什么叫 4G/5G 动态频谱共享？

为什么需要 4G/5G 动态频谱共享？

动态频谱共享如何部署？

动态频谱共享背后的原理是什么？

什么叫动态频谱共享？

动态频谱共享（DSS，Dynamic Spectrum Sharing），就是允许 4G LTE 和 5G NR 共享相同的频谱，并将时频资源动态分配给 4G 和 5G 用户。

频谱共享可以通过静态和动态两种方式实现。

静态频谱共享，指在同一频段内为不同制式的技术（比如 4G 和 5G）分别提供专用的载波。这种方式“简单透明”，但频谱利用率较低。

动态频谱共享，指在同一频段内为不同制式的技术动态、灵活的分配频谱资源。这种方式可提升频谱效率，且利于 4G 和 5G 之间平滑演进。

为什么需要动态频谱共享？

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1）利用低频段实现 5G 广覆盖

5G 频段更高，单站覆盖距离小，难以在短时间内实现连续的 5G 广覆盖。5G 频段更高，信号穿透能力较弱，即使在密集城区，5G 信号也难以渗透入室内场景。

而目前的低频段频谱资源几乎都被 2/3/4G 占据，且由于 2/3/4G，尤其是 4G，将与 5G 长期共存，又无法全部重耕这些优质的低频段资源。

动态频谱共享技术可动态共享 4G 优质低频资源，快速实现 5G 广覆盖和深度覆盖。

2）利于 4G 向 5G 平滑演进，降低 5G 投资成本

行业也可从优质的 4G 低频资源中分割出一段给 5G 重耕使用，但这种“一刀切”的办法可能会导致 4G 网络拥塞。

更麻烦的是，从 4G 低频段分割出一段频谱给 5G 使用后，还需新建 5G 基站。由于早期 5G 用户并不太多，低频段主要覆盖的农村场景的 5G 用户更少，这可能会导致 5G 投资浪费。

采用动态频谱共享技术后，既可利旧 4G 的低频段资源和基站，也可实现 4G 向 5G 平滑演进，可大幅降低 5G 投资成本。

在 5G 发展早期，4G 用户多，5G 用户很少，可以动态的分配更多频谱资源给 4G 用户。在 5G 发展中期，5G 用户越来越多，那就为 5G 用户多分配一些频谱资源。最后，所有的 4G 用户都转为 5G 了，那就将整段频谱资源给 5G 用。

3）利于实现 SA 组网

众所周知，5G 有两种组网方式：NSA 和 SA。NSA 通过 4G 和 5G 双连接（DC）的方式将 5G 基站锚定于 4G，并沿用 4G 核心网；而 SA 组网断了与 4G 之间的瓜葛，从核心网到接入网都采用全新的 5G 技术。

NSA 组网利用现有的 4G 网络规模引入 5G NR，利于运营商快速推出 5G，抢占市场。但 NSA 组网依然是 4G 生态的延续，主要针对 eMBB 场景和 2C 消费者市场。

而 SA 组网才是 5G 的重头戏，可使能丰富多彩的 2B 垂直行业应用，为运营商增加收入来源。为此，全球领先运营商都在积极筹备 5G SA。

但由于 SA 组网不再依托于 4G 网络规模，需从头开始部署一张完整的、广覆盖的 5G 网络，考虑 5G 频段更高，单站覆盖范围更小，这意味着网络投资更大。

采用动态频谱共享技术后，利用 4G 低频段，可快速实现 5G SA 广覆盖。

4）利于支持 5G 载波聚合

如上所述，4G 低频段和 5G 中频段之间的“结合”叫双连接，这种“结合”在性能上要低于载波聚合。

比如，载波聚合仅需一条上行链路，而双连接需要两条上行链路，会导致 3dB 的覆盖损耗。

采用动态频谱共享后，将 4G 低频段动态给 5G 用，可在 FDD 低频段和 TDD 中频段之间实现 5G 载波聚合，实现性能最大化。

动态频谱共享如何部署？

利旧 RRU 和天线

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传统网络部署方式需新增 5G BBU、RRU 和天线，而动态频谱共享可利旧现有 4G 网络的频段、RRU 和天线，理论上讲，只需更换或添加 BBU 单元即可快速将 4G 网络升级到 5G。

更换 BBU 或新增 BBU 单元

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在基带部分，动态共享频谱有两种部署方式：一种是在原有 4G BBU 的基础上新增 5G BBU 或基带板，两者之间通过厂家的专用接口快速调度；一种是用共享 4G 和 5G 的 BBU 替换原来的 4G BBU。

注意，专用接口是厂家独有的，非开放的。这意味着动态频谱共享部署绑定于单一厂商，不支持多供应商部署。

动态频谱共享实现原理

5G NR 物理层设计与 4G LTE 具有相似之处，这是 4G 和 5G 之间实现动态频谱共享的基础。在相同的子载波间隔和相似的时域结构下，4G 和 5G 之间动态频谱共享可行。

众所周知，手机使用导频信号（比如 CRS，公共参考信号）来建立公共参考以与网络同步。导频和同步信号对于手机接入网络和与网络保持通信至关重要。

动态频谱共享技术的基本思想就是，在 LTE 子帧中调度 NR 用户，同时确保用于同步和下行链路测量的参考信号不会发生冲突，不会对 LTE 用户产生任何影响。

具体的说，实现动态频谱共享技术的关键点是：

1）确保 5G NR 的参考信号（SSB 或 DMRS）与 LTE 的参考信号（CRS）在时频资源分配上不会发生冲突。

2）在两者不发生冲突的前提下，将 5G NR 信号插入 LTE 子帧。

那两者之间怎样才不会发生冲突呢？

以动适静！

在“静”方面，4G LTE 的所有信道的时频资源是固定分配的。LTE 的参考信号在连续的时频资源中占用特定的位置。

在“动”方面，5G NR 定义了各种 numerologies，物理层设计灵活可扩展，可根据不同的频段分配为数据信道和同步信道提供不同的子载波间隔。NR 参考信号、数据信道、控制信道都具有极高的灵活性，允许进行动态配置。

因此，利用 NR 物理层的动态灵活性去适配静态的 LTE，可避免两种技术之间发生冲突。

具体是怎么实现的呢？

主要有三种技术选项：

1）基于 MBSFN

MBSFN，多播 - 广播单频网络，指在 LTE 中用于点对多点传输，比如 eMBMS 多媒体广播多播服务。若子帧用于传输 MBSFN 时，子帧的前两个 OFDM 符号用于传输小区参考信号，剩下的 12 个 OFDM 符号保留用于 eMBMS 广播服务，并不能用于其他 LTE 用户传输数据。

动态频谱共享技术的思想就是“鸠占鹊巢”，在这些保留的 OFDM 符号插入 5G NR 信号，而不是 eMBMS 广播服务，这样就避免了与 LTE 冲突。

2）基于 mini-slot

mini-slot 机制允许符号置于 NR 任何时隙，它与帧结构没有固定关系，可不受帧结构限制直接调度。其通过缩短持续时间来“压缩” 5G 同步符号（SSB 符号），可避免 LTE CRS 符号，可调度空闲符号用于 NR 传输。

但 mini-slot 机制主要用于超低时延的 URLLC 场景，不适合 eMBB 大带宽场景。

3）基于速率匹配

即基于在非 MBSFN 子帧中的 CRS 速率匹配，常用于 NR 数据信道。其通过 UE 执行 LTE CRS 使用的 RE 打孔，以便 NR 调度程序知道哪些 RE 不可用于在 PDSCH 上进行 NR 数据调度。该选项的实现可以是 RB 级的，也可以是 RE 级的。

从原理上看，在动态频谱共享技术下，由于 4G 信令和 5G 信令共存，会带来一定的信道容量损失。容量损失的大小考验设备商的解决方案。

此外，动态频谱共享的实现粒度也是衡量设备商解决方案的标尺之一。由于动态频谱共享需跨越两个不同制式的网络来实现调度，调度程序是大脑，这个大脑至关重要，需在 1-100ms 之间的粒度范围内响应不断变化的流量需求。粒度越小，性能越好。