4G网络基站共享技术研究

宋蒙　聂昌　周瑶

摘要：为了在加快网络部署的同时节约建设成本，通过引入基站共享技术可以让双方共享站址资源，从而提升覆盖，实现互惠互利。首先介绍了基站共享技术的原理和基本架构；然后针对不同载频资源的配置方式，分析了对于基站、空口资源、互操作等的要求，并研究了基站共享技术的应用场景；最后结合共享基站的案例，给出了基站共享技术的部署建议。

关键词：基站共享 独立载频 共享载频 资源管理 互操作

1 引言

目前我国移动通信已经进入了LTE全面发展的时期，但是三大运营商的规模存在差异，中国联通和中国电信迫切需要加快站点的部署以扩大覆盖范围。而新建站点势必要投入大量的设备以及人工成本，并且还面临着站点资源紧张等重要问题。因此，从竞争的角度出发，为加快实现4G网络覆盖目标，节省网络建设投资成本和运营成本[1-2]，引入4G网络基站共享方案能够提高投资效益，实现互惠互利，积极地推动4G网络发展。基于此，本文将针对4G网络基站共享技术的原理进行分析，研究不同的4G基站共享实施方案并进行对比，结合目前基站共享的实际案例给出了建议。

2 基站共享技术原理

2.1 基站共享架构

在3GPP TS 23.251中定义的基站共享架构是GWCN（GateWay Core Network，网关核心网）和MOCN（Multi-Operator Core Network，多运营商核心网）[3-4]，如图1所示：

GWCN模式除了共享RAN（Radio Access Network，无线接入网络）之外，演进分组核心网元MME（Mobility Management Entity，移动性管理实体）、核心网关GateWay也是共享的；而MOCN模式仅仅共享RAN。不论哪种模式，共享的RAN都可以连接到多个运营商核心网节点。可以是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。如果RAN是由多个运营商共享的，那么需要广播每个运营商的PLMN（Public Land Mobile Network，公共陆地移动网络）号，以保证不同运营商的用户都能够接入网络。

GWCN架构下，虽然从基站到核心网设备都能够共享，但是相应地将会面临庞大的改造工作，尤其是核心网部分，不同运营商之间的营销策略各不相同，会造成用户的管理、业务计费等参数配置也有较大差异，想要统一这些参数的配置难度非常大。而MOCN模式则不共享核心网，也不会涉及到核心网的改造，仅需要4G基站单个基站同时虚拟为双方运营商的基站，同时为双方用户服务。另外，在共享模式下，用户无感知，不会降低业务和体验，对终端基本无要求。

综合目前的建设情况，中国联通和中国电信4G合作采用MOCN方式，即不共享核心网，单个基站同时虚拟为中国联通和中国电信的基站。MOCN模式下，从载波资源的配置还可以细分为独立载频和共享载频[5]。

2.2 共享基站配置

如图2所示，独立载频配置下两家运营商各自配置一个独立的载波，每个独立载波只广播各自的PLMN ID；共享载频则是两家运营商配置一个共享的载波，共享载波需要同时广播两家运营商的PLMN ID，UE（User Equipment，用户设备）选择PLMN后进行上报，网络再根据UE选择的PLMN ID来为UE选择合适的核心网运营商。

（1）基站配置

不论哪种载波配置方式，eNodeB只有唯一的eNodeB ID，对于新建的共享站，需统一规划eNodeB ID以避免与已有站点冲突。

独立载波下运营商可以配置各自小区级的特性（邻区关系如切换、重选等，业务方面参数如QoS等），而共享载波下需要配置统一的特性参数，需运营商之间进行协商后再确定。此外，共享模式下必须共享TAC（Tracking Area Code，跟踪区域码），需要双方运营商统一规划TAC以确保实现正确的位置更新和寻呼流程。

不论独立载波还是共享载波，对于天馈和RRU（Remote Radio Unit，射频拉远单元）都不需要进行改造，BBU（Building Baseband Unit，基带处理单元）则是需要厂家的设备版本能够支持基站共享功能即可。

（2）傳输方式

在3GPP的S1、X2接口以及无线资源管理的协议规范中，已经定义通过多个PLMN标识支持多个不同运营商[6-8]。

UE基于PLMN通过S1接口选择正确的核心网。共享基站都需要与各个运营商的核心网构建S1链路，不同S1链路本端可以使用相同的S1接口IP，也可以使用独立的S1接口IP。独立载频和共享载频方式下S1链路配置并无差别。

对于基站之间的X2接口，两个独立载频的基站之间每个运营商各自需要一条X2链路，而两个共享载频共享eNodeB间，两个运营商共享一条X2链路。

（3）资源管理

与载波配置无关，RRC（Radio Resource Control，无线资源控制）连接数以及基站总的吞吐量都是基站级资源，运营商可共享使用。关于RRC连接数以及基站吞吐量的共享方式可有以下3种考虑：

◆固定比例分配：资源按照比例进行绝对划分，按照划分使用各自的资源，互相不给其他运营商共享空闲资源；

◆部分共享分配：部分资源按照比例进行绝对划分，剩余资源可根据需求进行抢占；

◆按比例共享分配：设置一个共享比例，可在这个比例范围内共享空闲资源，一旦需要则可“抢回”该部分份额。

对于空口资源，在独立载波下运营商载频独立工作，空口资源的管理不需要做特殊的改造；在共享载波下，可以考虑动态地进行调配，当其中一个运营商RB（Resource Block，资源块）资源空闲时，其他运营商可以使用其空闲的RB资源来实现空口资源最大化利用。

（4）互操作

◆切换

根据不同的切换场景对切换流程进行描述，具体如表1所示：

◆重选

在独立载频下，小区与非共享小区的重选可以按照现网相同的参数双方各自配置。而在共享载频下，重选的优先级可以设置成绝对的优先级，即不区分运营商；也可以设置成基于PLMN的专有优先级，让用户重选到本方的2G/3G/4G非共享基站。

◆语音回落

由于共享基站仅仅是4G，而语音业务是靠各自的2G/3G网络来解决。中国联通采用CSFB（Circuit Switched Fallback，電路域回落）到2G/3G网络，而中国电信采用SRLTE/SVLTE支持语音。因此，如果中国联通用户在对方的共享基站下回落到WCDMA，需要中国电信共享基站配置支持CSFB流程；同样的，如果中国电信用户从中国联通共享基站回落，中国联通共享站需要支持SRLTE功能。表2详细汇总了关于两种配置主要的不同点[9]。

综上所述，独立载频模式可实现更独立的网络运营，对于现网的影响较小，改造起来更加容易，且对于网络性能和业务分析难度较低；小区参数调整不影响其他小区业务，这样也更便于实现和管理。但是，在部署灵活性以及未来如果需要载波聚合追求更高的速率的情况下会较为不便。而共享模式的优点是实现共享更多的RAN资源，载波的部署也更加灵活。但是运营商之间的耦合度较高，小区配置复杂，维护管理难度大；而且小区特性共享，分析起来的复杂程度较高，网络改造会牵涉到大量的协调工作和后续管理工作。

共享基站的建设考虑先易后难，初期可以考虑在1.8 GHz频段、双方都有意愿的区域采用独立载频的方案进行部署，后续随着经验的积累和业务的实际需求增加共享载频的方案。

3 共享基站场景

3.1 部署场景

共享基站的建设主要是为了解决站址资源紧张，降低建设成本，在3GPP中也针对场景进行了定义和描述[10]。共享基站的建设应该着眼于中国联通、中国电信至少其中一方存在不良覆盖的场景以及业务质量较低、亟待改善的场景。共享基站主要适用于：

（1）偏远乡镇、农村等广覆盖区域：偏远乡镇、农村等业务量较低的区域，农村基站流量极低，仅吸收了全网1%～10%的流量。

（2）高铁、高速公路：用户高速移动的场景普遍存在覆盖差的情况，覆盖此类场景的投资较大且效益低。

（3）室分场景：新建室内分布系统的投资占移动网投资的30%～40%，但部分室分场景的流量比例并不高，适合共享基站进一步降低投资。

表3给出了重点场景的共享建设建议。

此外，共享站的建设应该尽量保证大面积连片共享覆盖，减少与非共享站的边界。这是因为共享站和另一方非共享站的邻区关系、切换参数等配置及调整需要两家运营商之间协调，手动配置及调整对于长期网络优化和维护非常不利，插花共享基站的情况应该尽可能地避免出现。

3.2 共享基站案例

目前全球范围内已有不少部署了共享基站的案例，具体如下：

（1）沃达丰和Orange在乡村场景LTE 2100 MHz的频段部署了共享基站，核心网相互独立，RRU配置两家频段，采用独立载频的共享方案，站点数量减少了20%，而覆盖却提升了25%，同时运营成本降低了38%。

（2）香港的电讯盈科和HUT通过共享载频的方式部署了共享基站，带来了更高的RAN容量，减少了40%的站点数量。

（3）中国联通和中国电信选择了双方都有建设意愿的乡镇区域，通过无线资源分配与管理、移动性管理、系统间互操作、网管关键能力等方面开展了测试与分析，也进一步验证了共享载波方案的可行性。

4 共享基站技术总结

根据上述基站共享技术的分析，结合场景和案例总结如下：

基站共享有GWCN和MOCN这2种主要的模式。前者从核心网到基站设备均共享，但是改造复杂度高，不利于管理维护；目前的基站共享均采用MOCN模式，只共享无线接入部分，不会降低业务体验，对终端基本无要求。

载频的配置分为独立载频和共享载频。独立载频对于现网的影响较小，运营商可以各自配置小区级的特性，如切换、重选、QoS等参数；共享载频运营商之间的耦合度较高，小区配置和维护管理都更加复杂，但是能够共享更多的RAN资源，载波的配置也可以根据用户的业务量进行灵活配置。为了易于实现，中国联通和中国电信合作前期可以考虑先采用独立载波的配置，待后期技术经验成熟后再进一步考虑共享载波。

共享基站适合部署在偏远乡镇、农村等广覆盖区域，高铁、高速公路等高速移动场景以及室内分布场景。通过共享基站能够改善覆盖，在不增加站点的情况下有效地吸收用户流量，以进一步降低成本。

5 结束语

本文首先介绍了基站共享的基本架构，通过比较得出采用MOCN建设共享基站更为适合；然后在基站配置、资源共享、传输和互操作等方面对比了独立载频和共享载频对于改造需求的不同；最后对基站共享的部署场景和实际案例进行分析。基站共享技术能够减少站点数量并改善覆盖，从而解决站址资源紧张的问题，降低投资成本，是加快实现4G网络覆盖目标的有效手段。

参考文献：

[1] GSMA. Mobile Infrastructure Sharing[Z]. 2012

[2] Guo Tao， Arnott Rob. Active LTE RAN Sharing with Partial Resource Reservation[A]. IEEE Vehicular Technology Conference[C]. 2013.

[3] 3GPP TS 23.251. Network Sharing： Architecture and functional description （Release 13）[S]. 2016.

[4] Kokku R， Mahindra R， Zhang H， et al. CellSlice： Cellular Wireless Resource Slicing for Active RAN Sharing[A]. 5th International Conference on Communication Systems and Networks （COMSNETS）[C]. 2013.

[5] NEC Corporation. RAN Sharing： “NECs Approach towards Active Radio Access Network Sharing”[R]. 2013.

[6] 3GPP TS 36.413. S1 Application Protocol （S1AP） （Release

13）[S]. 2016.

[7] 3GPP TS 36.423. X2 Application Protocol （X2AP） （Release 13）[S]. 2016.

[8] 3GPP TS 36.331. Radio Resource Control （RRC） （Release 13）[S]. 2016.

[9] 周瑶，李福昌. FDD基站如何共享[J]. 通信世界， 2016（9）： 18-19.

[10] 3GPP TS 22.852. Study on Radio Access Network （RAN） sharing enhancements （Release 13）[S]. 2014.★