)。

肖天（1991– ），男，中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院工程師，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)營(yíng)。

宋春濤（1982– ），男，中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)營(yíng)。

張屹（1990– ），女，中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司研究院工程師，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)智能運(yùn)營(yíng)。

王波（1984– ），男，博士，中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及保障。

王群青（1975– ），女，中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司浙江省分公司高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)?G創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)和差異化業(yè)務(wù)的端到端解決方案、5G專(zhuān)網(wǎng)和MEC。

The National Key Research and Development Program of China (No.2020YFB1806700)