许艳秋 褚 旭 全诗文 周小青 张国光 赵 煜 冷 俊
1.中国联合网络通信有限公司南京分公司;2.中国联合网络通信有限公司江苏省分公司
随着网络建设和终端保有量的不断增加,陈旧制式终端的淘汰和网络的退网不能快速完成,形成了5G时代多制式并存的特点,这也造成了运营商在站点频率资源、天面空间、机房空间、租金、能耗等方面均存在较大的压力和挑战。如何在现有条件下降低网络建设和维护成本,充分利用频谱资源?通过对2.1G主流频段站点进行研究,以TCO最优方式实现5G网络快速部署,同时保障用户使用感知。
核心:通过HDSS(动态频谱共享技术)、CI免互联技术特性和多制式同框共模SDR方法提升2.1G频段效能,提高频段利用率,提升用户体验。
目标:基于共模改造方式,完成UNR共模改造验证和ULNR共模改造验证。
1.2.1 HDSS基础概述
HDSS(Hybrid Dynamic Spectrum Sharing)全场景动态频谱共享技术,是一种支持基于4G和5G资源之间的流量需求共享频谱。利用该技术可快速完成频谱分配,在现行可用容量下,同时达到最好的4G和5G网络效能,与必须拆分频谱进行专门分配有本质区别,可广泛应用于有4G、5G同覆盖需求的场景。相较于传统LNR等带宽共享的DSS(动态频谱共享)技术最大带宽只有20M而言,LNR不等带宽共享的HDSS技术,NR最大带宽可达40M,其中20MHz的带宽为5G专用,另外20MHz带宽为4G、5G瞬时动态共享。
1.2.2 HDSS共享原理
HDSS支持LTE小区和NR小区在同一段共享频谱上根据业务量需求进行时频资源的动态共享。NR小区带宽大于LTE小区带宽,其中LTE小区带宽等于共享频谱资源,NR小区带宽除去共享频谱资源的部分为NR小区独享频谱资源。基于不等带宽的HDSS支持的小区带宽组合如表1所示。
表1 HDSS支持的小区带宽
HDSS功能开启后,加入频谱共享小区集的LTE小区和NR小区可在共享频谱范围内进行资源共享,如图1所示,具体为:(1)时域维度:支持以1ms为粒度的瞬时共享,即可达到每1ms进行一次频谱资源的协调调度;(2)频域维度:支持以1RB为粒度的动态共享,根据LTE侧和NR侧的业务量需求进行动态资源分配。
图1 LTE小区和NR小区时频域资源共享原理示意
共享频谱范围内,HDSS需通过LTE/NR相互避让机制,解决LTE/NR信道冲突问题。
1.3.1 CI免互联概述
CI为一种用于不同BBU间互联的信号配线口。免CI互联即无互联配线口场景下,通过对多模式RRU的CPRI通道反传时钟来保障不同制式间严格相位同步和频率同步,从而实现BBU间跨框的SDR。技术多制式以SDR(Software defined Radio)共存是低成本网络平滑演进的发展方向。但不同制式的建网时期不同,不同制式虽然共用一个SDR射频模块,但BBU部署在不同的物理位置。比如早期部署3G时,BBU设备主要以DRAN方式靠近基站部署,而当前5G建网按照CRAN方式集中部署BBU已成为主流,这就出现了在CRAN和DRAN混合组网下的3G和5G BBU设备距离远的问题,导致无法使用同一个SDR射频模块。
解决这一难题的方案是将存量3G BBU与5G BBU设备搬迁到一起,但是这会增加改造成本、机房租金、空调电费等。为了以最小代价解决问题,保护运营商投资,采用免CI互联创新方案,仅需将SDR射频模块分别与3G和5G BBU进行光纤连接,无需搬迁和更换BBU设备,解决了跨制式SDR混合组网难题,实现最大程度盘活老旧3G BBU设备,从而提升5G投资效率,加快5G建设。
1.3.2 CI免互联特性
通过基础互联,两个BBU实现了控制数据、时钟信号、传输数据的交互,从而支持跨BBU共传输、跨BBU共时钟和跨BBU SDR。
跨BBU共传输是指一个BBU提供共享传输接口,连接到传输网络,并为另一个BBU提供传输通道。该特性支持两个BBU中的任意制式间共传输。一般情况下,共传输接口可以由根BBU或由叶子BBU中的传输板提供。
跨BBU共时钟是指一个BBU从外部获取共享时钟源,并给另外一个BBU提供时钟源。该特性支持两个BBU中的任意制式间共时钟。外部时钟源可以由根BBU或叶子BBU获取。
(1)HDSS功能通过打开功能开关,配置NR独享频谱资源和配置共享小区集来开启,同时要求参与频谱共享的LTE小区和NR小区满足无线帧和子帧对齐,同时打开LTE侧和NR侧功能开关。
①将LTE侧 参 数SpectrumCloud.SpectrumCloudSwitch配置为“LTE_NR_SPECTRUM_SHR”,并打开LTE侧参数SpectrumCloud.SpectrumCloudEnhSwitch的 子 开 关“LNR_SPECTRUM_SHR_ASYM_SW”。
②打开NR侧参数NRDUCellAlgoSwitch.SpectrumCloudSwitch的子开关“LTE_NR_FDD_SPCT_SHR_SW”并打开NR侧参数NRDUCellAlgoSwitch.SpectrumCloudEnhSwitch的 子 开 关“LTE_NR_FDD_SPCT_SHR_ASYM_SW”。
(2)配置NR独享频谱资源,NR独享频谱资源需配置在NR带宽的一端,NR独享的上行频谱资源和下行频谱资源可以配置相同或不同。
①当仅通过NR侧参数gNBDULteNrSpctShrCg.NrReservedRbStartIndex和gNBDULteNrSpctShrCg.NrReservedRbEndIndex来配置独享频谱资源时,表示上下行配置相同的独享频谱资源。
②当配置了上述两个参数后,还配置了NR侧参数gNBDULteNrSpctShrCg.NrUlReservedRbStartIndex和gNBDULteNrSpctShrCg.NrUlReservedRbEndIndex,则上行独享频谱资源将按照这两个参数的配置值生效,下行独享频谱资源仍按照NR侧参数gDULteNrSpctShrCg.NrReservedRbStartIndex gNBDULteNrSpctShrCg.NrReservedRbEndIndex的配置值生效。
(3)配置LTE和NR频谱共享小区集
①将参与共享的LTE小区加入LTE频谱共享小区集:通过LTE侧参数SpectrumCloud.LteNrSpectrumShrCellGrpId和LteNrSpctShrCellGrp.LteNrSpectrumShrCellGrpId来配置。
②配置LTE频谱共享小区集和NR频谱共享小区集的关联关系:通过NR侧参数gNBDULteNrSpctShrCg.NrSpctShrCellGrpId和gNBDULteNrSpctShrCg.LteSpctShrCellGrpId来配置。
③将参与共享的NR小区加入NR频谱共享小区集:通 过NR侧 参 数NRDUCellSpctCloud.NrDUCellId和NRDUCellSpctCloud.NrSpctShrCellGrpId来配置。
(4)配置帧偏置和TA偏移量(满足无线帧和子帧对齐)
①帧偏置:LTE侧通过参数CellFrameOffset.FrameOffset或ENodeBFrameOffset.FddFrameOffset来配置,如果同时配置了这两个参数,则以参数CellFrameOffset.FrameOffset的取 值 为 准;NR侧 通 过 参 数gNodeBParam.FrameOffset或gNBFreqBandConfig.FrameOffset来配置,如果同时配置了这两个参数,则以参数gNBFreqBandConfig.FrameOffset的取值为准。
②TA偏移量:通过NR侧参数NRDUCell.TaOffset来配置。
(1)关键技术
跨框SDR要求各制式时钟严格同步,在BBU互联场景下,可通过互联线传递时钟信号,做到制式间时钟互锁,保障制式间严格相位同步和频率同步。但是在BBU免互联场景下,无法通过互联线进行时钟互锁,因此可通过跨框多模RRU的CPRI通道反传时钟保障制式间时钟同步。如图2所示。
图2 跨框多模CPRI通道反传时钟
LN侧BBU接入时间同步源,跨框多模RRU固定锁LN侧时钟。LN侧和U侧的频差在多模RRU侧体现为CPRI缓存偏差,多模RRU将CPRI缓存偏差反馈给U,U侧调整BBU的频率与LN侧同步。如图3所示。
图3 BBU免互联示意图
(3)参数配置优化方法
①配置参数EQUIPMENT.SDRCONNSW为“OFF”,EQUIPMENT.InterSubrackClkAlignMode为“PEER_RF_CLK”。
②对于同一个多模RRU,通过参数SpectrumCloud.SpctShrMode来 配 置RRU_RS。根据RRU规格规划ULNR功率,现网当前使用的4*80W的RRU5916,U侧使用20W,LNR侧共享60W。
③在U侧设置参数PEERCLK.PNT为“RF”,指定提供时钟源的跨框多模RRU的柜号PEERCLK.CN、框 号PEERCLK.SRN、槽 号PEERCLK.SN,并 设置CLKSYNCMODE.CLKSYNCMODE为“FREQ”。在LNR侧配置时间同步源,如GNSS或1588v2,并设置CLKSYNCMODE.CLKSYNCMODE为“TIME”。
④LN侧不能开启空口软同步、宽松时间同步、低精度帧同步和1588 ATR功能。
当3/5G两个BBU距离较远或共机房(任意一个BBU无UMPT互联单板)时均无法完成BBU互联。通过CI免互联方式解决了不互联场景下支持跨框SDR两种典型场景:不需要机房搬迁,不需要更换单板,也可以支持跨框SDR,降低特性部署成本。
当两个BBU距离较远,如一个BBU位于站点机房,另一个BBU位于集中机房,两个机房不在同一位置,BBU无法互联。如图4所示。
图4 跨机房BBU无法联络示意图
即使两个BBU共机房,但当任意一个BBU无UMPT互联单板,也无法互联。如图5所示。
图5 BBU无UMPT互联单板示意图
CI免互联方式成功攻克了远距离BBU间无法互联及BBU间主控板性能不支持互联的疑难问题,对于存量3G站点区域,只要光纤可以到达的地方即可以快速实现5G网络信号覆盖,有助于快速实现深度覆盖优化及重点局部覆盖优化。如图6所示。
图6 3/5G BBU免互联示意图
3/5G免互联现网效果应用:
完 成UMTS基 站:NJ_JN_HW_不 公 开_W_BBU3与NR:NJ_JN_HW_不公开_N站点3/5G CI免互联特性改造,如图7所示。
图7 3/5G BBU免互联改造前后对比图
改造结果:UMTS(17.1版本)、NR(17.1版本)在共SDR场景下,N侧BBU接入时间同步源,跨框多模RRU5916固定锁N侧时钟,NR与UMTS小区正常,无新增告警,KPI指标正常。
改造模式一:U[L*NR]共框分离主控共SDR(利用HDSS技术+BBU机框制式主控技术)
针对现网已有的3/4G共模站点,可通过多制式同框共模SDR方法及前文所述HDSS技术快速部署3/4/5G共模,网络升级改造速度快,建设投入成本少。
在原UL站点上做LNR共主控改造,原BBU机框新增UBBPg2ac单板配置为LNR共模,更换6槽3G侧主控为UMPTb1,3槽新增UBBPd1基带板,通过双星组网与LNR共SDR,并通过CPRI MUX从对端LNR侧B板2槽出纤,通过复用多模RRU设备,形成一台RRU实现3/4/5G三制式并发输出。如图8所示。
图8 CI免互联及HDSS共模改造示意图
控制权配置:先DSP LOADCTRL确认两端的版本号,再SET LOADCTRL,U侧设置为本端无控制权,LNR侧设置为本端有控制权。
改造模式二:U+L*NR跨框免CI互联共SDR(利用CI免互联技术+HDSS技术)
如图9组网,在NR Only站点上做LNR共主控改造,新增UBBPg2ac单板配置为LNR共模,并复用其中一个RRU新建一个LTE载波。新增一个3G BBU,配置为UMPTb1+UBBPd1,并通过双星组网与LNR共SDR。
图9 跨框免CI互联共SDR改造示意图
硬件调整:5G BBU的0槽新增UBBPg2ac单板,新增3GBBU(主控UMPTb1,基带板UBBPd1),分别从5G BBU和3G BBU接口板出纤连接在同一个RRU5916,形成双星组网共SDR。
U侧和LNR配置免CI互联,并在共SDR模块上建立UMTS小区。
共框改造SDR现网效果应用:(1)硬件调整:5G BBU的0槽新增UBBPg2ac单板,新增3G BBU(主控UMPTb1,基带板UBBPd1),分别从5G BBU和3G BBU接口板出纤连接在同一个RRU5916,形成双星组网共SDR;(2)NR共主控改造为LNR,扩LTE载波,LNR共SDR的载波使用新增基带板;(3)3G开站,主控柜框槽配置为0/1/6,基带板柜框槽配置为0/1/3;(4)U侧和LNR配置免CI互联,并在共SDR模块上建立UMTS小区。
改造结果:(1)在任意一侧基站可以通过DSP RRU查询到对端网元信息;(2)DSP CLKSTAT输出结果中查询U侧时钟锁定正常,当前是时钟源为Peer Clock;(3)ULNR小区状态正常。
本研究介绍的基于动态频谱共享技术及同RRU内不同制式间灵活的功率分配技术,是全国同行业内首创的最新覆盖技术方法,利用一个BBU机框、一台RRU、一副天线同时实现频谱的智能分配和三种网络模式的共存,即能够在同一平台设备上同时实现3/4/5G三种不同网络制式,并实现一台RRU的发射功率随频谱联动模式的功能。通过3/5G、4/5G、3/4/5G三种共模站点部署的方案试点和研究,有利于盘活资源,加快网络的平滑演进,节约网络建设和维护成本,提升5G投资效率。