好的,我们继续拆解3GPP TS 38.300。在探讨了单UE如何通过双连接技术同时利用两个基站后,我们现在将视角转向一个更宏观的合作模式:多个运营商如何共享同一套物理网络。

深度解析 3GPP TS 38.300:4.6 Radio Access Network Sharing (无线接入网共享)

本文技术原理深度参考了3GPP TS 38.300 V18.5.0 (2025-03) Release 18规范中,关于“4.6 Radio Access Network Sharing”的核心章节,旨在为读者阐明5G时代不同运营商之间共享无线接入网(NG-RAN)的基本架构和核心原则。

前言:校园里的“联合通信社”

我们的主角小明,正在他的5G智慧校园里享受着无缝的网络生活。他的手机运营商是A公司。一天,他的同学小丽来访,她的手机运营商是B公司。小丽惊奇地发现,尽管B公司并未在本校大规模建设基站,但她的手机信号同样是满格的5G,并且网络体验与小明几乎没有差别。

她们不知道的是,这所大学的5G网络是由A公司建设,但通过**无线接入网共享(Radio Access Network Sharing, RAN Sharing)**技术,同时为A公司和B公司的用户提供服务。这就像校园里成立了一个“联合通信社”,社里的设备(gNB)由A公司提供和维护,但社员却来自不同的“班级”(运营商)。

导师老王向他们解释道:“RAN Sharing是5G时代非常重要的商业和技术模式,尤其是在降低建网成本、提高频谱效率、快速普及覆盖方面。38.300的4.6节,就为这种‘联合通信社’的运作模式,立下了最基本的‘章程’。”

今天,我们将以这个校园“联合通信社”为例,深入解读RAN Sharing在NG-RAN中的实现原理。

1. RAN Sharing的核心思想与模式

RAN Sharing的动机非常直接:建设和维护一张无处不在的5G网络成本高昂。通过多家运营商共享物理基础设施(基站站点、天线、基带单元等),可以极大地降低资本支出(CAPEX)和运营支出(OPEX)。

3GPP定义了多种RAN Sharing模式,最常见的,也是38.300主要关注的模式,被称为MOCN (Multi-Operator Core Network)。在MOCN模式下:

  • 共享RAN:多个运营商共享整个无线接入网(gNB/ng-eNB)。
  • 独立CN:每个运营商都使用自己独立的核心网(5GC)。

这意味着,小明(A公司用户)和小丽(B公司用户)虽然连接的是同一个gNB,但他们的信令和数据最终会被gNB准确地路由到各自运营商的核心网进行处理。

2. 识别与区分:gNB如何同时服务多主?

MOCN模式下,gNB面临的首要问题是:如何识别出接入的UE属于哪个运营商,并正确地将它们“引流”到各自的核心网?答案就藏在系统信息广播里。

If NR access is shared, system information broadcast in a shared cell indicates a TAC and a Cell Identity for each subset of PLMNs, PNI-NPNs and SNPNs. NR access provides only one TAC and one Cell Identity per cell per PLMN, SNPN or PNI-NPN.

这段话揭示了RAN Sharing在空口实现区分的核心机制——广播多个PLMN ID

让我们回到小明的场景:

  1. 广播多个“身份证”:服务小明和小丽的这个共享gNB,它在广播系统信息(SIB1)时,不再像普通基站那样只广播一个PLMN ID(运营商标识,由MCC和MNC组成),而是会广播一个PLMN ID列表。这个列表里既包含了A公司的ID,也包含了B公司的ID。

  2. UE的自主选择:小明的手机开机后,扫描到这个小区广播的PLMN列表,发现其中有自己的归属运营商(A公司),于是就选择驻留在这个小区并发起接入。同样,小丽的手机也因为在列表中找到了B公司的ID而选择接入。对于UE来说,这个小区就像是同时属于A公司和B公司。

  3. 独立的身份标识:规范接着指出,对于每一个参与共享的运营商(PLMN),小区都会为其分配一个独立的小区身份(Cell Identity)跟踪区码(TAC)

    • 小区全球标识(NCGI):我们知道,NCGI = PLMN ID + NCI。这意味着,虽然物理上是同一个小区,但在逻辑上,对于A公司的核心网,它看到的是NCGI_A = PLMN_A + NCI_A;对于B公司的核心网,它看到的是NCGI_B = PLMN_B + NCI_B。这个小区拥有了“双重身份”。
    • 跟踪区标识(TAI):同样,TAI = PLMN ID + TAC。这个小区对于A公司和B公司的用户,可能属于不同的跟踪区。

老王在白板上画了一个gNB,然后从它发出两条逻辑上的连接,分别指向A公司的5GC和B公司的5GC。他解释说:“通过在SIB1中广播多个PLMN ID及其对应的NCGI和TAC,这个共享gNB就向外界宣告了它的‘多主’身份。当小明的手机在初始接入的RRC消息中告诉gNB‘我的运营商是A公司’时,gNB就知道,后续所有的NAS信令都应该通过连接到A公司AMF的NG-C接口发送,所有用户数据都应该通过连接到A公司UPF的NG-U隧道传输。对小丽也是同理。”

2.1 一个微妙但重要的限制

规范中有一句看似不起眼的话,但对架构有深远影响:

In this version of the specification, a Cell Identity can only belong to one network type among PLMN, PNI-NPN or SNPN as defined in TS 23.501.

这句话意味着,一个共享小区不能同时既作为公共移动网络(PLMN)的一部分,又作为非公共网络(NPN,包括PNI-NPN和SNPN)的一部分进行共享。例如,一个小区可以被A公司和B公司这两个公共运营商共享,但它不能同时再被一个企业的专网共享。这保证了不同网络类型之间的清晰界限。

3. 核心网路由:gNB的“智能分拣”

当UE成功接入后,gNB的核心任务就是确保来自不同运营商的UE的信令和数据,能够被准确地路由到各自的核心网。

Each Cell Identity associated with a subset of PLMNs, SNPNs or PNI-NPNs identifies its serving NG-RAN node.

这句话的深层含义是,gNB内部维护着一张路由表。这张表将“UE选择的PLMN ID”与“通往该PLMN核心网的NG接口实例”关联起来。

场景代入:

  1. 初始接入路由:小明在RRCSetupComplete消息中上报了所选的PLMN ID(A公司)。gNB收到后,查询内部路由表,找到连接A公司AMF的SCTP连接,然后将小明的NAS消息(封装在INITIAL UE MESSAGE中)通过该连接发送出去。
  2. 后续信令路由:AMF在为小明建立上下文后,会返回一个INITIAL CONTEXT SETUP REQUEST消息。gNB在本地保存这个上下文,并记录下这个上下文是与A公司的AMF关联的。此后,所有与小明相关的控制面信令,gNB都会自动地发往A公司的AMF。
  3. 数据面路由:在PDU会话建立过程中,A公司的SMF会通过AMF告知gNB,为小明的数据流建立GTP-U隧道所使用的UPF地址和TEID。gNB据此将小明的用户数据准确地送往A公司的UPF。

对于小丽(B公司用户),gNB会执行完全相同但逻辑上完全独立的另一套流程,将她的信令和数据路由到B公司的核心网。对于gNB来说,它就像一个同时处理来自不同公司邮件的智能分拣中心,通过邮件上的“公司标识”(PLMN ID)来决定投递路径。

4. RAN Sharing下的移动性

当小明在校园内移动,从一个共享基站切换到另一个共享基站时,移动性管理也需要考虑RAN Sharing的因素。

  • 切换决策:源gNB在为小明决策切换目标时,不仅要考虑无线信号质量,还要确保目标小区也支持A公司的网络。这个信息可以通过邻区关系表(ANR)或者目标小区广播的PLMN列表来获知。
  • 切换信令:在通过Xn接口向目标gNB发送“切换请求”时,源gNB需要在信令中明确指出这个UE属于哪个PLMN。目标gNB收到后,同样需要根据这个PLMN ID,为其在自己与对应核心网之间分配资源和上下文。

RAN Sharing使得移动性管理变得更加复杂,但底层的切换流程(测量、准备、执行、完成)与非共享场景并无本质区别,只是在每一步的决策和资源分配中,都必须额外考虑PLMN ID这个维度。

5. 总结:合作共赢的基石

通过对4.6节的解读,我们明白了RAN Sharing并非简单的“蹭网”,而是一套设计精密的、基于标准化信令流程的协同工作机制。其核心可以总结为:

  1. 空口多标识广播:gNB通过在系统信息中广播多个PLMN ID及其对应的Cell ID和TAC,向UE宣告其共享能力。
  2. UE基于归属网络选择:UE根据自身SIM卡信息,从广播的列表中选择自己的运营商进行驻留和接入。
  3. RAN侧智能路由:gNB根据UE上报的PLMN ID,将该UE的信令和数据流精确地路由到对应运营商的核心网实体(AMF/UPF)。
  4. 逻辑独立,物理共享:对于不同运营商的用户,虽然他们共享了物理的gNB资源,但在逻辑上,他们拥有各自独立的小区标识、跟踪区、安全上下文和数据隧道,保证了运营商之间的业务隔离和独立运营。

RAN Sharing技术,正是3GPP为应对5G时代高昂建网成本和频谱资源稀缺性挑战所给出的智慧方案。它在TS 38.300中的简洁定义,为后续一系列复杂的Stage 3协议(如RRC、NGAP、XnAP中如何携带PLMN ID)奠定了坚实的架构基础。

在下一篇文章中,我们将继续深入一个更具前瞻性的技术——Integrated Access and Backhaul (IAB),看看5G基站是如何摆脱光纤的束缚,实现“无线中继”,从而极大地扩展网络覆盖的。

FAQ

Q1:RAN Sharing和漫游(Roaming)有什么区别?

A1:这是一个常见的混淆点。RAN Sharing是指UE仍在使用其归属运营商(HPLMN)的服务,只是承载这个服务的物理基站恰好是另一家运营商(VPLMN)的,但这个基站对HPLMN是“友好”且签约共享的。UE选择的是HPLMN的PLMN ID,信令和数据也最终回到HPLMN的核心网。而漫游是指UE在没有HPLMN覆盖的区域,接入了VPLMN的网络,并且使用的是VPLMN的核心网服务(或通过VPLMN核心网中转回HPLMN核心网)。在漫游场景下,UE选择的是VPLMN的PLMN ID。简而言之,RAN Sharing是“借路”,最终目的地不变;漫游是“做客”,暂时使用别家的服务。

Q2:在MOCN模式下,不同运营商的用户会相互抢占资源吗?网络如何保证服务质量?

A2:理论上会,但网络有机制来管理。在最简单的资源共享模式下,所有运营商的用户共享一个统一的资源池,遵循“先到先得”或统一的QoS调度策略。但在更高级的模式下,共享gNB可以配置资源预留或切片。例如,A公司和B公司可以约定,在总共100个PRB的资源中,A公司至少保证20个PRB的独占使用权,B公司至少保证30个,剩下的50个PRB则共享。gNB的调度器会根据这些策略来执行资源分配,从而保证每个运营商用户的基本服务质量,并实现资源的公平或按需分配。

Q3:如果共享基站发生故障,会同时影响所有共享运营商的用户吗?

A3:是的,如果物理基站(硬件、供电、传输链路等)发生故障,那么所有共享该基站的运营商的用户都会受到影响,因为他们共同依赖这个物理基础设施。这就是RAN Sharing在带来成本优势的同时,也引入了风险集中的挑战。因此,在共享网络的运维和可靠性设计上,需要更高的标准和更周密的灾备方案。

Q4:UE如何知道一个小区是共享小区?这个过程耗电吗?

A4:UE通过读取该小区的**系统信息块1(SIB1)**来获知。SIB1中会包含一个PLMN ID列表(plmn-IdentityList)。如果这个列表包含多个PLMN ID,UE就知道这是一个共享小区。这个过程是UE在小区选择/重选过程中的标准动作,无论小区是否共享,UE都需要读取SIB1来获取小区基本信息。因此,判断小区是否共享本身并不会带来显著的额外的功耗。

Q5:除了MOCN,还有其他RAN Sharing模式吗?

A5:是的,除了MOCN,3GPP还定义了**GWCN (Gateway Core Network)**模式。在GWCN模式下,多个运营商不仅共享RAN,还共享部分核心网网元(如MME/AMF)。每个运营商保留自己的核心网网关(如S/P-GW或UPF)和更上层的业务平台。这种模式的共享程度更深。此外,还有更早期的如站点共享、天线共享等非标准化的共享模式,但MOCN是当前5G时代最主流和标准化的RAN Sharing架构。TS 38.300主要描述的是支持MOCN的NG-RAN架构。