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      什么叫5G動態頻譜共享?

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      前言:動態頻譜共享(DSS,Dynamic Spectrum Sharing),就是允許4G LTE和5G NR共享相同的頻譜,并將時頻資源動態分配給4G和5G用戶。

      什么叫4G/5G動態頻譜共享?

      為什么需要4G/5G動態頻譜共享?

      動態頻譜共享如何部署?

      動態頻譜共享背后的原理是什么?

      什么叫動態頻譜共享?

      動態頻譜共享(DSS,Dynamic Spectrum Sharing),就是允許4G LTE和5G NR共享相同的頻譜,并將時頻資源動態分配給4G和5G用戶。

      什么叫5G動態頻譜共享?

      頻譜共享可以通過靜態和動態兩種方式實現。

      靜態頻譜共享,指在同一頻段內為不同制式的技術(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。

      動態頻譜共享,指在同一頻段內為不同制式的技術動態、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。

      為什么需要動態頻譜共享?

      1)利用低頻段實現5G廣覆蓋

      5G頻段更高,單站覆蓋距離小,難以在短時間內實現連續的5G廣覆蓋。5G頻段更高,信號穿透能力較弱,即使在密集城區,5G信號也難以滲透入室內場景。

      而目前的低頻段頻譜資源幾乎都被2/3/4G占據,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質的低頻段資源。

      動態頻譜共享技術可動態共享4G優質低頻資源,快速實現5G廣覆蓋和深度覆蓋。

      2)利于4G向5G平滑演進,降低5G投資成本

      行業也可從優質的4G低頻資源中分割出一段給5G重耕使用,但這種“一刀切”的辦法可能會導致4G網絡擁塞。

      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村場景的5G用戶更少,這可能會導致5G投資浪費。

      采用動態頻譜共享技術后,既可利舊4G的低頻段資源和基站,也可實現4G向5G平滑演進,可大幅降低5G投資成本。

      在5G發展早期,4G用戶多,5G用戶很少,可以動態的分配更多頻譜資源給4G用戶。在5G發展中期,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用戶都轉為5G了,那就將整段頻譜資源給5G用。

      3)利于實現SA組網

      眾所周知,5G有兩種組網方式: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;而SA組網斷了與4G之間的瓜葛,從核心網到接入網都采用全新的5G技術。

      NSA組網利用現有的4G網絡規模引入5G NR,利于運營商快速推出5G,搶占市場。但NSA組網依然是4G生態的延續,主要針對eMBB場景和2C消費者市場。

      而SA組網才是5G的重頭戲,可使能豐富多彩的2B垂直行業應用,為運營商增加收入來源。為此,全球領先運營商都在積極籌備5G SA。

      但由于SA組網不再依托于4G網絡規模,需從頭開始部署一張完整的、廣覆蓋的5G網絡,考慮5G頻段更高,單站覆蓋范圍更小,這意味著網絡投資更大。

      采用動態頻譜共享技術后,利用4G低頻段,可快速實現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“結合”叫雙連接,這種“結合”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,會導致3dB的覆蓋損耗。

      采用動態頻譜共享后,將4G低頻段動態給5G用,可在FDD低頻段和TDD中頻段之間實現5G載波聚合,實現性能最大化。

      動態頻譜共享如何部署?

      利舊RRU和天線

      傳統網絡部署方式需新增5G BBU、RRU和天線,而動態頻譜共享可利舊現有4G網絡的頻段、RRU和天線,理論上講,只需更換或添加BBU單元即可快速將4G網絡升級到5G。

      更換BBU或新增BBU單元

      在基帶部分,動態共享頻譜有兩種部署方式:一種是在原有4G BBU的基礎上新增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,專用接口是廠家獨有的,非開放的。這意味著動態頻譜共享部署綁定于單一廠商,不支持多供應商部署。

      動態頻譜共享實現原理

      5G NR物理層設計與4G LTE具有相似之處,這是4G和5G之間實現動態頻譜共享的基礎。在相同的子載波間隔和相似的時域結構下,4G和5G之間動態頻譜共享可行。

      眾所周知,手機使用導頻信號(比如CRS,公共參考信號)來建立公共參考以與網絡同步。導頻和同步信號對于手機接入網絡和與網絡保持通信至關重要。

      動態頻譜共享技術的基本思想就是,在LTE子幀中調度NR用戶,同時確保用于同步和下行鏈路測量的參考信號不會發生沖突,不會對LTE用戶產生任何影響。

      具體的說,實現動態頻譜共享技術的關鍵點是:

      1)確保5G NR的參考信號(SSB或DMRS)與LTE的參考信號(CRS)在時頻資源分配上不會發生沖突。

      2)在兩者不發生沖突的前提下,將5G NR信號插入LTE子幀。

      那兩者之間怎樣才不會發生沖突呢?

      以動適靜!

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

      在“動”方面,5G NR定義了各種numerologies,物理層設計靈活可擴展,可根據不同的頻段分配為數據信道和同步信道提供不同的子載波間隔。NR參考信號、數據信道、控制信道都具有極高的靈活性,允許進行動態配置。

      因此,利用NR物理層的動態靈活性去適配靜態的LTE,可避免兩種技術之間發生沖突。

      具體是怎么實現的呢?

      主要有三種技術選項:

      1)基于MBSFN

      MBSFN,多播-廣播單頻網絡,指在LTE中用于點對多點傳輸,比如eMBMS多媒體廣播多播服務。若子幀用于傳輸MBSFN時,子幀的前兩個OFDM符號用于傳輸小區參考信號,剩下的12個OFDM符號保留用于eMBMS廣播服務,并不能用于其他LTE 用戶傳輸數據。

      動態頻譜共享技術的思想就是“鳩占鵲巢”,在這些保留的OFDM符號插入5G NR信號,而不是eMBMS廣播服務,這樣就避免了與LTE沖突。

      2)基于mini-slot

      mini-slot機制允許符號置于NR任何時隙,它與幀結構沒有固定關系,可不受幀結構限制直接調度。其通過縮短持續時間來“壓縮” 5G同步符號(SSB符號),可避免LTE CRS符號,可調度空閑符號用于NR傳輸。

      但mini-slot機制主要用于超低時延的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數據信道。其通過UE執行LTE CRS使用的RE打孔,以便NR調度程序知道哪些RE不可用于在PDSCH上進行NR數據調度。該選項的實現可以是RB級的,也可以是RE級的。

      從原理上看,在動態頻譜共享技術下,由于4G信令和5G信令共存,會帶來一定的信道容量損失。容量損失的大小考驗設備商的解決方案。

      此外,動態頻譜共享的實現粒度也是衡量設備商解決方案的標尺之一。由于動態頻譜共享需跨越兩個不同制式的網絡來實現調度,調度程序是大腦,這個大腦至關重要,需在1-100ms之間的粒度范圍內響應不斷變化的流量需求。粒度越小,性能越好。

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