5G DSS动态频谱共享：4G和5G如何同频共处

一、从一个现实困境说起

假设你是一家运营商的网络规划工程师，手上有20MHz的2.1GHz FDD频段，跑着4G LTE网络，用户好好的。现在5G来了，领导说"赶紧上5G"，但你面临一个尴尬的选择：

• 方案A：静态重耕（Refarming）——把20MHz一劈两半，10MHz给4G，10MHz给5G。结果4G用户体验直接腰斩，5G也因为带宽不够快不起来。
• 方案B：买新频谱——去拍卖会上花钱买3.5GHz频段。但拍卖周期长、价格天价，远水解不了近渴。
• 方案C：动态频谱共享（DSS）——同一块20MHz频谱，4G和5G按需动态共享。5G用户少的时候，大部分资源给4G；5G用户多了，自动倾斜给5G。

DSS就是方案C——它像一块可变车道的高速公路：早高峰4G车多，给4G多分配几条车道；晚高峰5G车多了，自动把车道划给5G。关键是，这一切在毫秒级完成，用户完全无感。

二、DSS核心原理：时频资源的动态切蛋糕

2.1 根本问题：两套系统如何共用同一块频谱

4G LTE和5G NR的物理层设计完全不同——帧结构不同、子载波间隔不同、参考信号不同。让它们在同一块频谱上和平共处，核心挑战有三个：

graph TD
    A[DSS三大核心挑战] --> B[挑战1: 时域冲突<br>LTE子帧和NR时隙结构不同]
    A --> C[挑战2: 参考信号冲突<br>LTE CRS始终在线,NR信号无处安放]
    A --> D[挑战3: 控制信道冲突<br>两套系统都要发控制信息]

    B --> E[解决方案: MBSFN子帧<br>LTE让出部分子帧给NR]
    C --> F[解决方案: CRS速率匹配<br>NR绕开LTE参考信号位置]
    D --> G[解决方案: 统一调度器<br>一个大脑管两套系统]

    style A fill:#e74c3c,color:#fff
    style E fill:#27ae60,color:#fff
    style F fill:#27ae60,color:#fff
    style G fill:#27ae60,color:#fff

2.2 关键技术一：MBSFN子帧——LTE的"让路机制"

LTE有一种特殊子帧叫MBSFN（Multicast/Broadcast Single Frequency Network）子帧，原本用于广播多播业务。它的特点是：控制区域之后的数据区域不传输LTE单播业务数据。

DSS巧妙地利用了这一点：

为什么选MBSFN子帧？ 因为传统LTE终端看到MBSFN子帧会自动跳过——它们被训练成"这类子帧里没有给我的数据"。而5G终端则知道在这些子帧里去找NR信号。这样既不干扰老4G手机，又给5G腾出了空间。

2.3 关键技术二：LTE CRS速率匹配——NR的"绕路策略"

LTE有一个永远在工作的信号叫CRS（Cell Reference Signal，小区参考信号）。无论子帧类型如何，CRS都会在某些固定位置的RE（Resource Element）上发送——这是LTE终端做信道估计的基准。

问题来了：如果NR在这些位置也映射数据，就会互相干扰。解决方案是速率匹配（Rate Matching）：

$$R_{\text{effective}} = \frac{N_{\text{coded bits}}}{N_{\text{total RE}} - N_{\text{CRS RE}} - N_{\text{reserved}}}$$

NR基站在调度PDSCH时，会根据RRC信令中的RateMatchPatternLTE-CRS参数，精确知道LTE CRS占用了哪些RE位置，然后绕开这些位置来映射NR数据——就像开车遇到路障，绕路行驶，但照样到达目的地。

graph LR
    subgraph "NR速率匹配过程"
        direction TB
        A["原始NR数据<br>（编码后比特流）"] --> B["速率匹配模块"]
        C["LTE CRS位置信息<br>（RRC配置告知）"] --> B
        B --> D["映射到RE时<br>跳过CRS位置"]
        D --> E["实际NR PDSCH<br>（避开CRS的RE映射）"]
    end

    style B fill:#f39c12,color:#fff
    style D fill:#e74c3c,color:#fff

2.4 关键技术三：统一调度器——一个大脑管两套系统

DSS的灵魂是统一调度器（Unified Scheduler）。它同时掌握LTE和NR的用户信息、信道状态、业务需求，在每个TTI（1ms）做出资源分配决策：

graph TD
    subgraph "DSS统一调度器"
        US["统一调度器<br>（每1ms决策一次）"]
    end

    subgraph "输入信息"
        I1["LTE用户队列<br>（缓冲区状态）"]
        I2["NR用户队列<br>（缓冲区状态）"]
        I3["LTE CQI报告"]
        I4["NR CQI/CSI报告"]
        I5["运营商策略权重<br>（LTE:NR比例）"]
    end

    subgraph "输出决策"
        O1["LTE资源分配<br>（哪些PRB/子帧）"]
        O2["NR资源分配<br>（哪些PRB/时隙）"]
    end

    I1 --> US
    I2 --> US
    I3 --> US
    I4 --> US
    I5 --> US
    US --> O1
    US --> O2

    style US fill:#8e44ad,color:#fff

调度器不是简单地把频谱一分为二，而是根据实时负载逐毫秒决策：这个子帧给LTE，下一个子帧给NR，再下一个可以混合。决策粒度最小到PRB级别（频域）和时隙级别（时域）。

三、DSS的三种实现方式对比

实际现网部署中，MBSFN子帧法 + CRS速率匹配法通常组合使用，取长补短。

四、时频资源格子的实际长什么样

下面用一张图展示DSS模式下，时频资源格子的真实面貌：

频域 (PRB)
▲
│  ┌─────┬─────┬─────┬─────┬─────┬─────┐
│  │ C C │ C C │ C C │ C C │ C C │ C C │  ← LTE CRS (始终存在)
│  │ R R │ R R │ R R │ R R │ R R │ R R │
│  ├─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│  │LLLLL│LLLLL│NNNNN│LLLLL│NNNNN│LLLLL│
│  │LTE  │LTE  │NR   │LTE  │NR   │LTE  │
│  │Data │Data │Data │Data │Data │Data │
│  │     │     │(避C)│     │(避C)│     │
│  ├─────┼─────┼─────┼─────┼─────┼─────┤
│  │LLLLL│NNNNN│NNNNN│NNNNN│NNNNN│LLLLL│
│  │LTE  │NR   │NR   │NR   │NR   │LTE  │
│  │Data │Data │Data │Data │Data │Data │
│  │     │(避C)│(避C)│(避C)│(避C)│     │
│  └─────┴─────┴─────┴─────┴─────┴─────┘
└──────────────────────────────────────────► 时域 (子帧)
   SF#0   SF#1   SF#2   SF#3   SF#4   SF#5
   LTE    MBSFN  MBSFN  MBSFN  MBSFN  LTE
   全LTE  NR可发  NR可发  NR可发  NR可发  全LTE

   C = CRS位置 (NR必须避开)
   L = LTE数据  N = NR数据 (灰色区域)

注意几个要点：

1. LTE CRS是"钉子户"——无论子帧类型，CRS都占着固定位置，NR必须绕行
2. MBSFN子帧中LTE只保留控制区域（通常1-2个OFDM符号），其余空间NR可用
3. 非MBSFN子帧中，LTE正常传输，NR一般不介入
4. SSB（同步信号块）通常在MBSFN子帧中发送，让5G终端能发现这个小区

五、DSS部署的演进路线

运营商部署DSS通常遵循一个四阶段的"平滑过渡"路线：

graph LR
    P1["Phase 1<br>5G初期<br>LTE:NR = 80:20<br>少量5G用户尝鲜"] --> P2["Phase 2<br>5G成长期<br>LTE:NR = 50:50<br>5G用户增长"]
    P2 --> P3["Phase 3<br>5G成熟期<br>LTE:NR = 20:80<br>大部分用户已迁移"]
    P3 --> P4["Phase 4<br>5G全面覆盖<br>100% NR<br>4G退网"]

    style P1 fill:#3498db,color:#fff
    style P2 fill:#2ecc71,color:#fff
    style P3 fill:#f39c12,color:#fff
    style P4 fill:#e74c3c,color:#fff

关键点：这四个阶段之间是无缝切换的。DSS调度器根据实时负载自动调整比例，不需要人工改配置。Phase 4时直接关闭LTE，频谱变为纯NR——这就是"软重耕"的精髓。

六、DSS的性能代价——天下没有免费的午餐

DSS虽然解决了频谱共享问题，但并非没有代价：

6.1 吞吐量损失

虽然DSS有10-20%的性能损失，但相比静态重耕砍掉一半频谱的方案，DSS显然更优。

6.2 为什么DSS比纯NR慢？

1. LTE CRS开销不可消除：只要LTE还在这个载波上工作，CRS就必须发。以2天线端口、20MHz为例，CRS大约占用4.8%的RE——这些RE NR无法使用。
2. MBSFN子帧的LTE控制区域：即使子帧数据区域给了NR，前1-2个OFDM符号仍是LTE控制区域，NR无法使用。
3. 调度灵活度受限：调度器必须保证LTE用户的基本服务，不能完全按NR的需求最优分配。

6.3 时延影响

DSS模式下NR的时延会略高于纯NR载波，原因是： - NR不能使用所有子帧（部分给了LTE） - PDCCH调度机会减少 - Mini-slot的使用也受到LTE子帧边界的约束

但在实际现网中，这个时延增加通常在1-2ms以内，对大多数应用影响不大。

七、DSS在现网中的实际应用

7.1 典型部署频段

DSS主要部署在低频FDD频段，因为这些频段覆盖好、穿透强，但带宽有限：

为什么不在3.5GHz TDD上做DSS？ 因为3.5GHz本身就是纯5G新频段，不需要和LTE共享。DSS的价值在于利用已有的LTE低频段来提供5G广覆盖。

7.2 工程师调试要点

如果你负责维护DSS网络，以下是需要特别关注的参数和指标：

1. MBSFN子帧配置比例：决定了NR可用时域资源的上限。配置太少，NR吞吐量不够；配置太多，LTE用户体验下降。
2. CRS速率匹配模式：必须与LTE的天线端口数、频域偏移等参数精确匹配，否则NR解调会出错。
3. 调度器权重参数：运营商可配置LTE/NR的资源分配权重，这个参数直接决定用户体验。
4. SSB周期和位置：5G终端通过SSB发现小区，SSB必须放在MBSFN子帧中，周期通常为20ms。
5. LTE RRC重配置：需要在LTE SIB中广播MBSFN子帧配置信息，同时通过RRC信令通知NR终端CRS速率匹配模式。

7.3 常见调试陷阱

八、DSS vs 静态重耕 vs 载波聚合——三种策略全景对比

核心结论：DSS不是最优解，但它是最务实的选择。它为运营商争取了时间——在5G用户还不够多时，不必牺牲4G用户体验；等5G用户足够多了，再平滑重耕为纯NR。

九、DSS的底层信令流程

为了让5G终端能在DSS小区中正常工作，有一套关键的信令流程：

sequenceDiagram
    participant UE as 5G终端
    participant eNB as LTE基站(eNB)
    participant gNB as NR基站(gNB)

    Note over UE,gNB: 阶段1: LTE附着
    UE->>eNB: LTE随机接入 + RRC连接
    eNB->>UE: SIB1/SIB2 (含MBSFN配置)

    Note over UE,gNB: 阶段2: NR测量与配置
    eNB->>UE: RRC重配置 (含NR测量配置)
    UE->>eNB: NR测量报告
    eNB->>UE: NR SCG配置 (含DSS参数)

    Note over UE,gNB: 阶段3: NR连接建立
    UE->>gNB: NR随机接入
    gNB->>UE: NR RRC配置<br>RateMatchPatternLTE-CRS<br>MBSFN子帧位置

    Note over UE,gNB: 阶段4: DSS数据传输
    loop 每个TTI (1ms)
        gNB->>gNB: 统一调度器决策
        gNB->>UE: NR PDSCH (速率匹配后)
        eNB->>UE: LTE PDSCH (普通子帧)
    end

关键信令参数解释：

常见问题

Q: DSS和载波聚合（CA）有什么区别？

A: 载波聚合是不同频段之间的捆绑，比如把800MHz和3.5GHz聚合在一起使用。DSS是同一频段上的4G/5G共享，本质上是在同一块频谱上"切时隙"而非"并频段"。两者可以组合使用：DSS频段作为覆盖层，新频段CA作为容量层。

Q: DSS模式下，4G手机和5G手机能同时上网吗？

A: 能，但不能在同一子帧的同一PRB上同时传输。调度器会按TTI粒度决定这个时刻给谁——可能在子帧#1给LTE用户传数据，子帧#2给NR用户传数据。对于终端来说，完全无感知，就像自己独占了整个频谱。

Q: DSS对5G的时延有多大影响？

A: 典型影响在1-2ms左右。原因是NR不能使用所有子帧（部分给了LTE），调度机会减少了。但对于eMBB类业务，这个影响可以忽略。只有对超低时延URLLC场景（需要1ms以下时延），DSS才不太适合。

Q: 什么时候应该关闭DSS，直接重耕为纯NR？

A: 当5G终端渗透率超过70-80%时，继续维护DSS的成本（CRS开销、调度复杂度）就不划算了。这时候应该逐步减少LTE资源，最终将整个载波切换为纯NR模式。很多运营商计划在2026-2028年完成这个过渡。

Q: DSS需要换基站硬件吗？

A: 通常不需要。DSS本质上是一个软件升级——通过更新基站的调度算法和协议栈软件即可实现。但前提是基站硬件的基带处理能力足够（需要同时运行LTE和NR两套协议栈）。较老的基站可能需要升级基带板。

参考来源

1. 5G Dynamic Spectrum Sharing - Devopedia — DSS技术全景介绍，包含频谱重耕对比
2. DSS: 5G NR-LTE Coexistence - Rohde & Schwarz — MBSFN子帧与CRS速率匹配技术细节
3. Dynamic Spectrum Sharing (DSS) - RF Wireless World — DSS优势、挑战与应用场景
4. DSS for 5G NR and LTE Coexistence - MathWorks — MATLAB仿真中的DSS速率匹配实现
5. NR LTE Coexistence - eeNews Europe — DSS对硬件和终端的要求分析

本文由「51学通信」技术团队出品。51学通信由通信行业18年老兵爱卫生（微信ID: gprshome201101）维护，聚焦5G/6G核心网、3GPP标准解读、通信前沿技术深度分析。 出版作品有《5G核心网原理与实践》《IMS原理与实践》等4本通信专业书籍。知识星球「51学通信」提供深度技术答疑和行业洞察。

[!tip] 51学通信知识星球 星主：爱卫生（微信：gprshome201101）——公众号「51学通信」创办者，19 年通信行业运维与讲师经验，著有《GPRS网络信令实例详解》《EPC原理与实践》《5G核心网原理与实践》三本纸质书（各大电商平台有售）。 星球定位：深耕 5G 核心网、IMS、NFV/AI、云原生等 ICT 领域，主打运维岗位与信令分析。 当前规模：5200 篇主题 / 990 个回答，198 元/年。 加入福利：加入星球后请加爱卫生微信，拉您进知识星球年度陪伴与答疑群——不限量回复您的各种问题，另有群内分享。 AI 加持：51学通信知识星球已作为 skill 接入 WorkBuddy，使用 deepseek-4-flash 在海量星球帖子中精准找贴、找视频、找 FAQ 和案例，做总结、找文档和 PPT 等场景全覆盖。