Labs 导读
面对复杂多变的外部环境，运营商在转型发展期提出，将5G+4G协同发展作为网络发展建设的重点内容。这是因为5G+4G协同既可缓解4G容量压力，又可保持5G网络竞争力。本文以5G+4G高效协同、低成本建网为目标，详细分析了组网协同中面临的站址、频率及功率协同等问题，分别提出不同发展策略。同时为保证容量、干扰和架构协同，提出5G+4G能力协同建设方案。最后根据业务发展特点提出5G时代新的计费模式。5G+4G协同发展策略不仅可以产生巨大协同效益，为5G大规模商用打下坚实的基础，而且可以降低建网成本，为未来工程建设提供建设性指导方案。
5G建设方兴未艾，4G扩容仍待加强，外部环境的复杂多变，使得运营商工作开展异常艰难。近几年来，网络流量爆发式增长与网络承载能力阶段性不足之间的矛盾愈发明显，这主要是由于提速降费、取消漫游费、不限量套餐及视频业务发展使手机DOU不断攀升，而5G部署初期无法充分的吸收业务量，使得网络容量压力进一步增加。在此背景之下，4G基站的建设固然不能放弃，而5G基站由于频段资源、上行能力、组网结构和覆盖指标等差异，相较4G需要更多的基站来实现连续覆盖，以及提升边缘覆盖性能。再考虑上投资成本的压力，种种难关都推动着运营商不断思索开拓，如何基于现有资源开展5G+4G的协同发展，以实现5G网络的快速部署和低成本高效建网，打造覆盖全国、技术先进、品质优良的5G精品网络。
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挑战与难点
随着5G基站的快速落地，4G网络的建设也面临越来越多的挑战，主要集中于投资、技术与竞争3个方面。
（1）投资要求高。按照当前流量评估，4G流量在2021年前将持续保持增长，而在运营商资本开支趋紧的大环境下，如何合理有效地动态调度载频资源，有选择性地开通4G网络的3D-MIMO成为降本增效的难题。
（2）超热点场景频率压力大，需要穷尽频率满足业务发展需求，频段和制式的不均衡性使得技术保障难度大。
（3）基于2018年底三大运营商的财报数据，计算人均频谱资源情况（室外频段），如表1所示，可知运营商间每亿户频率资源差异明显。
表1 运营商频率资源对比
除此外，在网络质量趋于同质的情况下，各运营商流量资费快速下降。尽管资费降低会刺激移动数据流量的持续增长，但对收入拉动有限，需考虑大幅度减少单比特网络成本。
基于以上原因，提出5G+4G网络协同技术，努力打造覆盖全国、技术先进和品质优良的5G精品网络。该策略既能应对当前4G网络容量挑战，又能构筑5G领先竞争优势，搭建网络演进基础架构，同时实现降本增效。
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5G+4G协同发展策略
2.1 组网协同
2.1.1站址协同
通过链路预算，2.6GHz频段在同等站址规模条件下，覆盖水平远优于3.5GHz频段，具备高质量、低成本的建网优势。且其室外单站覆盖半径可达2.3km，强于TD-LTE F频段及D频段。因此，在现有设备形态和性能下，完全有能力通过共站址（包括F频和D频）实现5G+4G网络覆盖范围的协同。但考虑到4G站址覆盖密集以及新增站址投资成本较高问题，5G+4G站址协同需利用弹性建网方式来快速实现。即根据多场景建设需求，优先满足高价值区域建设以及建筑物复杂的场景；其次，根据用户及业务分布，合理优化5G+4G站址协同的基础结构；最后，结合站址规划模型，构建低成本高收益建网策略。
2.1.2设备协同
4G和5G在2.6GHz上共享160MHz频谱带宽。在5G建设初期，5G+4G共模主设备可根据网络使用情况，动态调整其主设备能力来降低运营成本。在网络建设中后期，4G网络从2.6GHz频段逐步退频，这使得5G网络可独享160MHz频谱带宽，从而全面支持低时延、高可靠等业务。工程实施过程中，5G+4G设备协同根据5G精品网络建设需求以及密集城区站址分布情况，分别选择不同通道不同类型产品。同时根据容量需求，视情况反向开通3D-MIMO缓解4G网络承载压力。
2.1.3天面协同
针对天线点位多和空间受限等问题，5G AAU因其技术特性需单独占用一副天面，在此场景下，5G+4G协同的天面建设方案需考虑进行整合收编。由于D频与2.6GHz共频段，天面协同建设方案最佳应为单扇区2副天面：即针对4G与5G同厂家，选择2G、FDD与TD-LTE F频段整合成4488天线，5G与D频段共AAU；针对4G与5G异厂家，2G、FDD与TD-LTE（F+D）须全部整合成4488天线，5G独立占用一副天面。
2.1.4频率协同
为满足5G 2.6GHz建设需求，TD-LTE D频段需逐渐调整，重耕D频段面临较大压力。初期5G+4G双模设备的动态频率共享技术能有效缓解频谱资源配置压力，但随着5G建设发展，频谱效率及用户体验会不断提升，进而频段需求逐渐加大。因此，建设发展期需视终端成熟度开启D7、D8频点解决容量问题，同时4G D频段业务整体需上移至2635~2675MHz。未来5G+4G频率协同将发展5G NR带宽至160MHz，4G采用FDD 1800作为补充覆盖。
2.1.5功率协同
5G+4G不同功率配比将对网络容量产生不同影响。测算反向开通2~3个3D-MIMO载波，当5G配置160W功率时，相较配置200W功率，反向开通1个3D-MIMO载波，可实现以约10%的5G容量损失换取超过40%的4G容量提升（以下行边缘速率为评估指标）。随着设备厂商64通道、320W设备逐渐成熟，网络功率分配问题将会得到有效缓解。而针对现有网络主流240W设备产品，5G建设初期考虑4G覆盖和容量保障，建议优先分配4G功率资源，重点场景可以视情况提升5G功率配比。
2.2能力协同
2.2.1容量协同
4G热点小区带宽需求持续较高，5G+4G容量协同需在满足4G容量的基础上建设5G。4G扩容成为容量协同发展策略的核心内容，而随着设备支持能力以及演进能力不同，扩容策略逐渐变得复杂。4G扩容不仅需要考虑网络性能，同时需要兼顾成本。经仿真测算，5G反向开通4G的网络性能相较其它手段来说是最优的，其次是FDD 1800扩容。从单个等效载波造价来看，D频设备搬迁利旧成本最低，软件开通FDD 1800成本紧随其后。5G反向开通4G 3D-MIMO综合造价因受最终集采价格影响，暂不进行分析。
注：此处所说的等效载波造价指的是，各频段采用硬软扩方式新增1个等效TD-LTE 20MHz载波能力时，计算主设备综合成本（含硬软件工程服务费），得到单个等效载波容量的造价。
2.2.2干扰协同
2.6GHz组网优先需要解决的是5G+4G时隙交叉干扰问题。LTE和NR的时隙配比不当会导致各自系统上下行出现巨大干扰、影响传输，因此在帧结构配比上，需保证上下行时隙转换点对齐。另外应严格避免5G+4G区域内同频插花组网。5G+4G区域间同频组网时，5G自身业务量较高的区域，LTE带来的额外干扰相比5G系统内干扰基本可忽略，可无需设置隔离带。如对5G网络空扰下边缘速率要求较高（业务演示等特殊需求），建议对5G区域周边4G D频段至少腾频1圈。
2.2.3架构协同
在NSA组网方案下，信令由4G锚点网络承载，这就意味着NSA组网需利用4G锚点站实现5G分流，因此NSA组网架构下锚点选择成为5G+4G架构协同的关键。锚点站建设原则如下。
（1）NSA锚点需要5G同厂家。同厂家设备能够解决Xn接口互通问题。
（2）同等条件下优选FDD 1800作为锚点站。因FDD1800在单站覆盖能力上效果较好，且边缘速率更优。
（3）从标准原理角度，设备安装无需强制4G/5G设备共框。
（4）考虑互配邻区便利性和减少4G锚点与5G辅节点间切换，在进行共址建设时，5G天线方位角最好与4G锚点小区一致。
2.3业务协同
2.3.1计费协同
网络发展初期以人口红利为营收增长点，中期以流量红利为营收增长点，后期以体验红利为营收增长点。如今4G网络流量红利正逐渐消失，运营商“增量不增收”问题凸显，传统的计费模式显然无法适用于5G时代。5G+4G业务协同需要考虑速率提升与时延减小产生的服务价值、动态切片和连接变现产生的碎片价值、以及大流量和多场景用户体验产生的流量价值。因此，5G+4G业务协同需打造全新的计费模式，如图1所示，根据用户的价值类型，推出差异化服务。针对高端用户，推出速率计费套餐，主打优质优价、高体验和尊崇感，保障高端用户体验和尊崇感，提升品牌形象。针对低端用户推出不限量低速率套餐，促进流量释放，提升用户价值，让低端用户放心使用，培养用户流量使用习惯。
图1 5G+4G业务协同及服务设置
2.3.2运营协同
信息通信市场从“要素”竞争转向“要素+能力”竞争，智慧运营能力成为竞争的关键。新型智慧网络体系需打造质量领先、网业协同和敏捷高效的基础设施能力。面对5G、SDN等新技术应用对通信网络设计和运维的挑战，人工智能可以帮助运营商应对挑战，对内解决网络效率和能力问题，对外提供融合的数字和信息服务。智慧运营使得通信网络能够加速与大数据、AI融合的系统化和集成化创新，最终实现更加智能、开放、安全、高效的智能网络。
2.4协同效益
2.4.1低成本
利旧5G基站拆下来的D频设备可极大节省4G投资。通过站址协同、设备协同和天面协同，5G基站建设既能满足快速开通的需求，又能降低施工运营成本，还能在一定程度上减缓租金压力。通过目标协同、覆盖协同、架构协同和方法协同，综合考虑集中机房配套、传输线路资源条件和建设投资等多方面因素，5G+4G协同可创收大量协同效益，引领运营商数字化转型。
2.4.2高性能
5G+4G网络协同策略可提供有针对的差异化服务，推进基于用户等级和业务优先级的分级保障措施。资源受限时优先保障高价值用户需求和实施类、交互类业务速率，降低流类、背景类业务优先级，提升业务服务质量和平台性能。高性能协同使得各类资源具有自由调度以及资源共享的能力，能够解决网络在时域和地域上的不均衡问题，提高网络承载效率。5G+4G网络协同发展策略不仅能加快网络云化虚拟化和SPN新传输等技术成熟，还可以构建云网融合的领先基础网络，提升5G端到端网络品质和服务能力。
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结束语
4G改变生活，5G改变社会。正是在4G基站储备丰富、技术成熟、商用充分的基础之上，5G方能实现快速发展。在未来可预见的2~3年内，对于4G而言，利用大数据等手段，加强4G网络扩容与5G网络建设的协同，可以有效保障流量承载与客户感知；对于5G而言，通过推动5G+4G技术共享、资源共享、覆盖协同和业务协同，将为5G大规模商用打下坚实基础。而在此基础之上，加快网络云化改造，构建以云为核心的新型网络架构，推动5G+AICDE融合创新，打造以5G为中心的泛在智能基础设施，同时积极运用人工智能、大数据等新技术提升网络运营维护效率，降低网络运维成本，或将成为运营商实现顺利转型的重要契机。
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