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這是中國運營商為全球5G發展貢獻的中國式創新樣板,為國際同行打開瞭5G發展新思路。

還有一周時間,2020年就將翻篇。這是充滿挑戰與壓力的一年,也是充滿速度和創新的一年。

這一年,雖然經歷新冠肺炎疫情這隻巨大的“黑天鵝”,但是為瞭加快新基建進程,國內電信運營商克服重重困難,調高5G建設目標、加快5G建設速度,目前已建成全球最大5G網絡,基站數量超70萬個,全球占比近7成。

不僅於此,中國運營商還為全球同行樹立瞭創新樣板,中國電信、中國聯通積極探索並率先在全球TOP10運營商之間全面開展5G網絡共建共享,一舉破解瞭投入、頻率等資源受限和技術、管理等系列難題,高效、快速建成瞭一張覆蓋廣、網速快、感知好的高品質5G網絡。雙方合作一年來,已累計開通35萬個5G站點,為全球最大的共建共享5G網絡,僅建網投資就節省600多億元。

如此規模巨大、成效顯著的共建共享,在全球范圍內絕無僅有,為其他運營商的5G網絡建設提供瞭新思路、新方案、新模板。前不久,中國電信與中國聯通聯合申報的“5G共建共享關鍵技術研究與產業化應用”項目獲得2020年度“中國通信學會科學技術獎”一等獎,這是對共建共享中國式創新的高度認可。

“卻顧所來徑,蒼蒼橫翠微!”

共建共享中國式創新一路走來卻是非常不易。從推動5G NSA共享,到共享網絡下NSA向SA演進,還有解決5G共建共享環境下網絡建設運維等方面各種難題,這些事情從來沒有運營商做過,沒有成功經驗可以借鑒,中國電信和中國聯通的技術人員攻克瞭一個又一個難關,成功實現“一張物理網、兩張邏輯網、4G/5G高效協同、獨立運營”的目標。

01 挑戰不可能完成的任務

“2018年規模試驗,2019年預商用,2020年規模商用”,一直以來,我國5G發展按照這“三步走”戰略在穩步推進。一直到2019年上半年,仍保持著這樣的節奏。

不料在2019年上半年,韓國運營商和美國運營商之間掀起瞭“全球5G第一商用”爭奪戰,爭相在這一年4月份推出5G規模商用服務,比之前預計時間大大提前。

在美韓5G商用進程提速的情況下,身處全球5G發展第一陣營的我國也加快瞭步調。2019年6月6日,我國發放5G牌照,意味著5G大門正式打開,這比之前業界預期的時間早瞭半年至一年。

此時,因為5G NSA相比5G SA技術標準凍結的時間更早、產業鏈相對更為成熟,所以全球運營商都是在部署發展5G NSA,我國運營商也在大力推動5G NSA建設。

但5G建設的難度眾所周知,可以用“三個3”來概括:5G基站密度約是4G基站的3倍;5G基站單站的耗電量約為4G基站的3倍;單基站建設成本約是4G的3倍。

為破解5G巨大投資帶來的巨大難題,共建共享被提上日程,希望能降低運營商5G投資和運行維護成本,並且快速實現5G網絡覆蓋。

但在5G NSA條件下,想要共建共享,難度非一般大,從來沒有運營商進行NSA共建共享。在不少業界人士看來,這幾乎是不可能完成的任務。

“5G NSA,是基於4G網絡做熱點載波,NSA的控制邏輯其實是沿用4G”,中國電信技術專傢陳建剛表示。換而言之,5G NSA依賴4G核心網(4G EPC),所有的調度、控制等等都依靠4G EPC。

5G NSA條件下共建共享之所以難度很高,因為在保障雙方運營商的4G用戶體驗以及運維操作方面都遇到非常大的壓力。

要知道,中國電信和中國聯通的用戶體量都非常龐大,兩傢運營商的4G用戶規模加在一起超過5億。一旦因為NSA共建共享導致雙方4G用戶體驗下降,無疑是場災難。而且,要實現“不換卡、不換號”同時接入共享5G網絡,和雙方話音承載不同方案的兼容等方面都存在難題。NSA環境下,打電話會優先到原來各自的4G網,電信優先到電信4G VoLTE上,聯通優先到聯通4G VoLTE及3G UMTS上,雖然雙方共用NSA基站,但是語音通話時,兩邊存在不同的語音回落、觸發、尋址等操作。

如果是在SA階段,共建共享難度則會小很多。5G SA有自己的核心網(5GC),無需考慮與4G緊耦合,也不會對4G用戶使用體驗帶來風險。所以,當初業界共識是在SA階段開展5G共建共享。

NSA和SA 制圖:IT時報

隻是SA產業鏈成熟度一直落後,而我國加快5G發展的號角已經吹響,為瞭快速推進我國5G建設,中國電信和中國聯通向難而行,面對著5G NSA共建共享存在的巨大的困難和風險,雙方下定決心要完成“這一不可能完成的任務”。

02 全球首創NSA共享 將不可能變成現實

2019年9月9日,中國電信和中國聯通簽署瞭5G網絡共建共享框架協議,約定在5G全生命周期、全網范圍內共建共享一張5G精品網。

兩傢運營商的項目團隊在沒有成功經驗和案例可借鑒的情況下,開始瞭共建共享研究探索,首先要攻克的難題就是,在NSA環境下實現共建共享。

當時團隊研究瞭不少方案,主要有接入網共享、異網漫遊等,經過各場景測試,最終雙方選擇瞭接入網共享方案。

在移動通信網絡架構中,大致上可以分為接入網、承載網、核心網等部分。接入網共享,或者叫基站共享,兩傢運營商共享同一個物理基站,該基站雙上聯接入各自的核心網。同時,雙方的承載網通過技術手段進行共享互通。

“在接入網共享方案中,核心網設備、計費等等都是獨立的,這樣在技術邏輯上實現雙方4G用戶基本不會受到5G NSA的影響,也可以保證用戶不換卡、不換號就能用上5G。”陳建剛表示。

總體路線雖然確定,但在實際中,不同地方甚至是同一地方的不同區域,網絡環境千差萬別。兩傢運營商在充分考慮雙方4G現網頻率策略、網絡負荷、現網廠商等差異,綜合考慮用戶體驗、實施速度、建設投資、維護難度等因素,創新性采用瞭雙錨點、單錨點共享載波、單錨點獨立載波等技術措施,因地制宜,根據不同地方不同環境,共建共享5G NSA網絡,滿足不同業務場景的需求。

前文提及,NSA依附4G,它一定要“錨”住4G某個載波,比如1.8GHz,才能和4G其他頻率(比如2.1GHz、800Mhz)進行互操作。換而言之,兩傢運營商的NSA共享基站,要“錨定”4G基站,才能為用戶提供服務。

所謂雙錨點,就是雙方的4G基站都做錨點,錨定同一個5G基站。兩傢運營商分別管理自己的錨點,錨點之間不共享,隻共享5G基站。這樣做的好處是,在對4G改造較小的情況下,快速實現5G網絡共建共享,但不足之處在於“要求太高”,需要兩傢運營商使用的4G基站都是同廠商。而NSA單錨點方案則適用合作雙方4G基站不同廠傢的區域,適用的范圍更加廣泛,通過對現有4G改造或者新建4G錨點,實現4G和5G基站均共享。

在技術人員的努力之下,雙方技術人員攜手攻克瞭NSA共建共享關鍵技術,將“不可能”變成瞭“可能”。中國電信和中國聯通創新地采用接入網共享,核心網獨立建設,雙方各擁有一張邏輯上端到端可管可控的5G網絡,支持用戶不換卡、不換號同時接入共享5G網絡。

現在,雙方共建共享數十萬個5G基站,鍛造瞭一張高品質5G網絡,4G用戶體驗也沒受到影響。“我們做完以後,不少國外運營商來我們這裡學習。”陳建剛說道。

03 成功向5G SA共享演進

解決運維難題

隻有SA才能發揮出5G的全部“武功”,從NSA向SA演進,是全球運營商的共識。

但是如何從NSA演進到SA呢?

在沒有開始實施NSA共建共享之前,中國電信曾考慮利用雙模基站方式來解決NSA向SA過渡的問題。所謂雙模基站,就是同時支持SA和NSA兩種模式。後來由於在NSA階段開展共建共享,再利用雙模站方式向SA演進已經“不合時宜”。

此時采用雙模基站,網絡架構和網絡調度會變得極其復雜。通俗來講,1個5G基站會被4個“腦袋”(核心網,包括雙方的5G核心網、4G核心網等)指揮調度,同時24條“腿”要不停地忙著跑(基站間互操作關系多達24個)。

在此模式下,尋址、接續、控制、調度過程將非常復雜,網絡優化、切換參數也是異常復雜,基本無法維護,用戶體驗更是難以保證。就好比有一位士兵(基站)操演,要接受四位軍官(核心網)指揮,自己還被要求完成多達24套動作,難度可想而知。

如果過渡期解決不好,一方面會導致部分5G用戶無法有效體驗SA網絡,另一方面不利於SA用戶發展,SA用戶規模上不去,導致SA網絡閑置。

經過探索研究,中國電信和中國聯通破解瞭這道難題,采用雙模終端手機自適應NSA/SA網絡的演進技術,包括終端自適應網絡的企業標準、邊界幹擾控制技術、分區協同技術的應用,成功地解決瞭共享的NSA向SA演進的路徑問題,並在今年11月全球首發SA商用。

所謂終端自適應網絡技術,就是在NSA覆蓋區域內, NSA+SA雙模手機自適應判斷網絡制式使用NSA模式。在NSA覆蓋區域外,采用SA網絡進行組網,雙模手機可自適應網絡使用SA模式。“手機根據網絡情況自己適應,沒有必要全網開成雙模站。”陳建剛說道。

終端自適應網絡方式能夠普及推廣,不僅是運營商努力,更是產業鏈的整體推動。目前,支持終端自適應網絡功能的手機終端在百款左右,很多新機在發佈時就已支持,已上市的一些手機也支持OTA方式升級。

在中國電信、中國聯通雙方共同運營一張網絡的過程中,同時還面臨著共享網絡邊界問題、異頻切換問題、雙方網絡的優化參數和差異等諸多問題。雙方項目團隊通過一些針對性的研究,系列化的創新解決方案,保障瞭網絡的運行質量和雙方業務、用戶的感知一致。

中國電信和中國聯通攜手開展的5G共建共享不僅是中國的重大創新,也是世界的重大創新,這對全球5G發展都極具意義。

作者/IT時報記者 錢立富

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