Magic Radio弹性网络技术，助力运营商频谱重耕

无线通信系统的频率使用与困境

　　1991年，GSM网络诞生，移动通信行业开始进入数字移动蜂窝时代，GSM在全球主要使用900MHz和1800MHz频段。2003年，UMTS网络萌芽，WCDMA在全球主要使用2100MHz频段。2009年，LTE网络首发，除DD频段和2600MHz频段外，目前，全球一半左右的LTE网络部署于1800MHz频段。根据各大运营商规划，5G移动通信将在2020年开始商用。

　　随着通信系统的不断发展和逐步部署，可用于移动通信的6GHz以下频谱资源已经非常稀缺。依据ITU-R WP5D对2020年IMT频谱需求的预测，2020年全球频谱需求平均总量为1340~1960MHz，中国2020年频谱需求总量为1490~1810MHz。目前，我国IMT系统为运营商已规划的IMT频谱总计687MHz。可预见，到2020年，中国还将有至少800MHz的频谱缺口。

　　因此，为了满足未来频谱的需求，国际标准化组织一方面在继续探索增强中低频频谱（6GHz以下）利用效率的有效途径，另一方面，也在研究开拓更高频段（6GHz以上）的频谱资源。

频谱重耕的必要性与困难

　　高频段频谱资源拥有频谱资源丰富，天线、器件尺寸小等诸多优点，但高频频谱传播距离太近，穿透、绕射能力非常差的特点，导致高频频谱在移动通信应用中，有一系列的不利因素。

　　一方面终端厂商必须兼顾已有通信网络的频谱，同时，还要支持新的高频频谱，终端本身的设计会更加复杂，成本提高。

　　另一方面，对于运营商来说，高频网络的特点意味着，需要部署更加密集的网络才有可能做到连续覆盖，尤其是对建筑物内部的覆盖。如果完全使用新的高频频谱作为基础覆盖网络的频段，意味着需要极大规模室内分布系统的建设，并对传输配套资源的需求极大，而OPEX也随之大增，使网络的经济性无法保证。

　　因此，对移动通信运营商来说，让低频率频谱的2G/3G频谱继续用于原有网络服务，在新的频谱上部署4G、5G服务是一种并不经济的选择。更不用说2G/3G话务量、用户量和收入都在逐渐萎缩，4G/5G等移动宽带业务将成为运营商收入和利润增长的主要来源和驱动力。

　　事实上，从3G/4G部署初期，利用已有频谱部署新的网络已经成为运营商的主要选择之一。在4G网络部署中，1800MHz频段更是成为运营商大规模部署LTE网络的重点频段。目前，世界上有接近一半的LTE网络运行在1800MHz频段上。

　　所谓频谱重耕（Frequency Refarming），就是将用户群逐渐流失的某种通信网络所占用的频谱迁移出来，让给采用了更新网络技术的网络使用，尤其是低频段的优质频谱。

　　但频谱重耕并不是简单的关停老网络、开通新网络这么简单，频谱重耕面临更多的技术和社会性问题：

　　●   2G/3G用户以及终端的迁移是一个漫长的过程。我国目前只有2个移动网络经历了关停的全部过程：AMPS（大哥大网络）和PHS网络，他们的关停都经历了数年时间。对最后一批顽固用户，运营商给予了高额的免费换机+优惠资费，才在2001年6月关停了大哥大网络（这已经是GSM商用运营10年以后），2014年10月关停了PHS（俗称小灵通）网络（3G网络开始商用11年以后）。目前，2G网络仍然是全球移动通信的主体，并且在未来10年左右仍将是很多国家的主要网络。因此，短期内全面关停2G网络并不现实。实际上，在中国联通开通4G网络并统一资费套餐后，多省份的2G网络的无线负荷并没有明显下降，3G网络的负荷甚至有所上升。

　　●   频谱重耕的逐渐推进过程中，即使保留了2G/3G网络的一层薄覆盖网络，仍有可能在某些时候形成局部话务热点，导致容量不足，产生拥塞。如何更好地吸收话务、提升用户满意度，是运营商在频谱重耕过程中面临的主要挑战之一。

　　●   在频谱重耕方案中，已重耕区域和未重耕区域一般需要保留一定的隔离带，以避免互相干扰。这给网络规划和频谱重耕的规划带来了额外的难度。

　　针对上述问题，中兴通讯提出频谱重耕理念：基于独有的Magic Radio技术，在1800MHz/2100MHz的黄金频段上构建弹性移动通信网络，对GSM、UMTS、LTE技术按需分配频谱，优先保障2G/3G话务的吸收。Magic Radio技术将帮助运营商顺利度过频谱重耕的过渡期，确保运营商高价值用户的关键业务体验。

Magic Radio1.0：GL1800频谱重耕中的增值利器

　　Magic Radio1.0技术方案聚焦GL频谱重耕过程中的频谱效率提升，通过使用自主知识产权的独创技术，在相同频段内同时部署GSM和LTE时，提升整体频谱效率。该方案包括GSM动态频率共享（DFA）、GSM/LTE负隔离带宽、GSM/LTE动态带宽扩展（DBE）和GSM/LTE协同共谱调度（CSS）等多项自主创新技术。其中，GSM/LTE动态带宽扩展和GSM动态频率共享均为独家支持功能。

　　●   负隔离带获得额外的GSM频点，频谱价值最大化

　　负隔离带技术源于LTE系统设计中的频谱使用原理。在LTE系统设计中，频谱资源并未被系统载波完全利用，而是在两端预留了一些保护带，如20MHz的LTE网络，在频谱两端各有1MHz的保护带。

　　在实践中发现，随着无线系统设备的技术进步，在GSM和LTE系统共存时，GSM系统可以使用LTE系统保护带宽中的大部分频谱，而干扰还可以处在可控范围（LTE灵敏度下降3dB以内），GSM频点和LTE系统工作频带的最小间隔可以小到300kHz。这样，一个20MHz的LTE系统将会有1.4MHz的保护带可以用于部署GSM系统。

　　同理，在LTE的2个频点紧邻部署的时候，LTE系统之间也可以不用保留任何保护带，2个LTE系统的工作频带可以连续部署。

　　●   DBE按需分配频谱，动态调整GL频谱

　　DBE技术的核心特点是GSM频谱分布在LTE频谱两侧，在GSM话务较高时，LTE中心频点不变，但使用的带宽收缩，为GSM节省出频谱资源。如LTE从20MHz收缩到10MHz，将会使GSM多出4个可利用频点，大大增加GSM网络的话务吸收能力。在GSM话务高峰结束后，GSM网络再将这些频点删除，LTE恢复原有的频率使用，如从10MHz LTE又扩展到20MHz LTE。

　　DBE技术的优势在于，虽然LTE系统带宽发生变化，由于LTE中心频点不变，LTE网络配置参数都不需改变，小区也不用删除重建，对正在使用LTE业务的终端完全没有影响。

　　●   CSS共谱调度，完全动态调度LTE和GSM频谱资源

　　GL协同共谱调度实现了LTE与GSM在200kHz的粒度上根据话务量需求，动态调度与分配，在每一个时刻都充分利用所有频谱资源。在GSM话务量高峰时，LTE载波配置不用改变，GSM频点直接配置在LTE工作带宽之内（见图1），LTE系统通过调度器将LTE用户使用的频谱资源与这些在LTE系统频带之内配置的GSM频点互不干扰。CSS能够比DBE更快、更灵活地实现GSM和LTE的频谱动态共享，是RB（LTE系统调度的最小资源块）级共享，频谱利用率最高。

　　●   最大限度利用1.8GHz频谱

　　中国联通在B3频段，也就是GSM1800频段，总计分配到了30MHz频谱，目前，20MHz用于LTE，10MHz用于GSM。

　　随着中国联通LTE业务发展，同时基于市场竞争的需要，中国联通迫切需要提供更高速率的接入服务。在B1频段政策尚未明朗之前，在B3频段提供10MHz+20MHz的LTE载波聚合成为中国联通首选的频谱回收利用方案。但中国联通目前仍有近一半的用户使用GSM网络，GSM网络在可见的时间内不可能退网，中国联通仍需持续提供一定容量的GSM服务。

　　中兴通讯针对中国联通的需求，提出了频谱重耕方案：在1800频段使用负隔离带技术，并将各系统间的隔离带压缩至最低，使得中国联通能够在1800频段提供10M+20MLTE CA服务的同时，还能够在1800频段提供12个GSM频点所需频谱。以此，提供一个基础的GSM1800网络覆盖。

　　该技术方案（见图2）使中国联通在1800频段的30M频谱得到最大化的利用，如果结合中兴通讯DBE技术或CSS技术，将能使中国联通在1800频段提供最大LTE容量能力的同时，提供一个容量灵活的GSM基础覆盖网，有效吸收GSM和LTE两网的话务，为中国联通用户提供最佳网络体验。

Magic Radio2.0：UL2100频谱重耕的粘合剂

　　中兴通讯Magic Radio 2.0专注于UMTS和LTE之间的频谱灵活共享调度，提供多项创新功能：UMTS/LTE零缓冲带同频组网、UMTS/LTE动态带宽扩展以及UMTS/LTE协同共谱调度。几种功能可灵活组合适用多种场景，极大提升频谱效率，改善用户体验。

　　通过压缩UMTS和LTE的频谱保护带宽（UMTS频点占用带宽可压缩到4.2MHz），让相邻的同频点UMTS和LTE小区的实际使用频谱有交错，既有重叠部分，又有不重叠部分，降低彼此之间的干扰，使UMTS和LTE同频混合组网成为可能。

　　对中国联通近期确定获得2100MHz频段的25MHz频谱，Magic Radio2.0技术给出了LTE中心频点不变、兼容1U~4U的弹性组网方案（见图3）。

　　通过这种方案，可以在确保UMTS、DC服务的同时，给中国联通提供弹性使用2100MHz频谱的可能。

　　传统UL同频组网需设置缓冲区，降低干扰。为验证零缓冲区UL同频组网，中兴通讯在联通某地市本地网，对在UMTS频段的UL同频组网方案进行了充分的外场测试。

　　测试结果（见图4）表明，利用频谱压缩、窄带干扰消除、ICIC、PUCCH调度优化等新技术，相对于传统意义的UL同频组网，边缘场景性能的损失较传统缓冲区方案的35%降低至5%，属于完全可以接受的范畴。此次外场试验，验证了在2100MHz频段上进行无缓冲区UL插花组网的现实可行性，为中国联通充分利用2100MHz频谱，构建3G/4G自适应的弹性网络提供了坚实的理论和实践基础。

　　运营商在频谱重耕期间面临复杂的演进问题，包括终端、用户行为习惯的变迁，还面临新业务爆炸性增长对频谱的渴求和频谱资源有限的矛盾。采用Magic Radio技术，构建实时响应用户业务需求的弹性网络，是运营商最大化利用频谱的最佳手段。

　　除了服务拥有大段连续频谱的运营商，以Magic Radio技术为基础的弹性网络技术还可以帮助拥有非标宽度频谱（如某运营商的7MHz带宽频谱）的运营商提升频谱利用率。弹性网络技术在NB-IoT网络构建中亦能够融合多种无线制式，发挥重大作用。