5G網絡,該如何實現共建共享?

2020-12-27 通信世界網

什麼是網絡共享?

通常來說,通信設備硬體本身的價格不便宜,再加上站點建設施工,後續的的運營維護,對運營商而言更是投入巨大,花錢如流水,賺錢如抽絲。

下面的幾幅圖來自國內某運營商的基站建設流程。從中可以看出,基站建設可分為規劃設計,配套改造,以及設備安裝開通這三個階段,每個階段都有詳細複雜的流程。

站建設的複雜性及成本之高由此可見一斑。那麼,這這三個階段中,移動通信站點建設處處都要花錢,包含:站點租賃,機房土建,動力和監控等系統的成本甚至遠高於設備本身。

根據產業鏈人士爆料,試商用階段單個5G基站的價格約為50萬-60萬元,5G部署成熟期的單價會降至30萬-40萬元。另外,5G網絡的部署還包括傳輸網、核心網,傳輸網折合到單個基站上的成本約為5萬-10萬元,核心網在部署初期的造價約為1000萬到3000萬元。4G剛建了沒幾年,當初的投資尚未回本,又要面臨5G網絡建設的大筆支出,並且5G的殺手級應用還未出現,投資回報率不明。因此,越來越多的運營商考慮使用「網絡共享」的方式來建網,幾家共享網絡基礎設施,分攤成本,快速提供服務,互惠互利,抱團取暖!

PLMN的故事

網絡共享是怎麼做到共享基站的呢?要知道網絡共享只是共享網絡,不是共享用戶,肯定要做到用戶無感知。那麼問題來了,手機又怎麼區分各個運營商的網絡呢?

這一切都要從PLMN說起。PLMN的全稱是Public Land Mobile Network,也就是公共陸地行動網路,說人話就是由基站,核心網等設備組成的,能讓手機打電話,上網的網絡。PLMN由移動國家碼(MCC,Mobile Country Code)和行動網路碼(MNC,Mobile Network Code)這兩部分組成。一組MCC+MNC就唯一標識了一張網絡。中國的移動國家碼是460,行動網路碼為兩位數字,從00開始。

舉例來說,中國移動的行動網路碼有兩個,是00和02。中國聯通的是01,中國電信的是03。用46001這五位數字就能在全球唯一標識中國聯通的網絡了。由此可見,手機要識別哪家的網絡,最關鍵的就是識別PLMN。因此要提供服務,每個小區都必須不斷地廣播PLMN號,讓手機接入正確的無線網絡,再連接到對應的核心網和提供服務。想像一下,如果聯通用戶試圖接入電信的網絡,如果沒有漫遊的話,唯一的結果就是鑑權不通過,被判定為非法用戶,拒絕接入。

網絡共享的實現方式

根據共享程度的不同,網絡共享分為以下4種:站址共享MORANMOCNGWCN這四種方式。

第一種:站址共享在這種方式下,兩個運營商只共享物理站址,包括:機房,鐵塔,電源,天饋系統等系統。在中國,這部分基礎設施是由中國鐵塔公司負責的,然後提供給三大運營商。也就是說,站址共享是默認支持的。這就是中國鐵塔存在的意義:資源共享,減少重複投資。

第二種:MORAN (Multi-Operator Radio Access Network)

這種方式的共享比站址共享更近了一步,把無線接入網的主設備——基站也共享了。雖然共享,但是程度還不徹底,只共享基站內部和無線接入資源無關的模塊,而最關鍵的部分:小區和頻點,仍然各用各的,各行其是。

因此,對手機來說,MORAN的表現和不進行共享是一樣的,由於各個運營商的小區獨立,它們各自在各自的小區廣播中發送自身的PLMN編碼,手機按自己的網絡進行接入即可。所以,MORAN的實現比較簡單,也不需要標準制定組織3GPP對其進行額外的標準化。

第三種:MOCN (Multi-Operator Core Network)這種方式的共享又比MORAN更近了一步,不但共享了無線接入網的主設備——基站硬體本身,還把基站內部和無線接入資源相關最關鍵的模塊:小區和頻點也共享了。也就是說,多個網絡共享的運營商將共用小區和頻譜。

那麼這個小區到底屬於誰呢?這就需要在小區廣播中同時發送參與共享的所有運營商的PLMN碼,手機按自己的服務網絡的PLMN進行接入。這一過程涉及到小區和手機之間的信息交互,因此需要3GPP對其進行標準化。於此同時,基站側同樣也要做大量工作:同一小區內的各個運營商之間的資源怎麼分配?誰的優先級高?擁塞了怎麼處理?這需要多方協商才能確定,是一個比較複雜的過程。

如上圖所示,空口無線資源的分配大體有四種策略:靜態分配半靜態分配資源池以及過盈分配(Overbooking)

靜態分配:共享的運營商按照固定的比例來分配資源,比如運營商A佔60%,運營商B佔20%。那如果運營商B的網絡擁塞了,而運營商A還有資源空閒了該怎麼辦?對不起,資源就是這麼分的,擁塞了也不能用別人的,就是這麼簡單粗暴。

半靜態分配:資源總共就那麼多,先拿出一部分作為共享資源大家一起用,剩下的還是按照固定的比例來分配,比如運營商A和運營商B各自固定分40%的資源,剩下的20%共享使用,誰的業務多誰先佔用。半靜態分配比靜態分配靈活一些。

資源池:各運營商完全共享資源,沒有任何保留,資源完全是按照業務量的多少,先佔先得,用完釋放。這種方式雖然靈活,但在實際分配實現上需要充分考慮公平性,避免餓死一家撐死一家這樣局面的出現。

過盈分配(也叫Overbooking):這種分配方式是基於固定分配的。我們再來重新審視這個問題:如果運營商B的網絡擁塞了,而運營商A還有資源空閒了該怎麼辦?在固定分配方式下這個問題是無解的,那麼我們變通一下,既然你運營商A的資源還有空閒,那麼臨時讓運營商B用一下不是大家都好麼?也就是說,有一段資源雖然是固定分配的,但在空閒時還可以臨時借給別人用,自己要用了可以隨時拿回來。

第四種:GWCN(Gateway Core Network)這種方式的共享又比MOCN更近了一步,不但共享了無線接入網的主設備——基站硬體和無線接入資源相關最關鍵的模塊:小區和頻點,連核心網的部分網元(MME,SGW,PGW等)也共享了。

對於無線側來說,GWCN的表現和MOCN一樣,都需要考慮基站內部的資源分配和管理問題。對於核心網來說,共享的網元也需要考慮容量的分配,除此之外,作為用戶管理的HSS是核心網中的核心,不進行共享,高層的業務平臺具體運營商的業務具有差異性,也不進行共享。這幾種網絡共享方式的共享程度依次加深,各有優劣,對比情況如下表所示

對於MORAN,MOCN和GWCN這三種方式,由於共享了基站設備,必然涉及到容量和性能的規劃,參數的修改等問題。既然大家都要網絡共享了,這些實際操作上的問題都是在網管上配置的,網管該怎麼操作呢?這裡再引入兩個概念,用於對共享的運營商做個區分。通常情況下,實際花錢建設網絡,並把網絡共享出去的運營商叫做「主建運營商」,而自己不建設網絡,租賃別人網絡的運營商叫做「租賃運營商」。顯然,主建運營商作為網絡的所有者,理所應當地擁有全部的網管權限,而租賃運營商就只能得到有限的權限,只能修改,查看和自己網絡相關的參數。

或者,為了避免參與共享的運營商相互之間的推諉扯皮,提高網絡運維效率,他們還可以共同出資成立一家合資運維公司,負責共享網絡的規劃,部署,運營和維護,如下圖所示。

上面這些網絡共享的模式是通用的,適用於從2G到5G的各種技術。但是在部署5G時,還需要考慮一些特殊的因素。

第一點:5G部署的模式是NSA還是SA?由於5G NSA組網和4G具有耦合性,要求和4G網絡的設備同廠家。那麼,如果兩個運營商想用NSA的方式共建5G網絡,但它們的4G網絡供應商不是同一家怎麼辦?這個問題是比較棘手的,解決的方法就是主建運營商把4G錨點網絡也共享出來,這樣一來,雖然4G其他頻段還是不同廠家,但最關鍵的錨點網就統一成一家了。

關於語音方案,到底是用CSFB還是VoLTE?在4G錨點網絡上大家都採用VoLTE當然是最方便的了,但如果要用CSFB的話,涉及到和各運營商各自2G或者3G的交互,網絡優化難度加大。如果採用5G SA方式組網的話,大家和各自4G的網絡交互都是標準流程,也不需要和4G廠家綁定,部署起來相對NSA會簡單一些。

第二點:無線側的CU和DU該怎麼切分?在網絡共享場景下,不同運營商對於基站CU和DU的切分需要保持一致。其中CU的容量被多個運營商共享,DU需要廣播多個PLMN。

第三點:承載網要不要共享?這一點需要根據共享運營商的實際情況而定,主要可分為如下三種方式:共享全部承載,共享部分承載,不共享承載。

如果共享全部承載的話,跨運營商之間的互通在核心層,適合於租賃方承載資源非常缺乏的情況,會帶來額外的核心網互通延遲。如果共享部分承載的話,跨運營商之間的互通將在承載的匯聚層。

這種方式適合於租賃方的承載資源較多的情況,但運營商之間承載網之間的互通節點多,改造波及面較大。

如果不共享承載的話,各個運營商完全使用各自獨立的承載,這種情況下,需要各運營商的承載網絡都要能支持5G的大帶寬低延時需求,傳輸網也都要面臨改造的壓力,網絡共享的意義就主要是基於無線設備投資的節省考慮了。無線網絡共享是一把雙刃劍。

一方面,設備的共享帶來了業務開通成本的大幅下降;另一方面,由於主建運營商和租賃運營商的建網目標不一致,參數配置策略不一致,網絡優化的目標也不一致,加之現網供應商格局的掣肘,導致規劃慢,建設難,運維繁的各種潛在問題。 

聯通和電信的5G網絡該如何共享?

在今年9月9日,中國聯通發布公告,稱和電信籤署《5G網絡共建共享框架合作協議書》我們不妨炒炒冷飯,從技術的角度來看看這份協議書上到底說了些什麼:

1、中國聯通和電信在全國範圍內合作共建一張5G接入網,雙方按照劃定區域來分區建設。

2、在各自的5G建設區域內,誰建設,就由誰投資,維護並承擔網絡運營成本。

3、雙方的5G頻譜資源共享。

4、核心網各自獨立建設,不進行共享。

從這些隻言片語中,我們可以大致窺見這張5G接入網的概貌。通過前面介紹的5G網絡共享的基本方程式,代入上面4個問題即可得到答案。

首先,聯通和電信兩家是分區建設,誰建設,就由誰投資,維護並承擔網絡運營成本。這一點表明了兩家各只需建設一半的5G基站,並互相把自己建設的站點共享給對方,站點的運維全部由主建方代理。

然後,雙方的5G頻譜資源共享,核心網獨立建設,不進行共享。由於聯通和電信的5G頻譜各有100MHz且緊挨著,且在3.5G頻譜上最大的載波帶寬就是100MHz,因此雙方大概率會採用MOCN的方式建網,部署兩個共享的100MHz的5G載波。對於單個終端來說,理論上通過載波聚合,可以最多同時使用200MHz的帶寬,達到約3Gbps的峰值速率。

在11月初舉辦的2019年中國國際信息通信展覽會上,中國聯通董事長王曉初透露,中國聯通與中國電信正共同打造全球首張5G共建共享網,通過共建共享,實現覆蓋翻倍、速率翻倍、服務更優,客戶可以享受到更大帶寬、更高速率、更廣覆蓋的5G網絡服務。

目前雙方已在24省市開通5G共建共享基站,以速率為例,最新的測試數據顯示,共建共享的5G網絡峰值速率可達2.5Gpbs,是全球5G現網中測得的最高速率。

「5G商用,網絡是基礎。」中國電信董事長柯瑞文也表示,電信和聯通共同推進的5G共建共享目前已完成階段性任務。

5G頻段高,覆蓋範圍小,投資大,建設周期長,加之聯通和電信的頻譜接近,合則兩利,鬥則俱傷。此次中國聯通和中國電信的5G網絡共建共享,對雙方而言都十分有利。

至於吃瓜群眾是否能享受到更快的網速和更好的服務,就要看在2020年這兩家紅藍CP能否交上令人滿意的答卷了。


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