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什么叫5G動(dòng)態(tài)頻譜共享?

2020-06-03 09:08 網(wǎng)優(yōu)雇傭軍
關(guān)鍵詞:5G頻譜

導(dǎo)讀:動(dòng)態(tài)頻譜共享(DSS,Dynamic Spectrum Sharing),就是允許4G LTE和5G NR共享相同的頻譜,并將時(shí)頻資源動(dòng)態(tài)分配給4G和5G用戶。

什么叫4G/5G動(dòng)態(tài)頻譜共享?

為什么需要4G/5G動(dòng)態(tài)頻譜共享?

動(dòng)態(tài)頻譜共享如何部署?

動(dòng)態(tài)頻譜共享背后的原理是什么?

什么叫動(dòng)態(tài)頻譜共享?

動(dòng)態(tài)頻譜共享(DSS,Dynamic Spectrum Sharing),就是允許4G LTE和5G NR共享相同的頻譜,并將時(shí)頻資源動(dòng)態(tài)分配給4G和5G用戶。

頻譜共享可以通過靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方式實(shí)現(xiàn)。

靜態(tài)頻譜共享,指在同一頻段內(nèi)為不同制式的技術(shù)(比如4G和5G)分別提供專用的載波。這種方式“簡單透明”,但頻譜利用率較低。

動(dòng)態(tài)頻譜共享,指在同一頻段內(nèi)為不同制式的技術(shù)動(dòng)態(tài)、靈活的分配頻譜資源。這種方式可提升頻譜效率,且利于4G和5G之間平滑演進(jìn)。

為什么需要?jiǎng)討B(tài)頻譜共享?

1)利用低頻段實(shí)現(xiàn)5G廣覆蓋

5G頻段更高,單站覆蓋距離小,難以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)的5G廣覆蓋。5G頻段更高,信號(hào)穿透能力較弱,即使在密集城區(qū),5G信號(hào)也難以滲透入室內(nèi)場景。

而目前的低頻段頻譜資源幾乎都被2/3/4G占據(jù),且由于2/3/4G,尤其是4G,將與5G長期共存,又無法全部重耕這些優(yōu)質(zhì)的低頻段資源。

動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)可動(dòng)態(tài)共享4G優(yōu)質(zhì)低頻資源,快速實(shí)現(xiàn)5G廣覆蓋和深度覆蓋。

2)利于4G向5G平滑演進(jìn),降低5G投資成本

行業(yè)也可從優(yōu)質(zhì)的4G低頻資源中分割出一段給5G重耕使用,但這種“一刀切”的辦法可能會(huì)導(dǎo)致4G網(wǎng)絡(luò)擁塞。

更麻煩的是,從4G低頻段分割出一段頻譜給5G使用后,還需新建5G基站。由于早期5G用戶并不太多,低頻段主要覆蓋的農(nóng)村場景的5G用戶更少,這可能會(huì)導(dǎo)致5G投資浪費(fèi)。

采用動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)后,既可利舊4G的低頻段資源和基站,也可實(shí)現(xiàn)4G向5G平滑演進(jìn),可大幅降低5G投資成本。

在5G發(fā)展早期,4G用戶多,5G用戶很少,可以動(dòng)態(tài)的分配更多頻譜資源給4G用戶。在5G發(fā)展中期,5G用戶越來越多,那就為5G用戶多分配一些頻譜資源。最后,所有的4G用戶都轉(zhuǎn)為5G了,那就將整段頻譜資源給5G用。

3)利于實(shí)現(xiàn)SA組網(wǎng)

眾所周知,5G有兩種組網(wǎng)方式:NSA和SA。NSA通過4G和5G雙連接(DC)的方式將5G基站錨定于4G,并沿用4G核心網(wǎng);而SA組網(wǎng)斷了與4G之間的瓜葛,從核心網(wǎng)到接入網(wǎng)都采用全新的5G技術(shù)。

NSA組網(wǎng)利用現(xiàn)有的4G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模引入5G NR,利于運(yùn)營商快速推出5G,搶占市場。但NSA組網(wǎng)依然是4G生態(tài)的延續(xù),主要針對(duì)eMBB場景和2C消費(fèi)者市場。

而SA組網(wǎng)才是5G的重頭戲,可使能豐富多彩的2B垂直行業(yè)應(yīng)用,為運(yùn)營商增加收入來源。為此,全球領(lǐng)先運(yùn)營商都在積極籌備5G SA。

但由于SA組網(wǎng)不再依托于4G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模,需從頭開始部署一張完整的、廣覆蓋的5G網(wǎng)絡(luò),考慮5G頻段更高,單站覆蓋范圍更小,這意味著網(wǎng)絡(luò)投資更大。

采用動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)后,利用4G低頻段,可快速實(shí)現(xiàn)5G SA廣覆蓋。

4)利于支持5G載波聚合

如上所述,4G低頻段和5G中頻段之間的“結(jié)合”叫雙連接,這種“結(jié)合”在性能上要低于載波聚合。

比如,載波聚合僅需一條上行鏈路,而雙連接需要兩條上行鏈路,會(huì)導(dǎo)致3dB的覆蓋損耗。

采用動(dòng)態(tài)頻譜共享后,將4G低頻段動(dòng)態(tài)給5G用,可在FDD低頻段和TDD中頻段之間實(shí)現(xiàn)5G載波聚合,實(shí)現(xiàn)性能最大化。

動(dòng)態(tài)頻譜共享如何部署?

利舊RRU和天線

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)部署方式需新增5G BBU、RRU和天線,而動(dòng)態(tài)頻譜共享可利舊現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)的頻段、RRU和天線,理論上講,只需更換或添加BBU單元即可快速將4G網(wǎng)絡(luò)升級(jí)到5G。

更換BBU或新增BBU單元

在基帶部分,動(dòng)態(tài)共享頻譜有兩種部署方式:一種是在原有4G BBU的基礎(chǔ)上新增5G BBU或基帶板,兩者之間通過廠家的專用接口快速調(diào)度;一種是用共享4G和5G的BBU替換原來的4G BBU。

注意,專用接口是廠家獨(dú)有的,非開放的。這意味著動(dòng)態(tài)頻譜共享部署綁定于單一廠商,不支持多供應(yīng)商部署。

動(dòng)態(tài)頻譜共享實(shí)現(xiàn)原理

5G NR物理層設(shè)計(jì)與4G LTE具有相似之處,這是4G和5G之間實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜共享的基礎(chǔ)。在相同的子載波間隔和相似的時(shí)域結(jié)構(gòu)下,4G和5G之間動(dòng)態(tài)頻譜共享可行。

眾所周知,手機(jī)使用導(dǎo)頻信號(hào)(比如CRS,公共參考信號(hào))來建立公共參考以與網(wǎng)絡(luò)同步。導(dǎo)頻和同步信號(hào)對(duì)于手機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)和與網(wǎng)絡(luò)保持通信至關(guān)重要。

動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)的基本思想就是,在LTE子幀中調(diào)度NR用戶,同時(shí)確保用于同步和下行鏈路測(cè)量的參考信號(hào)不會(huì)發(fā)生沖突,不會(huì)對(duì)LTE用戶產(chǎn)生任何影響。

具體的說,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)是:

1)確保5G NR的參考信號(hào)(SSB或DMRS)與LTE的參考信號(hào)(CRS)在時(shí)頻資源分配上不會(huì)發(fā)生沖突。

2)在兩者不發(fā)生沖突的前提下,將5G NR信號(hào)插入LTE子幀。

那兩者之間怎樣才不會(huì)發(fā)生沖突呢?

以動(dòng)適靜!

在“靜”方面,4G LTE的所有信道的時(shí)頻資源是固定分配的。LTE的參考信號(hào)在連續(xù)的時(shí)頻資源中占用特定的位置。

在“動(dòng)”方面,5G NR定義了各種numerologies,物理層設(shè)計(jì)靈活可擴(kuò)展,可根據(jù)不同的頻段分配為數(shù)據(jù)信道和同步信道提供不同的子載波間隔。NR參考信號(hào)、數(shù)據(jù)信道、控制信道都具有極高的靈活性,允許進(jìn)行動(dòng)態(tài)配置。

因此,利用NR物理層的動(dòng)態(tài)靈活性去適配靜態(tài)的LTE,可避免兩種技術(shù)之間發(fā)生沖突。

具體是怎么實(shí)現(xiàn)的呢?

主要有三種技術(shù)選項(xiàng):

1)基于MBSFN

MBSFN,多播-廣播單頻網(wǎng)絡(luò),指在LTE中用于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)傳輸,比如eMBMS多媒體廣播多播服務(wù)。若子幀用于傳輸MBSFN時(shí),子幀的前兩個(gè)OFDM符號(hào)用于傳輸小區(qū)參考信號(hào),剩下的12個(gè)OFDM符號(hào)保留用于eMBMS廣播服務(wù),并不能用于其他LTE 用戶傳輸數(shù)據(jù)。

動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)的思想就是“鳩占鵲巢”,在這些保留的OFDM符號(hào)插入5G NR信號(hào),而不是eMBMS廣播服務(wù),這樣就避免了與LTE沖突。

2)基于mini-slot

mini-slot機(jī)制允許符號(hào)置于NR任何時(shí)隙,它與幀結(jié)構(gòu)沒有固定關(guān)系,可不受幀結(jié)構(gòu)限制直接調(diào)度。其通過縮短持續(xù)時(shí)間來“壓縮” 5G同步符號(hào)(SSB符號(hào)),可避免LTE CRS符號(hào),可調(diào)度空閑符號(hào)用于NR傳輸。

但mini-slot機(jī)制主要用于超低時(shí)延的URLLC場景,不適合eMBB大帶寬場景。

3)基于速率匹配

即基于在非MBSFN子幀中的CRS速率匹配,常用于NR數(shù)據(jù)信道。其通過UE執(zhí)行LTE CRS使用的RE打孔,以便NR調(diào)度程序知道哪些RE不可用于在PDSCH上進(jìn)行NR數(shù)據(jù)調(diào)度。該選項(xiàng)的實(shí)現(xiàn)可以是RB級(jí)的,也可以是RE級(jí)的。

從原理上看,在動(dòng)態(tài)頻譜共享技術(shù)下,由于4G信令和5G信令共存,會(huì)帶來一定的信道容量損失。容量損失的大小考驗(yàn)設(shè)備商的解決方案。

此外,動(dòng)態(tài)頻譜共享的實(shí)現(xiàn)粒度也是衡量設(shè)備商解決方案的標(biāo)尺之一。由于動(dòng)態(tài)頻譜共享需跨越兩個(gè)不同制式的網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)調(diào)度,調(diào)度程序是大腦,這個(gè)大腦至關(guān)重要,需在1-100ms之間的粒度范圍內(nèi)響應(yīng)不斷變化的流量需求。粒度越小,性能越好。