5G+4G：打造高品质网络能力
在4G时代，中国移动已建设240多万个4G基站，服务了7亿多用户，建立了一张全球网络和客户规模最大、客户体验最佳的4G网络。网络的发展也带动了4G终端产业的同步发展，早在2014年，4G手机厂商数量就达到了50余家，在售机型达到300余款。根据IDC的预测，2019年手机出货总量将达到13.95亿台，其中4G手机仍将拥有约95.4%的市场份额，5G手机出货量仅占出货总量的0.5%；预计三年后手机出货量将增至15.42亿台，4G手机约占整个市场的71.4%，5G手机约占26%。通过以上数据，我们可以看到4G网络和4G终端已经非常成熟和完善，它们将在一定时间内普遍存在。
根据国际电信联盟的愿景，5G面向eMBB、uRLLC、mMTC三大场景，其将全面提升包括峰值速率、移动性、时延、频谱效率、体验速率、连接数密度、流量密度和能效在内的移动通信系统八大关键能力，同时满足“人与人通信”和“物与物连接”的需求，5G还将与超高清视频、VR/AR、车联网、工业物联网等垂直行业相结合，渗透到社会的各个领域。各国已开始对5G通信进行深入研究，组织5G网络和终端的试验验证，积极推动产业链的发展。以中国移动为例，2019年中国移动将陆续开展小规模的5G试商用，2020年，5G将大规模商用，惠及更多区域和用户。
当前4G方兴未艾，而5G已经到来，两网的关系是我们发展5G时首先要考虑的问题。如何回答这个问题，我们将从移动网络的演进历史中找寻答案。
我们已经经历了移动通信技术从1G到4G，演进历史为：2G出现后快速替代了1G，3G出现后与2G并存了相当长时间，而4G出现后快速取代了3G。我们总结其演进规律在于：在业务能力本质相同时，新一代系统将迅速取代前者，如2G提供与1G相同的语音业务，4G提供与3G相同的数据业务；而在业务能力有质的差异时，两代系统将长期共存，如3G提供比2G有质的体验提升的数据业务。
5G三大场景中，eMBB与4G的MBB（移动宽带）均为移动数据业务，而uRLLC和mMTC有着质的差异，基于以上“代际演进规律”，我们预计5G和4G将长期共存，因此运营商需考虑二者的协同发展思路，在二者共存期间，运营商既要利用4G网络现有优势，又要发挥5G网络全新能力，让两者发挥更大的合力，创造更多的价值。
5G与4G网络能力协同，两网合一
与4G相比，5G初期即可具备高速率、低时延能力，峰值速率可超1Gbps，体验速率可达100Mbps，面向垂直行业空口双向时延可低至10毫秒，后期增强后可支持1毫秒时延。而4G单小区峰值速率为100Mbps，时延为20毫秒，两个网络的设计性能存在代差。目前4G经过多年的发展，已形成优秀的覆盖基础，可支持基础的视频浏览、上网等数据业务，这对语音等连续性要求较高的业务至关重要。但5G的网络建设、覆盖完善不会一蹴而就，而是需要一个逐步扩展和优化的过程。因此，5G需与4G网络能力协同，而不是单独作为一张网络承载所有业务运行，两者需统一考虑其网络能力，作为一个整体来提供各类业务服务，一方面提供更好的业务服务质量，另一方面降低网络部署压力。
表7–1 各类业务需求
覆盖能力协同，是指分场景根据业务需求，部署4G/5G覆盖，在垂直行业、高流量、高业务需求区域部署5G网络，一般业务需求利用现有4G网络覆盖。5G上行覆盖受限区域考虑使用4G网络补充5G上行覆盖。
在NSA架构下，可以通过灵活的业务分流策略，实现4G和5G的协同，在不影响4G现网存量用户体验的情况下，充分发挥5G大带宽优势，为用户带来极致体验。以数据业务下行为例，可以采取灵活的分流策略，在充分发挥下行大带宽优势的同时，不影响存量用户体验（见图7–1）。同样地，NSA架构下，语音业务可以通过VoLTE（长期演进语音承载）支持，即语音仍然承载在4G网络下。
图7–1 数据业务下行灵活分流
业务能力协同是指按照不同的业务承载能力，4G/5G网络协同进行业务承载。比如3GPP R15协议已经明确，5G支持基于IMS（IP多媒体子系统）的VoNR（新空口承载语音）方案，但考虑到5G建网初期产业链准备度不足，也支持语音回落到4G VoLTE。因此，在NSA架构下，5G可以直接利用VoLTE承载语音，继承现网4G VoLTE语音方案（见图7–2）。而在SA架构下，如果5G开通VoNR，则语音优先承载在5G，在移动出5G覆盖区域时，语音则回落到VoLTE（见图7–3）。通过采用这种方案，数据与语音业务均在NR，用户体验更好，享受NR增益。在5G未开通VoNR的情况下，语音则直接回落到VoLTE，此种方案属于初期方案，与VoNR不冲突，但业务建立态直接回落，将增加接入时长，同时数据业务也将跟随切换到4G。
图7–2 NSA架构下语音承载在VoLTE
图7–3 SA架构下语音业务方案
由此可见，无论5G在NSA架构还是SA架构下，无论5G是否开通VoNR，在5G初期，5G网络尚未具备连续覆盖场景，语音均需要通过4G VoLTE承载，因此在语音业务需要4G/5G协同场景，要求4G网络支持VoLTE，以保障语音业务体验。而5G可优先承载高速率要求的数据类业务。
5G与4G网络资源协同，整体上发挥资源最大效益
5G网络的能力强大，但在建设初期也要考虑到业务渗透和部署成本问题，在5G初期4G仍然是主要业务承载网络的形式，要考虑5G与4G部署资源协同的问题，就要兼顾5G与4G网络的投资成本，以资源效率最大化为原则，同时将频谱、站点、天面、基站和核心网设备等资源统一考虑。
由于运营商5G面临不同的频谱情况，如中国移动5G网络和4G网络使用2.6GHz共160MHz频谱，因此5G和4G长期并存，不仅要求两张网络未来在业务能力上进行有效协同，而且要求在5G规模建网阶段开始就考虑4G和5G网络资源的联合与高效协同，达到在5G网络建设初期，利用原来2.6GHz频段的LTE网络优势，包含站址、天面和无线设备等，实现快速部署5G网络，发挥整体资源效益的目的。由于频谱十分宝贵，因此运营商可以在现有4G频率上扩展支持5G，此种场景下要求基站硬件资源兼顾新旧网络，即同时支持4G和5G。如2.6GHz频段（2 515~2 675MHz），对产业要求支持160MHz频谱工作带宽的AAU（有源无线单元）硬件设备，可以实现4G/5G AAU共模。
图7–4 “5G+4G”双模基站设备
基于硬件AAU支持160MHz全频谱和软件支持4G/5G共模。基站设备支持4G和5G的协同应首先从硬件的协同开始，为减少AAU数目、减少备件板卡的种类和数量，降低部署要求和成本，设备支持4G、5G同时工作。
频谱资源协同方面，一方面，如中国移动5G网络和4G网络均使用2.6GHz共160MHz频谱。可分为以下三类场景，兼顾5G体验和4G网络容量（见图7–5）。
图7–5 频谱按需配置
另一方面，4G和5G之间可以考虑实现动态频谱共享，即根据4G和5G的业务特点、用户数及话务负载等条件，结合4G载波间话务分配策略，在4G进行话务迁移后再进行载波制式4G/5G快速切换，从而实现4G和5G之间频谱资源的动态共享。4G和5G之间频谱共享，实现频谱动态协同，兼顾4G容量和5G体验，使频谱利用率最大化（见图7–6）。
图7–6 4G/5G频谱动态共享
5G与4G网络演进协同，降低网络运营压力
在5G标准发展过程中，4G网络也在不断演进发展，如可降低时延的重要技术之一short TTI、进一步提升速率的多载波聚合、4×4 MIMO等技术。同时，4G演进也可与5G演进形成深度协同，如为提升覆盖能力，部分场景也可借助4G网络进行传输的SUL（附加上层链路）、NSA技术；如网络架构与5G融合，4G基站可接入5G核心网（见图7–7），为4G用户提供部分5G业务能力。5G与4G协同演进，将有利于降低网络整体的运营压力。
图7–7 4G基站接入5G核心网架构
在R15标准化中，对各种网络进行了架构设计，其中定义了终端通过4G基站接入5G核心网，终端支持和核心网交互的5G，而无线侧采用4G。与无线和核心网均采用5G相比，交互技术虽然在峰值速率、时延、容量方面存在一定差距，但其可有效利用现有大规模LTE站点网络资源，在接入新的5G核心网后可充分享用5G的诸如切片、边缘计算等新特性，后行业用户提供短平快且相对低廉的解决方案，由EPC–5GC（分组核心演进–5G核心网）互操作变成同核心网互操作，互操作简化，系统间移动时用户体验（如切片连续性）一致，可考虑应用在局部区域如农村等有4G无线但暂时没有5G无线覆盖的区域，可减少大量新增5GNR基站的部署压力。
“5G+4G”展望
随着5G网络规模的增加与5G网络建设实践的持续探索和创新，4G/5G协同必将进一步深入，在建设5G网络的同时提升4G网络容量，两网共同发展打造4G/5G融合的精品网络。
5G时代，网络建设要高效利用“5G+4G”资源，4G/5G一网建设，两网受益，有效支撑“5G+”计划的实施，实现“5G+4G”长期并存，协同发展，并成为各行业数字化基础网络平台，推动5G与人工智能、物联网、云计算、大数据、边缘计算等新信息技术紧密融合，构建丰富多彩的垂直行业应用。
