面向5G的智能网络编排方案

詹 勇 顾 军 唐 雪

中兴通讯股份有限公司 深圳 518055

引言

截止2021年Q1，全球约有97.2亿移动用户，其中5G用户占比3.07%[1]。海量的存量用户和指数增长的5G接入需求，迫使运营商不得不寻求更多的频谱资源。但是，频谱资源极度稀缺且昂贵。以美国为例，2021年初美国C频段280MHz频谱资源拍出了超过810亿美元的天价[2]。

为了帮助运营商部署5G服务，同时减少购买频谱资源的开销，各个国际标准组织都在大力推动频谱共享[3]技术的成熟和商用，包括ETSI[4]、3GPP[5-6]和ITU[7]。利用频谱共享技术，运营商一方面可以对已购入频谱资源进行“重耕”，在已部署老制式无线接入服务的频谱资源上同时开通5G服务；另一方面也可以在新购入频谱资源上同时部署5G和其它老制式无线接入服务，在5G需求不足时将频谱资源利用率[8]最大化。此外，为了满足5G用户的尖峰速率需求[9-10]，动态频谱共享(Dynamic Spectrum Sharing，DSS)技术支持在slot粒度随共享频谱上不同制式用户负荷的实时变化动态调整频谱资源分配方式[11]。

在DSS基础上，本文提出智能网络编排(Intelligent Network Orchestration，INO)方案。利用INO可以显著提升5G用户体验，原因有两个：1)INO可以消除因为DSS引入的速率匹配，提升5G用户可用无线资源数；2)INO可以削弱因为DSS引入的异制式小区间干扰，提升5G用户信道质量。此外，INO还可以帮助运营商实现一次部署，多态共存，全网自主演进到5G。

1 频谱共享技术的缺陷

虽然频谱共享满足了运营商在单一频谱资源上部署多种制式无线接入服务的核心需求，但仍因为其固有的一些缺陷使其很难大规模推广商用。下文就频谱共享的三个核心痛点问题进行逐一说明。

1.1 不支持平滑演进

按照历史经验，新制式用户占比会逐年上升，直至完全取代老制式。参见图1，GSA对2026年Q4各制式用户占比进行了预测：5G用户占比将从2021年Q1的3.07%快速上涨到40.8%[1]。此外，考虑到频谱共享下文所述的资源浪费和异制式干扰问题，运营商期待在5G发展中后期将所有频谱共享小区转换为纯5G小区。在当前频谱共享解决方案下，为达到上述目的，运营商需要定期分区域核查其网络中频谱共享小区各制式用户/流量占比，当某个区域5G用户/流量占比稳定到一定水平后，即可将该区域所有频谱共享小区手动切换为纯5G小区。上述运维流程涉及大量网规专家投入，且存在反复调整的风险。同时考虑到运营商如果按照频谱共享站点网规网建，则在切换到纯5G站点后可能需要重新网规和网络布局调整。

图1 移动通信市场不同制式用户2026Q4占比预测

1.2 资源浪费

以目前最常见的LTE/5G DSS场景为例，为了避开LTE常发的CRS信号，5G侧需要在共享频谱上一直使能RE级速率匹配。图2给出了一个简单示例，相比图2(b)纯5G场景，图2(a)LTE/5G频谱共享场景PDSCH每RB可用RE个数少27.8%。注意，图2假设LTE配置了4 port CRS。此外，图2所示LTE/5G频谱共享场景下，5G PDCCH最多只能配置单符号，极大限制了PDCCH可用RB个数，在多用户场景下可能造成调度能力/CCE不足的问题。

图2 移PDSCH可用RE对比

1.3 异制式干扰

同样以LTE/5G DSS连片组网场景为例，一个DSS 5G小区通过RE级速率匹配消除了本区DSS LTE小区的CRS干扰。但是，该DSS 5G小区还存在其它同频DSS LTE邻区，这些DSS LTE邻区CRS所在的RE位置通常和该DSS 5G小区PDSCH相撞，从而会造成严重的干扰(如图3所示)。因为相邻DSS LTE CRS只干扰了DSS 5G小区的PDSCH，而非DMRS，因此5G终端无法直接感知/检测到该干扰，因此会造成5G终端下行性能的显著下降。此外，在5G建网初期，相比LTE，5G负荷通常较轻，因此DSS 5G小区的PDSCH通常还会受到相邻DSS LTE小区PDSCH干扰。

图3 DSS 5G小区受到相邻DSS LTE CRS信号干扰

2 智能网络编排方案

为了克服上文描述的频谱共享的缺陷，本文提出了INO。下文将分别介绍INO的方案流程以及各关键组件。

2.1 INO方案流程

INO解决方案包含了流量/负荷预测、流量/用户导引、干扰协调、动态小区关闭/打开四个关键组件。以LTE/5G DSS场景为例，其流程参见图4。首先，结合基站画像，利用大数据训练流量预测模型，从而获得精准的流量预测能力。接下来，基于流量预测结果和实时负荷信息，分布式决策DSS LTE小区关闭/唤醒。当判断LTE负荷较轻且可以尝试关闭DSS LTE以提升5G用户体验时，利用流量导引将DSS LTE用户切换到邻小区(图中统一标记为Base LTE)，所有用户导引完成后再关闭DSS LTE小区，从而保障DSS LTE用户体验。关闭DSS LTE小区后，对其基础覆盖小区负荷和用户体验进行持续监控，在其负荷高且显著影响了用户体验时及时唤醒DSS LTE小区进行负荷分担。整个流程中，利用干扰协调，最小化因相邻同频DSS LTE小区对DSS 5G干扰造成的性能影响。

图4 LTE/5G DSS场景INO流程示例

2.2 流量预测

在进行负荷/流量预测之前，需要为可能会关闭的小区确定基础覆盖小区集合。所谓基础覆盖小区集合，即在关闭指定小区后，用来承接即将关闭小区当前连接用户以及在未来关闭时段内可能会接入用户的小区集合。该小区集合可包含一个或者多个和指定要关闭小区同制式或者异制式的、同频或者异频的邻区。该小区集合可以通过网规网优专家经验人工给出，也可以结合其它自动化手段获取。举个例子，可以在小区使能周期同频和异频MR测量上报，从汇总的测量上报结果结合人工配置的频点优先级确定在关闭对应小区后能让所有采样用户仍可享受移动无线接入服务的邻区最小集。

为所有可能关闭的小区都确定了基础覆盖小区后，在共享频谱上所有制式的DSS小区和对应所有基础覆盖小区都使能基站画像，收集较长时段(比如8周)小区负荷信息(比如上行PRB利用率、下行PRB利用率和RRC连接用户数)。之后利用预测方法构建流量预测模型[12]。常见的流量预测模型包括时间序列法(比如ARIMAX[13])、回归方法[14]、神经网络(比如LSTM[15]、PROPHET[16])等。流量预测组件利用训练好的模型结合历史负荷信息可以输出精准的流量预测结果。

2.3 流量导引

结合DSS小区和其基础覆盖小区集合的流量预测结果及其实时负荷，如果判断将DSS小区用户迁移到任一基础覆盖小区后不会引起迁移用户或基础覆盖小区用户体验下降，则可以将DSS小区负荷迁移到对应基础覆盖小区。这样做有2个潜在收益。

1)降低对相邻DSS小区的干扰。比如LTE/5G DSS场景，通过降低DSS LTE负荷，减少对相邻DSS 5G用户的干扰，从而提升5G用户体验。

2)增大关闭DSS小区的概率。仍以LTE/5G DSS场景为例，通过将DSS LTE用户迁移到基础覆盖小区，可以增大关闭DSS LTE小区的概率。在关闭DSS LTE小区后，INO可以将DSS 5G无缝切换为纯5G小区，从而进一步提升5G用户体验。

2.4 干扰协调

除了上文提到的通过用户导引减少邻区对DSS小区业务信道的干扰外，INO在5G侧还具备另外2种干扰协调手段：速率匹配自适应和带宽自适应。

1)速率匹配自适应是UE级slot级的动态协调LTE CRS干扰的手段。在DSS 5G状态，通过自适应开关符号级速率匹配，根据每个用户受到邻区CRS干扰的强度动态调整对应用户是否使能符号级速率匹配。而在关闭DSS LTE进入纯5G状态后，则通过自适应速率匹配，根据每个用户受到邻区CRS干扰的强度动态调整对应用户是否使能RE级速率匹配，以及是否在使能RE级速率匹配后叠加符号级速率匹配。

2)带宽自适应则是UE级slot级的动态协调固定频段稳定高干扰的手段。根据每个用户在CSI IM上测量不同RB的干扰情况，调度时规避稳定高干扰的RB。

2.5 动态开关小区

INO方案最核心的技术点在于无缝地动态开关小区。结合流量预测，如果判断将任一DSS小区关闭后不会引起用户体验下降，则可以利用用户导引，将该DSS小区用户全部切换到其基础覆盖小区，之后关闭该DSS小区。关闭任一DSS小区后，需要对其基础覆盖小区集合中所有小区实时负荷进行监控，如果发现任一基础覆盖小区负荷稳定在较高水平且导致用户体验显著下降，则唤醒关闭的DSS小区。图5提供了LTE/5G DSS场景下通过动态开关DSS LTE小区所呈现的可以无缝切换的2种小区状态示例。需要注意的是，图5中假设LTE配置了4端口CRS，因此LTE/5G DSS状态下5G PDCCH仅能配置1符号。此外，LTE/5G DSS状态下，DSS LTE和DSS 5G所占用的RB个数/带宽可以随着两者负荷的变化Slot级动态调整，图5中仅展示了一种场景(10M LTE和10M 5G)。图5中纯5G状态下，5G独占20M带宽，且其PDCCH可根据需要配置/调整成1符号、2符号或3符号。

图5 LTE/5G DSS场景DSS LTE开关状态示例

3 智能网络编排优势

INO是在DSS基础上的增强，相比DSS，它具备很多优势，下文将逐一说明，并结合商用站点实测结果进一步论证INO为5G用户带来的体验提升。

3.1 一次部署，多态共存，自主演进

利用INO，可以基于对现网各小区负荷承载能力的评估，以及对实际负荷和预测负荷的判断，结合流量导引，自动开关小区。因此，对于采用INO解决方案的网络，在建网时可以按照运营商对网络最终状态的判断/期望进行网规网建，部署完成后基于网络中各制式负荷情况小区级自动进行状态切换，最终自主演进到运营商期许的最终状态。

图6提供了一个示例，其中图中每个格子代表一个基站，该基站采用2.1G频点，淡灰色格子代表该基站的小区处于LTE/5G DSS状态，淡青色格子则代表该基站的小区处于5G状态，格子上数字代表时间，比如2021.07.21 12:00代表2021年7月21日12点整。图6所示网络按照5G进行网规网建，采用INO解决方案。

1)5G建网初期，LTE负荷重，5G负荷轻。如图6左上图所示，白天大部分小区无法关闭DSS LTE，因此处于LTE/5G DSS状态。图6右上图则展示了当晚上LTE负荷减轻后，将LTE用户导引到700M频点，之后关闭DSS LTE小区同时将2.1G基站转换为纯5G基站。此后，还可以通过将所有LTE用户集中到700M频点，5G用户集中到2.1G频点，之后再关闭其它LTE和5G频点小区，从而在网络低负荷时达到节能减排的效果。

2)5G建网中后期，LTE负荷减轻，5G负荷变重。如图6下面2张图所示，全天任何时段全网绝大部分小区都自主演进到纯5G状态，达成运营商建网最终目的。

图6 LTE/5G DSS场景一网多态演进示例

3.2 消除资源浪费

LTE/5G频谱共享/DSS场景下，利用INO，当LTE负荷较重时，系统保持在LTE/5G DSS状态；在LTE负荷较低时，将小区从LTE/5G DSS状态无缝切换到纯5G状态。如前文图2所示，切换至纯5G状态后可以消除27.8%的资源浪费。此外，如图5所示，切换到纯5G状态后，可以根据调度需求自由选择PDCCH 1～3符号，解决可能出现的调度/CCE受限的问题。

3.3 削减异制式干扰

LTE/5G频谱共享/DSS场景下，利用INO，一方面可以通过流量/用户导引，减少邻区DSS LTE PDSCH对DSS 5G的干扰，另一方面5G侧也可以通过速率匹配自适应/带宽自适应来躲避邻区高CRS/PDSCH干扰。此外，通过动态小区开关，在整体网络LTE负荷较轻的场景下，通过连片关闭DSS LTE，可以显著削减LTE的CRS和PDSCH干扰，如图6所示。

3.4 商用环境验证结果

2021年6月和国内某运营商合作在大连商用站点进行了INO性能验证。共筛选了5个相邻站点进行测试，每个站点包含了3个DSS小区组。每个DSS小区组包含一个2.1GHz频点的DSS LTE小区和一个2.1GHz频点的DSS 5G小区，每个DSS小区组共享20M带宽资源。拉网测试采用中兴天机Axon 11终端进行下行FTP业务，拉网速度20km/h左右。

白天测试时，由于大部分小区LTE业务较重，因此15个DSS LTE小区仅有3个在使能INO功能后被关断。这种情况下，相比关闭INO功能，INO功能打开带来测试终端下行流量增益约为23.53%。在深夜测试时，由于整网LTE负荷都较轻，使能INO后15个DSS LTE小区都被关断，使得对应15个DSS 5G小区都进入了纯5G状态。这种场景下相比关闭INO功能，打开INO功能可以带来测试终端132.16%的下行流量增益。巨大的流量增益一方面来自于不做RE级速率匹配后的资源增益，更主要的则来自于完全消除相邻DSS LTE CRS干扰的信道质量提升。

4 总结与展望

本文在DSS基础上提出了INO。利用INO，运营商可以做到一次部署，多态共存，自主演进；也可以消除资源浪费，削减异制式干扰，从而显著提升5G用户体验。接下来，我们会专注于流量/用户导引的优化，做到业务感知的用户体验保障。此外，也会深入研究终端侧接收机干扰消除手段，如CRS IM[17]，从接收侧进一步降低干扰对用户体验的影响。