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5G超级上行,到底有多行?

2024-10-27科技

提到5G,大家最直观的感受可能是相较于4G下载速率有明显的变快,下载速率是下行方向的速率,事实也正是如此,5G速率可以达到4G的10倍左右。

当然, 除了下行速率,我们也应该关注上行速率。

上行速率可以理解为用户上传文件时的速度,例如上传照片到各种网盘,甚至通过微信给朋友传送一个文件,这种行为的快慢就取决于网络的上行速率。

相对于4G时代, 如果5G的上行速率提升、时延减小、覆盖范围扩大到足够的程度,那么远程控制、远程医疗、智慧安防、智能工厂、视频直播等各种各样的5G应用都得到有利的支撑,蓬勃的发展。

5G超级上行是什么

华为无线5G超级上行解决方案,通过上下行通道的TDD(时分双工)与FDD(频分双工)协同,高频低频互补,时域频域聚合,实现了5G全时隙上行,有效提高了网络的上行能力。

就好比在商场的双向扶梯旁加上了高速电梯,在顾客流量高峰期,也能做到顾客上下楼全程畅通无阻。

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制约5G上行的因素都包括哪些呢

上行带宽与时延的挑战——

5G NR的双工模式包括FDD和TDD。中国5G频段3.5G和2.6G,均采用TDD模式。

5G初期,3.5G上下行时隙配比典型采用7:3或8:2,即整体资源70%的时间用于下行,30%的时间用于上行,因此下行单用户速率可以达到1.5Gbps,上行只有280Mbps。

而手机收下行数据时,反馈确认应答需要等到上行时隙到来才能发送,因此造成7:3配比下最大时延约4.2ms,平均时延约2.5ms。

随着5G toB业务发展,下行体验不变的情况下大幅提升上行体验并缩短时延,是对网络提出的新需求和挑战。

上行覆盖的挑战——

无线网络覆盖的短板在上行。基站功率可达200W,基站向手机发送信号时,下行覆盖距离不用担心。但手机的发射功率只有0.2W,手机向基站发射信号时,上行覆盖距离有限。

这就好比基站发射信号像用高音大喇叭喊话可以传几公里,手机发射信号像靠嘴喊只能传几百米,双方通信的距离就只能以手机发射信号的距离为准。

而且频段越高,覆盖距离越短,3.5G频段相比4G主力频段1.8G/2.1G频段覆盖少50%。

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解决办法

超级上行技术——

针对以上5G NR上行方向传输的制约,3GPP在R15版本已经有相关的上行增强技术,主要包括SUL(SupplementaryUplink,补充上行),CA(Carrier Aggregation,载波聚合)和EN-DC (EUTRA-NR DualConnection,4G-5G双连接)三类。

但是,以上三类上行增强技术都有其优点和不足。

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SUL主要用于小区边缘,用于提升上行覆盖,无法对上行近点的容量进行提升。

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CA可以提升下行吞吐率。但受限于终端的发射天线数量导致无法有效提升上行吞吐量。

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EN-DC只适用于NSA网络。

针对R15版本的三类技术,为了进一步提升上行方向的效率(包括速率、吞吐率、覆盖范围等),3GPP在R16引入了Uplink Tx Switching功能,在SUL、UL CA和EN-DC三种上行增强技术的基础上开启UplinkTx Switching功能,即为超级上行技术。

超级上行技术在3GPP标准中命名为Uplink Tx Switching(上行发射机切换),是5G Release 16中引入的新特性。

超级上行技术通过终端发射机切换,在上行链路以时分复用方式使用低频FDD载波和高频TDD载波。从而在时频域充分聚合FDD上行多时隙和TDD上行大带宽的优势,最大化利用上行资源。

简单的讲,所谓超级上行,就是将TDD和FDD协同、高频和低频互补、时域和频域聚合,充分发挥3.5G大带宽能力和FDD频段低、穿透能力强的特点,既提升了上行带宽,又提升了上行覆盖,同时缩短网络时延。

它是无线通信首个时频结合的技术,是面向toB/toC市场的最优速率/时延解决方案,是无线通信又一个里程碑式的创新,具有跨时代的意义。

提示: 超级上行不仅需要在网络侧进行部署,也需要终端侧予以配合,需要支持超级上行的系列化终端。

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5G超级上行的应用

5G超级上行技术主要应用于需要同时保证上行覆盖和传输效率的场景,如实时视频上传和高清视频通话。

以下是几种主要的应用场景:

01.基于EN-DC的超级上行:

· 在EN-DC(非独立组网)场景中,UE首先通过LTE接入网络,然后通过RRC重配消息聚合NR载波。

· 当UE处于LTE和NR上行共同覆盖区域时,NR TDD的上行时隙可以通过超级上行切换至TDD载波并使用UL Mimo,利用NR的大带宽和高频谱效率提升上行速率。

02.基于UL CA的超级上行:

· 在PCC完成随机接入后,网络侧通过RRC重配消息指示UE在SCC发起接入。

· 在MAC层,CA进行数据分流,且限于同种制式下的多个载波聚合。

· 超级上行应用于UL CA时,可以在FDD和TDD载波上通过时分复用提升上行吞吐率,特别是在NR TDD载波上利用大带宽和UL Mimo技术。

03.基于SUL的超级上行:

· 补充上行链路(SUL)是5G Release 15中的一项现有特性,旨在通过利用低频FDD载波更好的传播特性来扩展高带宽/TDD下行链路(DL)的覆盖范围。

· 从UE的角度看,SUL允许每个频段进行1层或2层UL传输。虽然当前生态系统主要支持FDD UL的1L,但3GPP在技术上允许TDD的SUL传输2TX。

· 利用FDD UL SUL来解决TDD UL覆盖问题 SUL与NUL载波不能同时上行,但通过超级上行,UE可以在NUL和SUL载波间时分复用,以提升小区近点UE上行速率。

这些应用场景展示了5G超级上行技术如何通过结合FDD和TDD的优势,有效提升上行传输的速率和覆盖范围,从而支持更高速的移动数据服务和高清视频流等需求。

进入5G时代, 网络上行能力对运营商至关重要,它除了能帮助运营商加速网络覆盖,更重要的是,它是运营商打造差异化的网络体验以及拓展toB市场的关键利器。

可以这么说,如果说5G是一场球赛,超级上行就是这场比赛的绝对主力,是运营商赢得比赛的核心球员。

从这个角度看相信超级上行规模商用的步伐会更快。