5G上行，真是让人操碎了心！

EETOP 4天前

以下文章来源于无线深海 ，作者蜉蝣采采

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来源·无线深海  作者：蜉蝣采采
5G时代，“快”仿佛成了最嘹亮的主打歌。
可是，5G在频谱效率上跟4G相比并没有本质的不同，因此只能靠增大信号带宽来支撑。
于是5G最先建设的频谱就落在了能提供连续几百兆带宽的3.5GHz，中国电信和联通就各自获取了该频段100MHz的带宽。
有了大带宽的基础，再加上Massive MIMO等技术的加持，5G的下行速率自然是高出天际。单用户速率可达1.5Gbps，单小区吞吐量甚至能达到6~10Gbps。
可是，在这光鲜亮丽的下载速率背后，上行覆盖不足的问题一直在隐隐作痛。
由于3.5GHz的频率较高，跟3G和4G所用的2.1GHz或者1.8GHz相比，穿透损耗大，信号衰减快。
这对于基站来说倒也没啥，体积大能力强发射功率大，还有波束赋形等技术支持，所以下行一般来说不成问题。
但对于上行来说就比较难了，手机体积小能力弱，且由于辐射指标的限制，在TDD场景下双发场景下也就最大26dBm（0.4瓦），平均23dBm（0.2瓦）的发射功率，路径上还要经历重重折损，离得稍微远点，还没到达基站就衰减殆尽了。
为了在达到5G的高速率的同时也能兼顾上行覆盖，各路专家们是伤透了脑筋。最终也确实提出了一些切实可行的方案。
一、EN-DC双连接
在5G初期，优先在热点部署，必然是点状覆盖的。为了保证用户体验的连续性，最容易想到的方法就是借用4G完善的覆盖，手机同时连接4G和5G两条腿走路。5G这条腿一旦没信号了，因为4G那条腿还在，业务也能正常进行。
这就是5G的非独立组网（NSA）模式，最常用的是选项3x（Option3x），4G负责控制面，5G作为容量的补充。这种方式也叫EN-DC（EnodeB NR Dual Connectify）双连接。
以上图为例，在4G和5G共同覆盖范围内（近中点），手机可以同时连接5G 3.5GHz（TDD模式）和4G 2.1GHz（FDD模式）。
基站下行在4G和5G的上同时发送信息，容量为两个载波之和。对于上行来说，手机在4G和5G上各用一根天线发送数据，共享23dBm的功率。
一旦手机移动出了5G的覆盖范围（远点），手机就只能断开5G，只用4G了。虽然不再能享受到5G，但4G的容量和覆盖也还是可以保证的。
这种方式虽然可以解决5G的覆盖问题，但毕竟要看4G的脸色，5G想必是心有不甘的。再说了，NSA也只是过渡方案，最终5G还是要走上自力更生的独立部署（SA）路线的。

二、5G内部有哪些覆盖增强方案？
其实，5G定义的FR1频谱，其实已经包含了从450MHz到6GHz的广阔范围，把2G/3G/4G正在使用的FDD低频段频谱全部囊括在内，只要这些前辈肯退频分一些给5G用，5G还是有望独立解决覆盖问题的。
FDD模式的历史悠久，一般频段较低，带宽较窄，700M，800M，900M，1800M，2100M等主流频段都是FDD的；而TDD的频段相对较高一些，但是带宽大，比如2.3GHz，2.6GHz，3.5GHz，4.9GHz等等。
很容易想到，把这些低频段和高频段结合起来，都部署成5G，不就容量和覆盖都解决了吗！
那么，到底要怎么个高低频结合法呢？大体上有下面两种思路。
思路1：既然5G 3.5GHz的上行有问题，那我就拿出一段低频，不独立工作，专门做只上行的补充！这就是辅助上行（Supplementary Uplink，简称SUL）方案。
思路2：部署中频（例如3.5GHz）和低频（例如700MHz）两个独立的5G载波，再借助载波聚合技术，上下行同时增强！这就是载波聚合（Carrier Aggregation，简称CA）方案。
在思路1，也就是辅助上行方案的基础上，电信和华为又提出了增强版本，除了在远点增强上行覆盖之外，还能在近中点增强上行容量。这就是“超级上行”方案。
在思路2，也就是载波聚合方案的基础上，中兴也提出了增强版本，在增强了上行覆盖的基础上，上下行的容量也都得到了增强。这就是“时频双聚合”方案。
三、从辅助上行到超级上行
所谓辅助上行，就是拿出一段低频和主力的中频（比如3.5GHz）小区绑定，低频只做上行，不能独立工作，只能作为上行的补充存在。
在上面的5G频段表中，可以看到除了传统的FDD和TDD之外，还有一些频段被标识为SUL，这就是补充上行专用的。
从上图可以看出，在小区近中点，5G的上下行还是使用3.5GHz，毕竟带宽大速率高；到了远点，3.5GHz不堪使用的时候，才会激活辅助上行，把上行任务从3.5GHz交接到2.1GHz。
这个方案有没有改进的余地呢？
在TDD频段，上下行是在不同的时间发送信息的。由于下载需求远大于上传，因此TDD上下行时间的分配是偏向下行的，主流的上下行时隙配比为3:7。
也就是说，在70%的时间里，上行就这么空着不发送任何数据。可是我们有用于上行增强的辅助上行啊，在小区近中点有这样的资源不用，白白浪费多可惜。
于是，电信和华为对辅助上行的这个缺点进行了修正：在近中点把辅助上行也用起来，在主载波TDD的间隙上传数据！ 这就是“超级上行”解决方案。
在中频主载波的TDD下行时隙，辅助上行就接过上行的重任；到了主载波的上行时隙，把上行又交还给主载波就行了。
这样一来，TDD主载波和SUL辅助上行进行轮发，在近中点所有的时间都可以进行上行发送，不但上行速率得以提升，由于还降低了下行数据反馈的时延，间接提升了下行速率！
四、从载波聚合到时频双聚合
所谓载波聚合，就是把两个完全独立的载波捆绑在一起共同为一部手机服务。上行和下行的聚合需要同步进行。
因此，如果一个中频TDD载波和一个低频FDD载波聚合的话，就可以天然支持上行覆盖的增强。
以TDD 3.5GHz加FDD 2.1GHz为例，无论在基站近中点还是远点，下行都可实现双载波聚合来进行容量增强。
上行在基站近中点，手机可以使用两个频段的载波共享23dBm的功率同时发送数据，在远点，自然有FDD的上行来保底。
这个方案在远点没有问题，但在近中点，TDD和FDD各占用手机的一路天线并行发送数据是不经济的。
因为TDD载波有100MHz的大带宽，而FDD载波通常也就跟4G一样只有20MHz，容量谁大谁小一目了然，还是让TDD在自己的上行时隙尽量双发来得划算。
并且，由于TDD下行信道估计依赖于上行的SRS轮发，如果单天线发射就没法轮发，也会对下行的波束赋形性能产生影响。
为了解决这两个问题，电信联合中兴在载波聚合的框架下提出了“时频双聚合”方案，上行不但支持TDD和FDD并发，还支持了和超级上行类似的双载波轮发，保证了近中点的容量。
依然以TDD 3.5GHz加FDD 2.1GHz为例，无论是在基站的近中点还是远点，下行依然可以通过双载波聚合来进行容量增强。
在近中点，在TDD的下行时隙，上行可通过2.1G载波以23dBm的功率来持续发送信号，到了TDD的上行时隙再切换为双发在3.5G载波上发送，和超级上行如出一辙。
由此可见，时频双聚合方案在上行是非常灵活的，综合起来可以有3种发送模式：
1. 下行TDD+FDD载波聚合，上行单天线FDD和双天线TDD轮发，为小区近中点用户提供最佳的上行性能；
2. 下行TDD+FDD载波聚合，上行双天线TDD并发，为小区近中点有交调或者谐波干扰的用户提供最佳性能；
3. 下行TDD+FDD载波聚合，上行单天线FDD，为小区远点用户提供最佳性能。
五、各种方案的优劣势对比
对于NSA组网下EN-DC的上行覆盖主要取决于4G，现阶段4G已完成连续覆盖，在此就不进行赘述了。
下面着重进行超级上行和时频双聚合的优劣势对比。
1、覆盖：这两个方案性能类似，均取决于低频载波的上行覆盖能力。
2、容量：两者都可增强近中点的上行容量，性能类似；但超级上行只增强上行，对下行没有任何容量增强，时频双聚合可同时增强上行和下行。
3、时延：两个方案均可以让上行数据及时发送，下行数据及时确认，上行和下行时延均得以降低。
4、频谱：辅助上行/超级上行需要一段专用的频谱，而低频段一般都被2/3/4G占据，完全重耕比较困难；载波聚合/时频双聚合的低频段5G可以使用DSS（动态频谱共享）技术跟4G共享，频谱相对容易获取。
5、复杂度：辅助上行/超级上行为小区内上行增强技术，实现简单，无额外信令开销；载波聚合/时频双聚合是小区间协调技术，涉及到辅载波的测量，增删，切换等操作，灵活但是复杂度高，增加了额外信令开销。
6、标准化：R15协议已支持辅助上行和下行载波聚合，对于超级上行以及时频双聚合所需的上行时分载波聚合仍在标准化讨论中，在R16版本冻结。
7、芯片：华为海思芯片必然是要支持辅助上行/超级上行的，高通芯片明确支持载波聚合，后续是否能完全支持时频双聚合的所有功能还有待多方推动。
总体而言这两个流派的上行增强技术各有千秋，具体谁能胜出就看后面双方对于标准，芯片和终端的产业链推动了。
好了，本期的介绍就到这里，希望对大家有所帮助。
非常感谢能坚持看到最后。

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