什么叫5G动态频谱共享?

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什么叫4G/5G动态频谱共享?

为什么需要4G/5G动态频谱共享?

动态频谱共享如何部署?

动态频谱共享背后的原理是什么?

什么叫动态频谱共享?

动态频谱共享(DSS,Dynamic Spectrum Sharing),就是允许4G LTE和5G NR共享相同的频谱,并将时频资源动态分配给4G和5G用户。

什么叫5G动态频谱共享?

频谱共享可以通过静态和动态两种方式实现。

静态频谱共享,指在同一频段内为不同制式的技术(比如4G和5G)分别提供专用的载波。这种方式“简单透明”,但频谱利用率较低。

动态频谱共享,指在同一频段内为不同制式的技术动态、灵活的分配频谱资源。这种方式可提升频谱效率,且利于4G和5G之间平滑演进。

为什么需要动态频谱共享?

1)利用低频段实现5G广覆盖

5G频段更高,单站覆盖距离小,难以在短时间内实现连续的5G广覆盖。5G频段更高,信号穿透能力较弱,即使在密集城区,5G信号也难以渗透入室内场景。

而目前的低频段频谱资源几乎都被2/3/4G占据,且由于2/3/4G,尤其是4G,将与5G长期共存,又无法全部重耕这些优质的低频段资源。

动态频谱共享技术可动态共享4G优质低频资源,快速实现5G广覆盖和深度覆盖。

2)利于4G向5G平滑演进,降低5G投资成本

行业也可从优质的4G低频资源中分割出一段给5G重耕使用,但这种“一刀切”的办法可能会导致4G网络拥塞。

更麻烦的是,从4G低频段分割出一段频谱给5G使用后,还需新建5G基站。由于早期5G用户并不太多,低频段主要覆盖的农村场景的5G用户更少,这可能会导致5G投资浪费。

采用动态频谱共享技术后,既可利旧4G的低频段资源和基站,也可实现4G向5G平滑演进,可大幅降低5G投资成本。

在5G发展早期,4G用户多,5G用户很少,可以动态的分配更多频谱资源给4G用户。在5G发展中期,5G用户越来越多,那就为5G用户多分配一些频谱资源。最后,所有的4G用户都转为5G了,那就将整段频谱资源给5G用。

3)利于实现SA组网

众所周知,5G有两种组网方式:NSA和SA。NSA通过4G和5G双连接(DC)的方式将5G基站锚定于4G,并沿用4G核心网;而SA组网断了与4G之间的瓜葛,从核心网到接入网都采用全新的5G技术。

NSA组网利用现有的4G网络规模引入5G NR,利于运营商快速推出5G,抢占市场。但NSA组网依然是4G生态的延续,主要针对eMBB场景和2C消费者市场。

而SA组网才是5G的重头戏,可使能丰富多彩的2B垂直行业应用,为运营商增加收入来源。为此,全球领先运营商都在积极筹备5G SA。

但由于SA组网不再依托于4G网络规模,需从头开始部署一张完整的、广覆盖的5G网络,考虑5G频段更高,单站覆盖范围更小,这意味着网络投资更大。

采用动态频谱共享技术后,利用4G低频段,可快速实现5G SA广覆盖。

4)利于支持5G载波聚合

如上所述,4G低频段和5G中频段之间的“结合”叫双连接,这种“结合”在性能上要低于载波聚合。

比如,载波聚合仅需一条上行链路,而双连接需要两条上行链路,会导致3dB的覆盖损耗。

采用动态频谱共享后,将4G低频段动态给5G用,可在FDD低频段和TDD中频段之间实现5G载波聚合,实现性能最大化。

动态频谱共享如何部署?

利旧RRU和天线

传统网络部署方式需新增5G BBU、RRU和天线,而动态频谱共享可利旧现有4G网络的频段、RRU和天线,理论上讲,只需更换或添加BBU单元即可快速将4G网络升级到5G。

更换BBU或新增BBU单元

在基带部分,动态共享频谱有两种部署方式:一种是在原有4G BBU的基础上新增5G BBU或基带板,两者之间通过厂家的专用接口快速调度;一种是用共享4G和5G的BBU替换原来的4G BBU。

注意,专用接口是厂家独有的,非开放的。这意味着动态频谱共享部署绑定于单一厂商,不支持多供应商部署。

动态频谱共享实现原理

5G NR物理层设计与4G LTE具有相似之处,这是4G和5G之间实现动态频谱共享的基础。在相同的子载波间隔和相似的时域结构下,4G和5G之间动态频谱共享可行。

众所周知,手机使用导频信号(比如CRS,公共参考信号)来建立公共参考以与网络同步。导频和同步信号对于手机接入网络和与网络保持通信至关重要。

动态频谱共享技术的基本思想就是,在LTE子帧中调度NR用户,同时确保用于同步和下行链路测量的参考信号不会发生冲突,不会对LTE用户产生任何影响。

具体的说,实现动态频谱共享技术的关键点是:

1)确保5G NR的参考信号(SSB或DMRS)与LTE的参考信号(CRS)在时频资源分配上不会发生冲突。

2)在两者不发生冲突的前提下,将5G NR信号插入LTE子帧。

那两者之间怎样才不会发生冲突呢?

以动适静!

在“静”方面,4G LTE的所有信道的时频资源是固定分配的。LTE的参考信号在连续的时频资源中占用特定的位置。

在“动”方面,5G NR定义了各种numerologies,物理层设计灵活可扩展,可根据不同的频段分配为数据信道和同步信道提供不同的子载波间隔。NR参考信号、数据信道、控制信道都具有极高的灵活性,允许进行动态配置。

因此,利用NR物理层的动态灵活性去适配静态的LTE,可避免两种技术之间发生冲突。

具体是怎么实现的呢?

主要有三种技术选项:

1)基于MBSFN

MBSFN,多播-广播单频网络,指在LTE中用于点对多点传输,比如eMBMS多媒体广播多播服务。若子帧用于传输MBSFN时,子帧的前两个OFDM符号用于传输小区参考信号,剩下的12个OFDM符号保留用于eMBMS广播服务,并不能用于其他LTE 用户传输数据。

动态频谱共享技术的思想就是“鸠占鹊巢”,在这些保留的OFDM符号插入5G NR信号,而不是eMBMS广播服务,这样就避免了与LTE冲突。

2)基于mini-slot

mini-slot机制允许符号置于NR任何时隙,它与帧结构没有固定关系,可不受帧结构限制直接调度。其通过缩短持续时间来“压缩” 5G同步符号(SSB符号),可避免LTE CRS符号,可调度空闲符号用于NR传输。

但mini-slot机制主要用于超低时延的URLLC场景,不适合eMBB大带宽场景。

3)基于速率匹配

即基于在非MBSFN子帧中的CRS速率匹配,常用于NR数据信道。其通过UE执行LTE CRS使用的RE打孔,以便NR调度程序知道哪些RE不可用于在PDSCH上进行NR数据调度。该选项的实现可以是RB级的,也可以是RE级的。

从原理上看,在动态频谱共享技术下,由于4G信令和5G信令共存,会带来一定的信道容量损失。容量损失的大小考验设备商的解决方案。

此外,动态频谱共享的实现粒度也是衡量设备商解决方案的标尺之一。由于动态频谱共享需跨越两个不同制式的网络来实现调度,调度程序是大脑,这个大脑至关重要,需在1-100ms之间的粒度范围内响应不断变化的流量需求。粒度越小,性能越好。

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