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5G网络如何实现共建共享?

www.cechina.cn2021.02.03阅读 1346

  近日,广电和移动的5G网络共建共享协议签订,700M这个“黄金频段”的建设方式终于尘埃落定。
  早在一年多前,中国电信和联通就已决定5G共建共享,共同建设3.5GHz网络,充分发挥双方在该频段上大带宽的优势。

  至此,中国4家运营商在5G网络建设中已形成了两大阵营。
  电信和联通拥有中频3.5GHz 200M带宽,加上2.1G  45M带宽;移动和广电则拥有700MHz上30M带宽,以及2.6GHz上的160M带宽和4.9GHz上的160M带宽,高中低频配齐。
  下文,蜉蝣君将解析共建共享背后的原理。
  什么是网络共享?
  通常来说,通信设备硬件本身的价格不便宜,再加上站点建设施工www.cechina.cn,后续的的运营维护,对运营商而言更是投入巨大,花钱如流水,赚钱如抽丝。
  这不4G刚建了没几年,当初的投资初见成效,现在又面临5G网络建设的大笔支出,并且5G的杀手级应用还有待探索,投资回报率不明。
  因此,越来越多的运营商考虑使用“网络共享”的方式来建网,几家共享网络基础设施,分摊成本,快速提供服务,互惠互利,抱团取暖!
  网络共享是怎么做到共享基站的呢?要知道网络共享只是共享网络,不是共享用户,肯定要做到用户无感知。那么问题来了,手机又怎么区分各个运营商的网络呢?
  这一切都要从PLMN说起。
  PLMN的全称是Public Land Mobile Network,也就是公共陆地移动网络,说人话就是由基站,核心网等设备组成的,能让手机打电话,上网的网络。
  PLMN由移动国家码(MCC,Mobile Country Code)和移动网络码(MNC,Mobile Network Code)这两部分组成。一组MCC+MNC就唯一标识了一张网络。中国的移动国家码是460,移动网络码为两位数字,从00开始。
  举例来说,中国移动的移动网络码有两个,是00和02。中国联通的是01,中国电信的是03。用46001这五位数字就能在全球唯一标识中国联通的网络了。
  由此可见,手机要识别哪家的网络,最关键的就是识别PLMN。因此要提供服务,每个小区都必须不断地广播PLMN号,让手机接入正确的无线网络,再连接到对应的核心网和提供服务。
  想象一下,如果联通用户试图接入电信的网络,如果没有漫游的话,唯一的结果就是鉴权不通过,被判定为非法用户CONTROL ENGINEERING China版权所有,拒绝接入。

  网络共享的实现方式
  根据共享程度的不同,网络共享分为以下5种:漫游,站址共享,MORAN,MOCN和GWCN这五种方式。
  第一种:漫游
  在这种方式下,有一个运营商完全没有实体网络,小区,基站,核心网都租用别人的,自己只需要建设用户管理和业务平台就行。

  这种方式虽说不用费劲建网,还可以借助迅速别人的成熟网络迅速开展业务,但是资源的使用优先级必然靠后,没有任何网络自主权。
  因此,漫游通常来说只是权宜之计,建设自己的网络才是掌控命运的不二选择,哪怕是共建共享。
  第二种:站址共享
  在这种方式下,两个运营商只共享物理站址,包括:机房,铁塔,电源,天馈系统等系统。

  在中国,这部分基础设施是由中国铁塔公司负责的,然后提供给三大运营商。也就是说,站址共享是默认支持的。这就是中国铁塔存在的意义:资源共享,减少重复投资。

  第三种:MORAN (Multi-Operator Radio Access Network)
  这种方式的共享比站址共享更近了一步,把无线接入网的主设备——基站也共享了。虽然共享,但是程度还不彻底,只共享基站内部和无线接入资源无关的模块,而最关键的部分:小区和频点,仍然各用各的,各行其是。

  因此,对手机来说,MORAN的表现和不进行共享是一样的,由于各个运营商的小区独立,它们各自在各自的小区广播中发送自身的PLMN编码,手机按自己的网络进行接入即可。
  所以,MORAN的实现比较简单,也不需要标准制定组织3GPP对其进行额外的标准化。
  第四种:MOCN (Multi-Operator Core Network)
  这种方式的共享又比MORAN更近了一步,不但共享了无线接入网的主设备——基站硬件本身,还把基站内部和无线接入资源相关最关键的模块:小区和频点也共享了。也就是说,多个网络共享的运营商将共用小区和频谱。

  那么这个小区到底属于谁呢?这就需要在小区广播中同时发送参与共享的所有运营商的PLMN码,手机按自己的服务网络的PLMN进行接入。这一过程涉及到小区和手机之间的信息交互,因此需要3GPP对其进行标准化。
  于此同时,基站侧同样也要做大量工作:同一小区内的各个运营商之间的资源怎么分配?谁的优先级高?拥塞了怎么处理?这需要多方协商才能确定,是一个比较复杂的过程。

  如上图所示,空口无线资源的分配大体有四种策略:静态分配、半静态分配、资源池以及过盈分配(Overbooking)。
  静态分配:共享的运营商按照固定的比例来分配资源,比如运营商A占60%,运营商B占20%。那如果运营商B的网络拥塞了,而运营商A还有资源空闲了该怎么办?对不起,资源就是这么分的,拥塞了也不能用别人的,就是这么简单粗暴。
  半静态分配:资源总共就那么多,先拿出一部分作为共享资源大家一起用,剩下的还是按照固定的比例来分配,比如运营商A和运营商B各自固定分40%的资源,剩下的20%共享使用,谁的业务多谁先占用。半静态分配比静态分配灵活一些。
  资源池:各运营商完全共享资源,没有任何保留,资源完全是按照业务量的多少,先占先得,用完释放。这种方式虽然灵活,但在实际分配实现上需要充分考虑公平性,避免饿死一家撑死一家这样局面的出现。
  过盈分配(也叫Overbooking):这种分配方式是基于固定分配的。我们再来重新审视这个问题:如果运营商B的网络拥塞了,而运营商A还有资源空闲了该怎么办?
  在固定分配方式下这个问题是无解的,那么我们变通一下,既然你运营商A的资源还有空闲,那么临时让运营商B用一下不是大家都好么?
  也就是说,有一段资源虽然是固定分配的,但在空闲时还可以临时借给别人用,自己要用了可以随时拿回来。
  第五种:GWCN(Gateway Core Network)
  这种方式的共享又比MOCN更近了一步,不但共享了无线接入网的主设备——基站硬件和无线接入资源相关最关键的模块:小区和频点,连核心网的部分网元也共享了。

  对于无线侧来说,GWCN的表现和MOCN一样,都需要考虑基站内部的资源分配和管理问题。对于核心网来说,共享的网元也需要考虑容量的分配,除此之外,作为用户管理的HSS是核心网中的核心,不进行共享,高层的业务平台具体运营商的业务具有差异性,也不进行共享。
  对于MORAN,MOCN和GWCN这三种方式,由于共享了基站设备,必然涉及到容量和性能的规划,参数的修改等问题。既然大家都要网络共享了,这些实际操作上的问题都是在网管上配置的,网管该怎么操作呢?
  这里再引入两个概念,用于对共享的运营商做个区分。通常情况下,实际花钱建设网络,并把网络共享出去的运营商叫做“主建运营商”,而自己不建设网络,租赁别人网络的运营商叫做“租赁运营商”。
  显然,主建运营商作为网络的所有者,理所应当地拥有全部的网管权限,而租赁运营商就只能得到有限的权限,只能修改,查看和自己网络相关的参数。

  或者,为了避免参与共享的运营商相互之间的推诿扯皮,提高网络运维效率,他们还可以共同出资成立一家合资运维公司,负责共享网络的规划,部署,运营和维护,如下图所示。

  上面这些网络共享的模式是通用的,适用于从2G到5G的各种技术。但是在部署5G时,各个运营商在共建共享时,还需要从实际出发CONTROL ENGINEERING China版权所有,制定对双方最有利的策略。
  电信和联通,移动和广电怎样共建共享?
  电信和联通的共建共享
  在2019年9月,中国联通和电信宣布进行共建共享。我们不妨炒炒冷饭,从技术的角度来看看这份协议书上到底说了些什么:
  1、中国联通和电信在全国范围内合作共建一张5G接入网,双方按照划定区域来分区建设。
  2、在各自的5G建设区域内,谁建设,就由谁投资,维护并承担网络运营成本。
  3、双方的5G频谱资源共享。
  4、核心网各自独立建设,不进行共享。
  从这些只言片语中,我们可以大致窥见这张5G接入网的概貌。通过前面介绍的5G网络共享的基本方程式,代入上面4个问题即可得到答案。

  首先,联通和电信两家是分区建设,谁建设,就由谁投资,维护并承担网络运营成本。这一点表明了两家各只需建设一半的5G基站,并互相把自己建设的站点共享给对方,站点的运维全部由主建方代理。
  然后,双方的5G频谱资源共享,核心网独立建设,不进行共享。
  由于联通和电信的5G频谱各有100MHz且紧挨着,且在3.5G频谱上最大的载波带宽就是100MHz,因此采用MOCN的方式建网CONTROL ENGINEERING China版权所有,部署两个共享的100MHz的5G载波。
  移动和广电的共建共享
  时隔一年多,在2021年1月26日,中国广电和中国移动在北京签署“5G战略”合作协议,也正式启动了 700MHz 5G网络的共建共享。
  双方的协议内容总结如下:
  1、双方1:1的出资比例建700MHz网络,双方都有权充分使用。
  2、700MHz网络的传输等承载网由中移动提供,广电有偿付费使用。
  3、5G方面中移动提供2.6GHz,有偿给广电使用。
  4、2G和4G网络,中移动有偿提供给广电使用。
  5、网络运维、优化、巡检、故障处理等等全部由中移动包了www.cechina.cn,广电只出钱就可以了。
  广电出700M频段,出一半700MHz建设费用,其它都不管,有权使用中国移动的全部移动网络,但是需要付费。
  双方的合作协议共10年,分为两个阶段:2021年是第一阶段,后面的2022年到2031年为第二阶段。
  在第一阶段,移动将把自己的2G,4G网络,以及刚刚建成的2.6GHz的5G网络共享给广电,通过漫游共享的方式接入。此时的广电没有网络,相当于虚拟运营商。
  到了第二阶段,700M网络已初步建成,广电和移动通过MOCN的方式进行共享,用来做5G基础覆盖。同时,移动的2.6GHz网络也通过MOCN的方式持续和广电共享。
  也就是说,这个时候广电和移动的5G网络都是由700M和2.6GHz这两个频段组成的,后续还有4.9GHz也可以共建共享,高中低频兼具,覆盖和容量兼顾。
  5G的频段网络建设投资大,周期长,加之联通和电信的频谱接近,移动和广电各取所需,合则两利,斗则俱伤。这两大集团进行5G网络共建共享,对双方而言都十分有利。
  至于吃瓜群众是否能享受到更快的网速和更好的服务,就要看在后面这两大集团能否交上令人满意的答卷了。
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