深耕4/5G協(xié)同技術(shù)，助力移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)4/5G網(wǎng)絡(luò)協(xié)同發(fā)展

2019年是5G元年，國(guó)際上美、韓及歐洲多國(guó)已實(shí)現(xiàn)5G商用，國(guó)內(nèi)四家運(yùn)營(yíng)商（移動(dòng)、電信、聯(lián)通、廣電）在2019年6月正式獲得了工信部下發(fā)的5G商用牌照，三大運(yùn)營(yíng)商（移動(dòng)、電信、聯(lián)通）也是紛紛加快了國(guó)內(nèi)5G基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)以及部署。

5G已至，但4G仍將在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)在無(wú)線(xiàn)通信中居主導(dǎo)地位。以中國(guó)移動(dòng)為例，4G業(yè)務(wù)量近兩年仍將持續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2021年4G流量將出現(xiàn)拐點(diǎn)，2022年5G用戶(hù)數(shù)可能與4G相當(dāng)，未來(lái)2年國(guó)內(nèi)移動(dòng)通信仍會(huì)以4G為主，因此在發(fā)展5G的同時(shí)如何保持4G網(wǎng)絡(luò)性能是運(yùn)營(yíng)商面臨的重要課題。

來(lái)源：中國(guó)移動(dòng)4.9GHz產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用白皮書(shū)

圖1 中國(guó)移動(dòng)4G/5G DOU及成長(zhǎng)流量發(fā)展預(yù)測(cè)

中國(guó)移動(dòng)作為國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商的龍頭企業(yè)，獲得了2515MHz-2675MHz、4800MHz-4900MHz共260MHz頻率資源。其中4800MHz-4900MHz頻段由于頻率高、產(chǎn)業(yè)不成熟，當(dāng)前不適合大規(guī)模應(yīng)用，因此2515MHz-2675MHz成為中國(guó)移動(dòng)5G的主頻段。

在2515MHz-2675MHz中，并不能全部用于5G，其中2575MHz-2635MHz是中國(guó)移動(dòng)4G現(xiàn)網(wǎng)頻段，已在國(guó)內(nèi)廣泛應(yīng)用，如何協(xié)調(diào)4G、5G的頻率應(yīng)用也是中國(guó)移動(dòng)必須面對(duì)的問(wèn)題。

圖2 中國(guó)移動(dòng)2.6G頻段現(xiàn)狀態(tài)

大唐移動(dòng)針對(duì)中國(guó)移動(dòng)的實(shí)際情況，深入研究2.6G頻段4G、5G共存協(xié)同技術(shù)，利用多種協(xié)同方案，實(shí)現(xiàn)4/5G協(xié)同發(fā)展。

一．NR部署100M， 同時(shí)反向開(kāi)通4G 3D-MIMO，保障4/5G網(wǎng)絡(luò)容量

5G提升系統(tǒng)容量的一個(gè)主要手段是大帶寬，2.6G頻段可實(shí)現(xiàn)單載波100MHz的帶寬傳輸，是LTE的5倍。但中國(guó)移動(dòng)2.6G頻段中間60MHz頻率已用于現(xiàn)網(wǎng)LTE（2575MHz-2635MHz，共3*20MHz載波，見(jiàn)圖2），因此2.6G最大連續(xù)帶寬只有60M，將嚴(yán)重影響5G性能。

在此情況下，LTE向高頻段移頻，使5G實(shí)現(xiàn)100MHz連續(xù)的載波是一種可行的方法。

圖3 5G開(kāi)通100MHz后的頻率狀態(tài)

見(jiàn)上圖所示，LTE向高頻段移頻，5G占用2515MHz-2615MHz頻率，共1*100MHz載波，LTE占用2615MHz-2675MHz頻率，共3*20MHz載波，與當(dāng)前LTE 2.6G頻段的帶寬相等。

上述方案的問(wèn)題在于，現(xiàn)網(wǎng)LTE 2.6G頻段設(shè)備只支持2575MHz-2635MHz，并且對(duì)于高頻段（2655MHz-2675MHz），現(xiàn)網(wǎng)4G終端只有30%支持，種種原因綜合，導(dǎo)致5G分配100MHz帶寬時(shí)，必將影響4G現(xiàn)網(wǎng)的容量。

大唐移動(dòng)據(jù)此提供解決方案，開(kāi)發(fā)了4/5G雙模設(shè)備，在部署的5G基站設(shè)備上，可反向開(kāi)通4G 3D-MIMO功能，共平臺(tái)支持4G和5G。

圖4 4/5G雙模配置示意圖

反向開(kāi)通的3D-MIMO功能，一個(gè)20MHz載波容量提升與原LTE相比，覆蓋率得到提升，容量提升2.5倍以上，因此3D-MIMO 1-2個(gè)載波(2615-2655MHz)可支持原LTE三個(gè)3*20MHz載波的容量，后續(xù)隨著4G終端對(duì)高頻段（2655MHz-2675MHz）滲透率的提高，可進(jìn)一步提高擴(kuò)容能力。

圖5 反向開(kāi)通3D-MIMO與原LTE小區(qū)性能對(duì)比

二．4/5G頻譜共享提升頻譜利用率

在5G初期，5G用戶(hù)數(shù)較少，終端滲透率低，5G載波負(fù)荷較低。對(duì)于一些熱點(diǎn)高負(fù)荷區(qū)域，4G載波的負(fù)荷高，如一些商圈、學(xué)校等，即使用滿(mǎn)了4G載波仍不夠用，高峰期經(jīng)常發(fā)生擁塞現(xiàn)象，影響用戶(hù)感知。據(jù)此，大唐移動(dòng)開(kāi)發(fā)了4/5G頻譜共享功能，實(shí)現(xiàn)4/5G頻率的共享，提升頻譜效率。

圖6 頻譜共享示意圖

從上圖可見(jiàn)，在4G與5G交界處，劃分一段頻率，典型為2575MHz-2615MHz，共40M帶寬，4/5G小區(qū)間通過(guò)信息交互，當(dāng)4G負(fù)荷高時(shí)可以用于4G，5G負(fù)荷高時(shí)可以用于5G。當(dāng)4G、5G負(fù)荷均比較高時(shí)，可根據(jù)運(yùn)營(yíng)商策略，優(yōu)先保證4G 或5G用戶(hù)。5G建網(wǎng)初期4G用戶(hù)容量需求大，建議優(yōu)先保證4G用戶(hù)體驗(yàn)。通過(guò)頻率共享，可使5G總頻譜效率提升超過(guò)20%。

圖7 頻譜共享時(shí)5G頻率效率提升

三．通過(guò)多種方案規(guī)避4/5G間互干擾

5G初期，可能存在部分4G站點(diǎn)無(wú)法退頻的情況，形成4/5G部分頻率（2575-2615MHz）同覆蓋的現(xiàn)象，對(duì)5G形成強(qiáng)干擾，嚴(yán)重影響5G性能。在5G預(yù)商用網(wǎng)中，該情況已經(jīng)出現(xiàn)，嚴(yán)重影響5G的感知。

大唐移動(dòng)從現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用出發(fā)，實(shí)現(xiàn)下行頻率選擇功能及上行IOT干擾規(guī)避功能，避免4/5G形成強(qiáng)的互干擾，影響網(wǎng)絡(luò)性能。

下行頻率選擇

基于用戶(hù)在頻域的信道質(zhì)量進(jìn)行資源優(yōu)先級(jí)排序，優(yōu)先分配傳輸能力好的資源，將用戶(hù)調(diào)度到未受干擾或者干擾較輕的頻率上。通過(guò)用戶(hù)級(jí)頻率選擇，有助于抑制4/5G鄰區(qū)干擾，同時(shí)有利于達(dá)到小區(qū)頻譜效率的最大化。

圖8 上行頻率選擇

上行IOT干擾規(guī)避

5G NR小區(qū)統(tǒng)計(jì)上行頻域干擾測(cè)量結(jié)果，優(yōu)先選擇干擾較低的頻率資源用于上行業(yè)務(wù)傳輸。對(duì)于上行干擾大，超過(guò)規(guī)定門(mén)限的頻率資源，暫時(shí)禁止在其上進(jìn)行業(yè)務(wù)傳輸。當(dāng)再次測(cè)試到這些頻率上的干擾信號(hào)低于門(mén)限時(shí)，重新啟用在該頻率上傳輸上行業(yè)務(wù)。

圖9 上行IOT干擾規(guī)避

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)每次更新?lián)Q代，原有網(wǎng)絡(luò)均會(huì)存在較長(zhǎng)時(shí)間，4/5G網(wǎng)絡(luò)也一樣，因此，4/5G網(wǎng)絡(luò)并存情況下如何使4G、5G網(wǎng)絡(luò)性能均得到提升是個(gè)長(zhǎng)期的研究課題。大唐移動(dòng)除上述功能外，還對(duì)4/5G協(xié)同節(jié)能、4/5G功率共享等特性進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，通過(guò)各種手段促進(jìn)4/5G協(xié)同發(fā)展，為4/5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)性能的穩(wěn)步提升保駕護(hù)航。