什么叫4G/5G動態(tài)頻譜共享？

為什么需要4G/5G動態(tài)頻譜共享？

動態(tài)頻譜共享如何部署？

動態(tài)頻譜共享背后的原理是什么？

什么叫動態(tài)頻譜共享？

動態(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，并將時頻資源動態(tài)分配給4G和5G用戶。

頻譜共享可以通過靜態(tài)和動態(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。

動態(tài)頻譜共享，指在同一頻段內(nèi)為不同制式的技術(shù)動態(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)。

為什么需要動態(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，難以在短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)連續(xù)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(qū)，5G信號也難以滲透入室內(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。

動態(tài)頻譜共享技術(shù)可動態(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，這可能會導(dǎo)致5G投資浪費(fèi)。

采用動態(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，會導(dǎo)致3dB的覆蓋損耗。

采用動態(tài)頻譜共享后，將4G低頻段動態(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)升級到5G。

更換BBU或新增BBU單元

在基帶部分，動態(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。

動態(tài)頻譜共享實(shí)現(xiàn)原理

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

眾所周知，手機(jī)使用導(dǎo)頻信號（比如CRS，公共參考信號）來建立公共參考以與網(wǎng)絡(luò)同步。導(dǎo)頻和同步信號對于手機(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，同時確保用于同步和下行鏈路測量的參考信號不會發(fā)生沖突，不會對LTE用戶產(chǎn)生任何影響。

具體的說，實(shí)現(xiàn)動態(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（SSB或DMRS）與LTE的參考信號（CRS）在時頻資源分配上不會發(fā)生沖突。

2）在兩者不發(fā)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(fā)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(xù)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(shè)計靈活可擴(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、數(shù)據(jù)信道、控制信道都具有極高的靈活性，允許進(jìn)行動態(tài)配置。

因此，利用NR物理層的動態(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，子幀的前兩個OFDM符號用于傳輸小區(qū)參考信號，剩下的12個OFDM符號保留用于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符號插入5G NR信號，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)制允許符號置于NR任何時隙，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)時間來“壓縮” 5G同步符號（SSB符號），可避免LTE CRS符號，可調(diào)度空閑符號用于NR傳輸。

但mini-slot機(jī)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(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級的，也可以是RE級的。

從原理上看，在動態(tài)頻譜共享技術(shù)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(yàn)設(shè)備商的解決方案。

此外，動態(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。由于動態(tài)頻譜共享需跨越兩個不同制式的網(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。