基于5G共建共享在2.1G頻段開通業(yè)務(wù)的應(yīng)用研究

蘇守正 楊書寬 王浩

摘要：根據(jù)工信部5G的頻段分配方案，中國電信和中國聯(lián)通在 n78 上分配的頻段是連續(xù)的，現(xiàn)兩家運(yùn)營商已基于3400MHz-3600MHz連續(xù)的200MHz帶寬共建共享5G無線接入網(wǎng)。根據(jù)現(xiàn)有分配方案，中國電信和中國聯(lián)通僅在 3.5G 頻段各有 100MHz，在上行邊緣速率 3Mb/s前提下，3.5G 頻段較1.8GHz和2.6GHz 上行覆蓋相差 9dB和5dB，導(dǎo)致3.5G頻段的SA的上行覆蓋，上行容量和時延均難以有效支撐垂直行業(yè)應(yīng)用。部署2.1G頻段FDD系統(tǒng)作為上行增強(qiáng)，與3.5G 協(xié)同組網(wǎng)，高低頻互補(bǔ)，時頻域聚合，從而在上行覆蓋、上行容量和時延特性乃至投資上具備轉(zhuǎn)向ToB的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢和經(jīng)濟(jì)可行性。

關(guān)鍵詞：2.1G;5G;無線接入網(wǎng);40M帶寬;共建共享

一、引言

2019年6月6日，工信部正式向中國電信、中國移動、中國聯(lián)通、中國廣電發(fā)放5G商用牌照。目前各大運(yùn)營商已經(jīng)在全國范圍內(nèi)縣級以上城市完成重點區(qū)域5G覆蓋。中國電信5G頻段是 3.5GHz 頻段 （3400MHz-3500MHz）;中國聯(lián)通5G頻段是3.5GHz 頻段 （3500MHz-3600MHz），從分配的頻段可以看出，中國電信和中國聯(lián)通在 n78 上分配的頻段是連續(xù)的，現(xiàn)兩家運(yùn)營商已基于3400MHz-3600MHz連續(xù)的200MHz帶寬共建共享5G無線接入網(wǎng)。

2021年3月5日，工信部無線電管理局發(fā)布了《2100MHz頻段5G移動通信系統(tǒng)基站射頻技術(shù)要求（試行）》公告，使中國電信與中國聯(lián)通在2.1G頻段建設(shè)共建共享5G網(wǎng)絡(luò)成為可能，2.1G頻段的5G網(wǎng)絡(luò)雖然傳輸速率較低，但可以減少基站建設(shè)數(shù)量，低成本的進(jìn)行廣覆蓋和深度覆蓋，快速實現(xiàn)城市和城郊大片區(qū)域連續(xù)覆蓋，避免5G手機(jī)頻繁在4G和5G網(wǎng)絡(luò)之間漫游切換。借助2.1G頻段，可提高3.5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋半徑，有效彌補(bǔ)3.5G高頻段5G網(wǎng)絡(luò)在熱點地區(qū)外深度覆蓋不足的問題[1]。

通過對3GPP規(guī)范的解讀，對電信聯(lián)通兩家運(yùn)營商在BAND1頻段開通55M帶寬的5G業(yè)務(wù)的可行性進(jìn)行分析，并給出了40M帶寬的最佳解決方案;通過進(jìn)一步對現(xiàn)網(wǎng)的數(shù)據(jù)分析，得出40M帶寬可以滿足初期業(yè)務(wù)需求的結(jié)論，并且對未來的發(fā)展給出了后續(xù)的演進(jìn)解決方案。

二、國內(nèi)5G頻段介紹

2017年11月，工信部正式宣布規(guī)劃3300-3600MHz、4800-5000MHz頻段作為5G系統(tǒng)的工作頻段，其中3300-3400MHz頻段原則上限室內(nèi)使用。中國移動獲2.6G 160M+4.9G 100M，電信和聯(lián)通各獲3.5G 100M。

2019年6月6日，工信部正式向中國電信、中國移動、中國聯(lián)通、中國廣電發(fā)放5G商用牌照，中國正式進(jìn)入5G商用元年。中國移動獲得了2515MHz-2675MHz和4800MHz-4900MHz兩個5G頻段，頻段號分別為n41和n79。中國電信獲得了3400MHz-3500MHz的頻段，頻段號為n78，中國聯(lián)通獲得了3500MHz-3600MHz的頻段，頻段號也是n78。

2019年9月9日，中國電信與中國聯(lián)通簽署了《5G網(wǎng)絡(luò)共建共享框架合作協(xié)議書》，根據(jù)合作協(xié)議，中國電信將與中國聯(lián)通在全國范圍內(nèi)合作共建一張5G接入網(wǎng)絡(luò)。雙方劃定區(qū)域，各自負(fù)責(zé)在劃定區(qū)域內(nèi)的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)相關(guān)工作，5G網(wǎng)絡(luò)共建共享采用接入網(wǎng)共享方式，核心網(wǎng)各自建設(shè)，5G頻率資源共享的建設(shè)方案[2]。

2021年3月5日，工信部無線電管理局發(fā)布了《2100MHz頻段5G移動通信系統(tǒng)基站射頻技術(shù)要求（試行）》公告，使中國電信與中國聯(lián)通在2.1G頻段建設(shè)共建共享5G網(wǎng)絡(luò)成為可能，在5G頻率總體規(guī)劃中，電信聯(lián)通決定通過3.5G打造5G容量層;通過2.1G打造5G基礎(chǔ)覆蓋層。通過對現(xiàn)網(wǎng)2.1G頻段進(jìn)行重耕，以達(dá)到50M*2的帶寬。在業(yè)務(wù)需求不高的時候，5G終端切換到2.1G的5G網(wǎng)絡(luò)，自動關(guān)閉3.5G高頻段載波、通道和天線，降低網(wǎng)絡(luò)能耗。2.1G的5G網(wǎng)絡(luò)不滿足終端業(yè)務(wù)需求時，按需自動開啟5G高頻段網(wǎng)絡(luò)。兩個頻段在5G網(wǎng)內(nèi)切換實現(xiàn)毫秒級響應(yīng)，時延比在4G和5G網(wǎng)絡(luò)之間切換要小。

（一）BAND1頻段分析

BAND1頻段，UL：1920MHz-1980MHz;DL：2110MHz-2170MHz。中國電信和中國聯(lián)通的2.1G頻段都集中在BAND1頻段上，重耕后可用帶寬為55M。

是否可以直接利用BAND1上的55M帶寬，用于電聯(lián)共建共享的5G網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)3GPP組織發(fā)布的TS38.101和TS38.104標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)兩大運(yùn)營商現(xiàn)有的BAND1頻段，分別落在5G規(guī)定的N1，N65，N66頻段內(nèi)。詳見表1。

通過表1分析可知，N1、N65與現(xiàn)有的BAND1頻段基本相同;N66與BAND1頻段下行基本相同，上行不一致。

上述標(biāo)明，直接在BAND 1頻段開通5G 服務(wù)，在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)下無法實現(xiàn)。

（二）方案分析

如果堅持在N1頻段開通55M業(yè)務(wù)，經(jīng)過分析，存在兩種解決方案。

方案一：與3.5G開通200M帶寬一樣，可采用載波聚合方式。但是根據(jù)規(guī)范，雙載波聚合仍無法達(dá)到要求。因為即使采用兩個20M進(jìn)行聚合，仍無法滿足55M帶寬，必須采用三載波FR1帶內(nèi)聚合，但這種方式規(guī)范內(nèi)是不支持的。而且從設(shè)備商的商務(wù)角度考慮，由于無法收取載波聚合和雙載波的軟件費(fèi)用，廠商研發(fā)的積極性不高。

方案二：利用單載波直接開通55M業(yè)務(wù)。此方案將面對兩個難點：1.3GPP組織是否同意;2.傅里葉變換在增加工作帶寬后，會帶來一些困擾。作者認(rèn)為這兩個難點無法妥善解決。

（二）解決方案

通過表1可知，在3GPP的規(guī)范中，N66頻段支持開通40M帶寬的業(yè)務(wù)，但這個解決方案面臨的難點是N66對應(yīng)的上行頻段中，并沒有在國家分配給電信和聯(lián)通的BAND1中。

通過對N66頻段內(nèi)的1725-1740與1755-1775MHZ頻段調(diào)整分配，以及對分配給聯(lián)通GSM的1740-1755進(jìn)行合并，通過這樣一個沒有難度的調(diào)整，我們將獲得50M的帶寬來提供業(yè)務(wù)。考慮上下各留出5M的保護(hù)間隔，實際將有上下行各40M的帶寬來提供5G 業(yè)務(wù)。

但是，考慮到上行1725-1750頻段的二次諧波恰好落入兩家運(yùn)營商的3.5G頻段范圍內(nèi)，由于共站建設(shè)，非常容易帶來頻率干擾。這樣，上行的安全頻率只有1750-1770MHZ共20M的帶寬，下行有40M 的帶寬。這樣會形成了一個N66頻段范圍內(nèi)的上下行非對稱頻段，是可以滿足3GPP規(guī)定的，詳見表3，摘自3GPP TS38.101。

綜上分析，電信和聯(lián)通采用2110 MHz-2200 MHz之間的40M作為下行，采用1735 MHz-1755 MHz之間的20M作為上行，是沒有技術(shù)障礙的。

三、面臨的問題分析

采用以上解決方案，我們面臨的主要問題是上下行容量是否能滿足實際的應(yīng)用需求。根據(jù)電信和聯(lián)通5G頻率總體規(guī)劃，5G網(wǎng)絡(luò)主要依靠3.5G解決容量，2.1G解決覆蓋[3]。

對于3.5G和2.1G頻段的覆蓋區(qū)域，我們提取某省現(xiàn)網(wǎng)的平均話務(wù)密度進(jìn)行分析。具體分析見表4.

經(jīng)表4對比分析可知，3.5G對應(yīng)的是高話務(wù)小區(qū)用戶量，而2.1G對應(yīng)的是平均話務(wù)小區(qū)用戶量。

由于3.5G是TD模式，通常的上下行時隙配比小于0.5，與2.1G非對稱的情況類似，所以只考慮下行即可。通過對比分析，可以看出利用BAND1頻段開通40M帶寬的5G服務(wù)足以滿足現(xiàn)網(wǎng)需求。

采用N66頻段開通5G，還有一個好處是未來可以支持三載波聚合，以保證2.1G投資會隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展而逐步發(fā)揮更大的效用。

四、結(jié)束語

本文通過對3GPP規(guī)范的詳細(xì)解讀，以及采用不同解決方案頻段的對比分析，并結(jié)合某省現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量情況，得出采用非對稱BAND1 40M帶寬用于滿足電信聯(lián)通共建共享階段利用2.1G頻段作為5G的基礎(chǔ)覆蓋頻段，可以滿足初期業(yè)務(wù)需求的結(jié)論。并且對未來的發(fā)展給出了后續(xù)的演進(jìn)解決方案。

作者單位：蘇守正? ? 楊書寬? ? 王浩? ? 廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]曹廣山，馬丹，李鳳花，等.2.1和3.5GHz頻段在5G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用建議[J].郵電設(shè)計技術(shù)，2020（6）：6-10.

[2]佟巍， 楊書寬. SA模式下5G網(wǎng)絡(luò)共建共享技術(shù)方案研究[J]. 信息通信， 2020（12）：3.

[3]李皛，李志軍，周閱天，等.5G共建共享語音業(yè)務(wù)解決方案研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2020，046（004）：6-9.