面向5G的智能網絡編排方案

詹 勇 顧 軍 唐 雪

中興通訊股份有限公司 深圳 518055

引言

截止2021年Q1，全球約有97.2億移動用戶，其中5G用戶占比3.07%[1]。海量的存量用戶和指數增長的5G接入需求，迫使運營商不得不尋求更多的頻譜資源。但是，頻譜資源極度稀缺且昂貴。以美國為例，2021年初美國C頻段280MHz頻譜資源拍出了超過810億美元的天價[2]。

為了幫助運營商部署5G服務，同時減少購買頻譜資源的開銷，各個國際標準組織都在大力推動頻譜共享[3]技術的成熟和商用，包括ETSI[4]、3GPP[5-6]和ITU[7]。利用頻譜共享技術，運營商一方面可以對已購入頻譜資源進行“重耕”，在已部署老制式無線接入服務的頻譜資源上同時開通5G服務；另一方面也可以在新購入頻譜資源上同時部署5G和其它老制式無線接入服務，在5G需求不足時將頻譜資源利用率[8]最大化。此外，為了滿足5G用戶的尖峰速率需求[9-10]，動態頻譜共享(Dynamic Spectrum Sharing，DSS)技術支持在slot粒度隨共享頻譜上不同制式用戶負荷的實時變化動態調整頻譜資源分配方式[11]。

在DSS基礎上，本文提出智能網絡編排(Intelligent Network Orchestration，INO)方案。利用INO可以顯著提升5G用戶體驗，原因有兩個：1)INO可以消除因為DSS引入的速率匹配，提升5G用戶可用無線資源數；2)INO可以削弱因為DSS引入的異制式小區間干擾，提升5G用戶信道質量。此外，INO還可以幫助運營商實現一次部署，多態共存，全網自主演進到5G。

1 頻譜共享技術的缺陷

雖然頻譜共享滿足了運營商在單一頻譜資源上部署多種制式無線接入服務的核心需求，但仍因為其固有的一些缺陷使其很難大規模推廣商用。下文就頻譜共享的三個核心痛點問題進行逐一說明。

1.1 不支持平滑演進

按照歷史經驗，新制式用戶占比會逐年上升，直至完全取代老制式。參見圖1，GSA對2026年Q4各制式用戶占比進行了預測：5G用戶占比將從2021年Q1的3.07%快速上漲到40.8%[1]。此外，考慮到頻譜共享下文所述的資源浪費和異制式干擾問題，運營商期待在5G發展中后期將所有頻譜共享小區轉換為純5G小區。在當前頻譜共享解決方案下，為達到上述目的，運營商需要定期分區域核查其網絡中頻譜共享小區各制式用戶/流量占比，當某個區域5G用戶/流量占比穩定到一定水平后，即可將該區域所有頻譜共享小區手動切換為純5G小區。上述運維流程涉及大量網規專家投入，且存在反復調整的風險。同時考慮到運營商如果按照頻譜共享站點網規網建，則在切換到純5G站點后可能需要重新網規和網絡布局調整。

圖1 移動通信市場不同制式用戶2026Q4占比預測

1.2 資源浪費

以目前最常見的LTE/5G DSS場景為例，為了避開LTE常發的CRS信號，5G側需要在共享頻譜上一直使能RE級速率匹配。圖2給出了一個簡單示例，相比圖2(b)純5G場景，圖2(a)LTE/5G頻譜共享場景PDSCH每RB可用RE個數少27.8%。注意，圖2假設LTE配置了4 port CRS。此外，圖2所示LTE/5G頻譜共享場景下，5G PDCCH最多只能配置單符號，極大限制了PDCCH可用RB個數，在多用戶場景下可能造成調度能力/CCE不足的問題。

圖2 移PDSCH可用RE對比

1.3 異制式干擾

同樣以LTE/5G DSS連片組網場景為例，一個DSS 5G小區通過RE級速率匹配消除了本區DSS LTE小區的CRS干擾。但是，該DSS 5G小區還存在其它同頻DSS LTE鄰區，這些DSS LTE鄰區CRS所在的RE位置通常和該DSS 5G小區PDSCH相撞，從而會造成嚴重的干擾(如圖3所示)。因為相鄰DSS LTE CRS只干擾了DSS 5G小區的PDSCH，而非DMRS，因此5G終端無法直接感知/檢測到該干擾，因此會造成5G終端下行性能的顯著下降。此外，在5G建網初期，相比LTE，5G負荷通常較輕，因此DSS 5G小區的PDSCH通常還會受到相鄰DSS LTE小區PDSCH干擾。

圖3 DSS 5G小區受到相鄰DSS LTE CRS信號干擾

2 智能網絡編排方案

為了克服上文描述的頻譜共享的缺陷，本文提出了INO。下文將分別介紹INO的方案流程以及各關鍵組件。

2.1 INO方案流程

INO解決方案包含了流量/負荷預測、流量/用戶導引、干擾協調、動態小區關閉/打開四個關鍵組件。以LTE/5G DSS場景為例，其流程參見圖4。首先，結合基站畫像，利用大數據訓練流量預測模型，從而獲得精準的流量預測能力。接下來，基于流量預測結果和實時負荷信息，分布式決策DSS LTE小區關閉/喚醒。當判斷LTE負荷較輕且可以嘗試關閉DSS LTE以提升5G用戶體驗時，利用流量導引將DSS LTE用戶切換到鄰小區(圖中統一標記為Base LTE)，所有用戶導引完成后再關閉DSS LTE小區，從而保障DSS LTE用戶體驗。關閉DSS LTE小區后，對其基礎覆蓋小區負荷和用戶體驗進行持續監控，在其負荷高且顯著影響了用戶體驗時及時喚醒DSS LTE小區進行負荷分擔。整個流程中，利用干擾協調，最小化因相鄰同頻DSS LTE小區對DSS 5G干擾造成的性能影響。

圖4 LTE/5G DSS場景INO流程示例

2.2 流量預測

在進行負荷/流量預測之前，需要為可能會關閉的小區確定基礎覆蓋小區集合。所謂基礎覆蓋小區集合，即在關閉指定小區后，用來承接即將關閉小區當前連接用戶以及在未來關閉時段內可能會接入用戶的小區集合。該小區集合可包含一個或者多個和指定要關閉小區同制式或者異制式的、同頻或者異頻的鄰區。該小區集合可以通過網規網優專家經驗人工給出，也可以結合其它自動化手段獲取。舉個例子，可以在小區使能周期同頻和異頻MR測量上報，從匯總的測量上報結果結合人工配置的頻點優先級確定在關閉對應小區后能讓所有采樣用戶仍可享受移動無線接入服務的鄰區最小集。

為所有可能關閉的小區都確定了基礎覆蓋小區后，在共享頻譜上所有制式的DSS小區和對應所有基礎覆蓋小區都使能基站畫像，收集較長時段(比如8周)小區負荷信息(比如上行PRB利用率、下行PRB利用率和RRC連接用戶數)。之后利用預測方法構建流量預測模型[12]。常見的流量預測模型包括時間序列法(比如ARIMAX[13])、回歸方法[14]、神經網絡(比如LSTM[15]、PROPHET[16])等。流量預測組件利用訓練好的模型結合歷史負荷信息可以輸出精準的流量預測結果。

2.3 流量導引

結合DSS小區和其基礎覆蓋小區集合的流量預測結果及其實時負荷，如果判斷將DSS小區用戶遷移到任一基礎覆蓋小區后不會引起遷移用戶或基礎覆蓋小區用戶體驗下降，則可以將DSS小區負荷遷移到對應基礎覆蓋小區。這樣做有2個潛在收益。

1)降低對相鄰DSS小區的干擾。比如LTE/5G DSS場景，通過降低DSS LTE負荷，減少對相鄰DSS 5G用戶的干擾，從而提升5G用戶體驗。

2)增大關閉DSS小區的概率。仍以LTE/5G DSS場景為例，通過將DSS LTE用戶遷移到基礎覆蓋小區，可以增大關閉DSS LTE小區的概率。在關閉DSS LTE小區后，INO可以將DSS 5G無縫切換為純5G小區，從而進一步提升5G用戶體驗。

2.4 干擾協調

除了上文提到的通過用戶導引減少鄰區對DSS小區業務信道的干擾外，INO在5G側還具備另外2種干擾協調手段：速率匹配自適應和帶寬自適應。

1)速率匹配自適應是UE級slot級的動態協調LTE CRS干擾的手段。在DSS 5G狀態，通過自適應開關符號級速率匹配，根據每個用戶受到鄰區CRS干擾的強度動態調整對應用戶是否使能符號級速率匹配。而在關閉DSS LTE進入純5G狀態后，則通過自適應速率匹配，根據每個用戶受到鄰區CRS干擾的強度動態調整對應用戶是否使能RE級速率匹配，以及是否在使能RE級速率匹配后疊加符號級速率匹配。

2)帶寬自適應則是UE級slot級的動態協調固定頻段穩定高干擾的手段。根據每個用戶在CSI IM上測量不同RB的干擾情況，調度時規避穩定高干擾的RB。

2.5 動態開關小區

INO方案最核心的技術點在于無縫地動態開關小區。結合流量預測，如果判斷將任一DSS小區關閉后不會引起用戶體驗下降，則可以利用用戶導引，將該DSS小區用戶全部切換到其基礎覆蓋小區，之后關閉該DSS小區。關閉任一DSS小區后，需要對其基礎覆蓋小區集合中所有小區實時負荷進行監控，如果發現任一基礎覆蓋小區負荷穩定在較高水平且導致用戶體驗顯著下降，則喚醒關閉的DSS小區。圖5提供了LTE/5G DSS場景下通過動態開關DSS LTE小區所呈現的可以無縫切換的2種小區狀態示例。需要注意的是，圖5中假設LTE配置了4端口CRS，因此LTE/5G DSS狀態下5G PDCCH僅能配置1符號。此外，LTE/5G DSS狀態下，DSS LTE和DSS 5G所占用的RB個數/帶寬可以隨著兩者負荷的變化Slot級動態調整，圖5中僅展示了一種場景(10M LTE和10M 5G)。圖5中純5G狀態下，5G獨占20M帶寬，且其PDCCH可根據需要配置/調整成1符號、2符號或3符號。

圖5 LTE/5G DSS場景DSS LTE開關狀態示例

3 智能網絡編排優勢

INO是在DSS基礎上的增強，相比DSS，它具備很多優勢，下文將逐一說明，并結合商用站點實測結果進一步論證INO為5G用戶帶來的體驗提升。

3.1 一次部署，多態共存，自主演進

利用INO，可以基于對現網各小區負荷承載能力的評估，以及對實際負荷和預測負荷的判斷，結合流量導引，自動開關小區。因此，對于采用INO解決方案的網絡，在建網時可以按照運營商對網絡最終狀態的判斷/期望進行網規網建，部署完成后基于網絡中各制式負荷情況小區級自動進行狀態切換，最終自主演進到運營商期許的最終狀態。

圖6提供了一個示例，其中圖中每個格子代表一個基站，該基站采用2.1G頻點，淡灰色格子代表該基站的小區處于LTE/5G DSS狀態，淡青色格子則代表該基站的小區處于5G狀態，格子上數字代表時間，比如2021.07.21 12:00代表2021年7月21日12點整。圖6所示網絡按照5G進行網規網建，采用INO解決方案。

1)5G建網初期，LTE負荷重，5G負荷輕。如圖6左上圖所示，白天大部分小區無法關閉DSS LTE，因此處于LTE/5G DSS狀態。圖6右上圖則展示了當晚上LTE負荷減輕后，將LTE用戶導引到700M頻點，之后關閉DSS LTE小區同時將2.1G基站轉換為純5G基站。此后，還可以通過將所有LTE用戶集中到700M頻點，5G用戶集中到2.1G頻點，之后再關閉其它LTE和5G頻點小區，從而在網絡低負荷時達到節能減排的效果。

2)5G建網中后期，LTE負荷減輕，5G負荷變重。如圖6下面2張圖所示，全天任何時段全網絕大部分小區都自主演進到純5G狀態，達成運營商建網最終目的。

圖6 LTE/5G DSS場景一網多態演進示例

3.2 消除資源浪費

LTE/5G頻譜共享/DSS場景下，利用INO，當LTE負荷較重時，系統保持在LTE/5G DSS狀態；在LTE負荷較低時，將小區從LTE/5G DSS狀態無縫切換到純5G狀態。如前文圖2所示，切換至純5G狀態后可以消除27.8%的資源浪費。此外，如圖5所示，切換到純5G狀態后，可以根據調度需求自由選擇PDCCH 1～3符號，解決可能出現的調度/CCE受限的問題。

3.3 削減異制式干擾

LTE/5G頻譜共享/DSS場景下，利用INO，一方面可以通過流量/用戶導引，減少鄰區DSS LTE PDSCH對DSS 5G的干擾，另一方面5G側也可以通過速率匹配自適應/帶寬自適應來躲避鄰區高CRS/PDSCH干擾。此外，通過動態小區開關，在整體網絡LTE負荷較輕的場景下，通過連片關閉DSS LTE，可以顯著削減LTE的CRS和PDSCH干擾，如圖6所示。

3.4 商用環境驗證結果

2021年6月和國內某運營商合作在大連商用站點進行了INO性能驗證。共篩選了5個相鄰站點進行測試，每個站點包含了3個DSS小區組。每個DSS小區組包含一個2.1GHz頻點的DSS LTE小區和一個2.1GHz頻點的DSS 5G小區，每個DSS小區組共享20M帶寬資源。拉網測試采用中興天機Axon 11終端進行下行FTP業務，拉網速度20km/h左右。

白天測試時，由于大部分小區LTE業務較重，因此15個DSS LTE小區僅有3個在使能INO功能后被關斷。這種情況下，相比關閉INO功能，INO功能打開帶來測試終端下行流量增益約為23.53%。在深夜測試時，由于整網LTE負荷都較輕，使能INO后15個DSS LTE小區都被關斷，使得對應15個DSS 5G小區都進入了純5G狀態。這種場景下相比關閉INO功能，打開INO功能可以帶來測試終端132.16%的下行流量增益。巨大的流量增益一方面來自于不做RE級速率匹配后的資源增益，更主要的則來自于完全消除相鄰DSS LTE CRS干擾的信道質量提升。

4 總結與展望

本文在DSS基礎上提出了INO。利用INO，運營商可以做到一次部署，多態共存，自主演進；也可以消除資源浪費，削減異制式干擾，從而顯著提升5G用戶體驗。接下來，我們會專注于流量/用戶導引的優化，做到業務感知的用戶體驗保障。此外，也會深入研究終端側接收機干擾消除手段，如CRS IM[17]，從接收側進一步降低干擾對用戶體驗的影響。