5G网络共享解决方案

发布时间:2019-05-17 作者:肖迎 中兴通讯 阅读量 :

网络共建共享不是5G阶段才出现的新技术,却大有可能会在5G大力发展,成为网络建设的一种趋势。5G的基站数量可能是4G的1.5~2倍,预计5G建网成本的投入巨大,加上覆盖密集对站址分布的要求,站址获取的难度增大。为了尽量避免网络基础设施的重复建设,节约网络整体投资,缓解5G网络建设面临的巨额资金压力,加快推动5G的商用步伐,可考虑加大网络共建共享力度。

5G网络共享解决方案场景

3GPP在5G标准制定之初即考虑到了网络共享,明确要求终端和网络RAN和核心网侧都支持5G网络共享功能。R15推荐了MOCN和GWCN两种模式的共享网络架构。MOCN(Multi-Operator Core Network)指一个RAN(无线网络)可以连接到多个运营商核心网节点,可以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。

GWCN(Gateway Core Network)是指在共享RAN的基础上,再进行部分核心网(MSCs/SGSN/MME)共享。但是目前R15协议规范中明确说明,5G系统只有5G MOCN共享模式,UE、RAN和AMF应支持运营商使用多个PLMN ID的能力,没有针对GWCN给出相应的说明和要求。

MOCN共享网络架构下,根据载波是否共享又分为独立载波网络共享和共享载波网络共享(如图1所示)。独立载波共享时,BBU共享对接同厂家RRU/AAU,RRU/AAU各运营商独立,各载波独立配置和管理,无线侧gNodeB内部,使用逻辑上独立的不同小区提供给多个运营商进行独立使用;共享载波共享时,BBU、RRU/AAU均共享,站点侧RAN设备全共享,共享不同运营商的某段或某几段载波,形成一个连续大带宽的共享载波,进一步降低基础设施和设备费用。

 



网络共享技术介绍


网络共享关键技术涉及到基带资源的分配、公共参数的配置、性能的保障、不同运营商用户如何注册到对应核心网、移动性管理、传输分配方式和网管模式等,下面介绍中兴通讯5G网络共享方面的关键技术方案。

UE注册到对应核心网


无论是独立载波共享还是共享载波共享,都涉及到共享网元如何将不同运营商的用户信令正确路由到相应运营商的核心网元,即多个运营商的用户信令路由问题。共享网元与核心网建立连接时会保存各核心网支持的各PLMNs,用来指示接入的UE连接到正确核心网。独立载波共享时每个小区广播唯一的PLMN ID,对于UE来说,由于每个小区只有一个PLMN ID,因此其动作行为与非共享网络是一样的。对于共享载波共享,每个小区将会广播至少2个PLMNs,各运营商终端选择合适的PLMN后将选择结果通知给gNodeB,gNodeB根据该值进行NGC的选择。具体PLMN的选择由终端实现,参考协议TS 23.122中描述的PLMN(重新)选择过程中如何在所有接收到的广播PLMN-IDs中选择合适的PLMN,基站侧只需要正确地将相应的PLMN ID传递给相应的网元即可。

网络共享下的移动性管理

目前5G R15协议支持5G系统内和5G到4G系统之间的移动性,R16计划支持5G到3G系统的移动性。网络共享情况下的移动性管理首先根据协议所支持的范围去支持不同制式间的移动性,同时需要支持共享非共享区域之间用户的移动性。不管还是MORAN还是MOCN共享方式,从gNodeB的角度来看,基站侧的功能是合理选择目标基站,同时将相应的PLMN ID通知给相应的网元。协议中规定要求只要所选择的PLMN可用于服务UE的位置,UE就不应该改变到另一个可用PLMN,源侧的gNodeB应优先为当前UE选择服务PLMN的目标基站,如果当前的服务PLMN中基站都无法提供服务时,再从移动限制列表中的PLMNs进行选择。

无线资源共享方式

独立载频共享方式:不同运营商使用各自的载频,空口资源完全隔离,无需专门管理;共享载频共享方式:共享载波需要明确空口资源分配、过载控制、参数协调等多项内容。根据运营商的需求,在共享载频共享方式下,gNodeB提供4种无线资源划分方式,需要根据实际情况选定一种配置方式。如图2所示,以两个运营商为例,Case1中,运营商A和运营商B固定分配所有资源;Case2中,运营商A和运营商B各固定分配部分无线资源,剩余部分的无线资源作为A与B的公共资源,可以在运营商A与B之间根据负载情况灵活分配;Case3中,两个运营商A和B之间无固定的资源分配,两个运营商的用户共用所有的无线资源;Case4中,两个运营商A和B之间固定分配,但是在特定的策略及条件下,运营商B可以占用运营商A的部分资源,但是在运营商A需要占用的时候又可以将资源抢占回来。灵活的资源分配策略,满足运营商实际的资源分配需求,实现运营商之间业务量的动态均衡,提高频谱利用效率。同时接纳控制上,gNodeB提供共享载频的RRC用户比例划分功能,一方面保障运营商之间基本的RRC资源,另一方面提升系统整体的RRC资源利用率。



网管的共享模式

 

网络共享下网管的管理有租赁和合资两种方式。租赁模式是主运营商管理所有资源,由主运营商将共享资源租赁给其他运营商(辅运营商),辅运营商仅可以读取共享资源。通过采用角色鉴权+运营商过滤来区分运营商权限。网管系统中的数据分为两种,带PLMN信息的数据,认为是关联运营商专有的数据;不带PLMN信息的数据认为是公共数据。对于运营商共享网元,主运营商有完全的读取/写入的权限,辅运营商有受限部分的读取权限。由于租赁模式简化了授权和管理,因此是推荐的模式。也可以采用合资方式,即实力相当或悬殊不大的两家(甚至多家)运营商为提高网络共享模式下的运维效率,联合成立一家合资运维公司,负责共享网络的规划、部署、运营和维护。

5G新特性与网络共享

5G新空口技术的引进,给5G带来了更多组网方式和网络架构的选择,新增了许多新特性。而针对在各种场景下的网络共享,应该注意的是:在RAN Split下的网络共享场景,DU应该支持配置多运营商PLMN,同时CU也应该要支持CU连接的所有DU下的PLMN,多个运营商共享CU容量,各PLMN提供的能力不能超过CU部署架构下能够达到的能力;同时5G网络共享支持网络切片,在PLMN内定义网络片,在不同PLMN之间执行网络共享。在网络共享的情况下,每个PLMN都定义和支持共享网络下的PLMN特定级别的切片。一个网络切片(Network Slice)可以是在整个PLMN下可用的,也可以是在一个PLMN下的某个/几个TA下可用。在运营商的一个PLMN网络中,不一定整张网络都支持相同的网络切片集合(Network Slice set),也就是说,运营商可以根据不同的区域,甚至单点gNodeB划分不同的网络切片集合。

5G网络共享挑战

我们从网络部署整个过程来分析共享共建的难点,分五个阶段。

-网络规划阶段:由于各个运营商建网目标不一致,共享共建导致整个网络规划周期变长。在建网之前就需要协商好整张网的需求和目标,而辅运营商的大部分需求可能会受到限制,同时网络规划很多参数必须多方运营商共同协商配置,只有在规划初期提前筹划统一解决参数分配问题,才能避免在网络实际运营中出现的问题。

-网络建设阶段:由于共享设备不是主流设备,规划研发成本实现比单独建网会高很多,同时建网过程中有很多5G新业务实现困难,并且共享共建易引入插花部署和异厂商,从而导致网络性能下降。

-网络优化阶段:辅运营商的优化流程受到主运营商的约束,若各个运营商优化目标和方向不一致,需要主动向主运营商申请优化,反馈周期长优化效率低。

-运维管理阶段:运维人员需要熟悉各个运营商的运维策略和能力,熟悉多套运营商的参数配置和维护,运维过程中涉及人员沟通,协商解决问题等都需要花费比单独运维更长的周期,运维操作更繁琐,同时主运营商为了自身利益可能会在突发情况下优先保障自己。

-长期演进过程中:辅运营商频谱重耕时,可能由于异厂商导致CA和负荷均衡无法实现。

5G的到来打破了以前谁拥有了网络优势,谁就主导了市场地位的传统,越来越多的运营商正在关注网络共享共建。全球5G网络建设才刚刚开始,5G网络共享仍处于摸索阶段。中兴通讯致力于打造5G核心技术能力,帮助运营商分析和解决5G网络共享需求,提供合理定制化的共享策略。