5G時(shí)代新挑戰(zhàn)——上行帶寬與時(shí)延的挑戰(zhàn)

4G時(shí)代主要面向2C消費(fèi)者，網(wǎng)絡(luò)能力主要以下行流量為主。直到近幾年，抖音等高速率的上行需求業(yè)務(wù)才逐漸出現(xiàn)。

5G時(shí)代萬物互聯(lián)，與2C的eMBB不同，2B行業(yè)應(yīng)用的海量數(shù)據(jù)將自下而上的產(chǎn)生，在傳統(tǒng)下行大帶寬的基礎(chǔ)上，提出了上行大帶寬、低時(shí)延的新需求。比如無人機(jī)、4K高清直播等需要40Mbps上傳+20-40ms時(shí)延，無人采礦車需要多路30Mbps上傳+30ms時(shí)延等。

這些種類繁多的2B新業(yè)務(wù)的需求，讓5G的挑戰(zhàn)接踵而至。

5G時(shí)代新挑戰(zhàn)

上行帶寬與時(shí)延的挑戰(zhàn)

5G NR的雙工模式包括FDD和TDD。中國5G頻段3.5G和2.6G，均采用TDD模式。

FDD叫頻分雙工，上行和下行分別在兩個(gè)獨(dú)立的、對(duì)稱的頻率信道上傳送。這就好像是雙向車道，兩個(gè)方向的車輛各行其道，互不干擾；

TDD叫時(shí)分雙工，上行和下行在同一頻率信道上傳送，兩者通過時(shí)間間隔來分離。這就好像是潮汐車道，需要分時(shí)段來控制車輛通行方向。

5G初期，3.5G上下行時(shí)隙配比主要針對(duì)eMBB場景設(shè)計(jì)，典型采用7：3或8：2等，即整體資源70%的時(shí)間用于下行，30%的時(shí)間用于上行，因此下行單用戶速率可以達(dá)到1.5Gbps，上行只有280Mbps；而手機(jī)收下行數(shù)據(jù)時(shí)，反饋ACK/NACK需要等到上行時(shí)隙到來才能發(fā)送，因此造成7:3配比下最大時(shí)延約4.2ms，平均時(shí)延約2.5ms。

隨著5G 2B業(yè)務(wù)發(fā)展，下行體驗(yàn)不變的情況下大幅提升上行體驗(yàn)并縮短時(shí)延，是對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出的新的需求和挑戰(zhàn)。

上行覆蓋的挑戰(zhàn)

無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的短板在上行?；竟β士蛇_(dá)200W，基站向手機(jī)發(fā)送信號(hào)時(shí)，下行覆蓋距離不用擔(dān)心。但手機(jī)的發(fā)射功率只有0.2W，手機(jī)向基站發(fā)射信號(hào)時(shí)，上行覆蓋距離有限。

這就好比基站發(fā)射信號(hào)像用高音大喇叭喊話可以傳幾公里，手機(jī)發(fā)射信號(hào)像靠嘴喊只能傳幾百米，雙方通信的距離就只能以手機(jī)發(fā)射信號(hào)的距離為準(zhǔn)。

而且頻段越高，覆蓋距離越短，3.5G頻段相比4G主力頻段1.8G/2.1G頻段覆蓋少50%。

怎么辦？

目前業(yè)界主要的解決方案有兩種，一種是采用TDD +FDD的載波聚合技術(shù)（CA），一種是將FDD低頻的上行頻段做補(bǔ)充的技術(shù)（SUL）。其中：

上行CA：在3.5G基礎(chǔ)上增開低頻通道做上行，讓流量同時(shí)承載于高頻段+低頻段，提升覆蓋和體驗(yàn)。但CA技術(shù)存在兩大問題：一是兩個(gè)頻段上行只能各占一個(gè)通道，導(dǎo)致3.5G頻段無法充分發(fā)揮雙通道大帶寬優(yōu)勢，同時(shí)每個(gè)通道功率小于20dbm，導(dǎo)致上行收縮3dB，二是終端產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，目前無TDD+FDD上行載波聚合的終端并無任何實(shí)現(xiàn)路標(biāo)。

SUL：在遠(yuǎn)點(diǎn)3.5G上行無覆蓋的地方增開低頻做上行，高頻段上傳輸5G下行，在低頻上傳輸5G上行，從而提升5G上行覆蓋。SUL雖然解決了上行覆蓋問題，但用戶在近中點(diǎn)依然只使用3.5G的上下行頻譜，對(duì)于近中點(diǎn)用戶體驗(yàn)和時(shí)延無任何改善。

還有沒有更好辦法？幾天前，中國電信和華為在MWC2019上海展發(fā)布會(huì)上聯(lián)合提出了一種新的解決方案，叫5G超級(jí)上行。

超級(jí)上行，光聽名字就讓人感覺很牛掰的樣子，它的背后到底是啥原理？

啥叫超級(jí)上行？

提升上行帶寬

縮短網(wǎng)絡(luò)時(shí)延

5G TDD 3.5G上行帶寬不夠，就用FDD上行帶寬來補(bǔ)充，通過TDD+FDD的方式合力提升上行吞吐率，并縮短時(shí)延。

這就相當(dāng)于加開了一條FDD上行車道，從此上行車輛不用分時(shí)段限行，全時(shí)段暢通無阻。

與上行CA和SUL不同的是，當(dāng)3.5G頻段傳送上行數(shù)據(jù)時(shí)，F(xiàn)DD上行不傳送數(shù)據(jù)。這樣可以充分利用3.5G 100M大帶寬和終端雙通道發(fā)射的優(yōu)勢提升上行吞吐率（3.5G 100Mhz+終端雙通道發(fā)射 VS FDD 20Mhz+終端單通道發(fā)射），同時(shí)確保每個(gè)通道最大發(fā)射功率達(dá)到23dBm，提升3dB覆蓋。

當(dāng)3.5G傳送下行數(shù)據(jù)時(shí)，F(xiàn)DD傳送上行數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)了FDD和TDD時(shí)隙級(jí)的轉(zhuǎn)換，保證全時(shí)隙均有上行數(shù)據(jù)傳送。

從時(shí)域圖上來看，它們就是這樣子的：

從速率上分析，3.5G 64QAM上行峰值約為280Mbps，2.1G 64QAM上行速率約為90Mbps。超級(jí)上行打開后，理論上行峰值速率可達(dá)到280+0.7*90=343Mbps，速率提升20%。

從時(shí)延上分析，筆者從發(fā)布會(huì)上的信息了解到，由于ACK/NACK反饋更加及時(shí)，可以使TDD的時(shí)延從最大4.2ms降低到2ms以內(nèi)，時(shí)延降低60%。

增強(qiáng)上行覆蓋

3.5G上行覆蓋受限，當(dāng)終端遠(yuǎn)離基站，離開3.5G上行覆蓋范圍時(shí)，超級(jí)上行可以使用FDD低頻段，來補(bǔ)齊TDD上行覆蓋短板，從而擴(kuò)大覆蓋范圍。

超級(jí)上行在提升上行速率的同時(shí)，也會(huì)更及時(shí)準(zhǔn)確的對(duì)下行數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋，帶來下行速率的提升。

從發(fā)布會(huì)現(xiàn)場展示的數(shù)據(jù)來看，采用超級(jí)上行后，手機(jī)在覆蓋邊緣的上行速率提升高達(dá)4-5倍。

簡單的講，所謂超級(jí)上行，就是將TDD和FDD協(xié)同、高頻和低頻互補(bǔ)、時(shí)域和頻域聚合，充分發(fā)揮3.5G大帶寬能力和FDD頻段低、穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)，既提升了上行帶寬，又提升了上行覆蓋，同時(shí)縮短網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。它是無線通信首個(gè)時(shí)頻結(jié)合的技術(shù)，是面向2B/2C市場的最優(yōu)速率/時(shí)延解決方案，是無線通信又一個(gè)里程碑式的創(chuàng)新，具有跨時(shí)代的意義。

附：幾種上行增強(qiáng)技術(shù)關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比

面向5G時(shí)代，遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智慧安防、智能工廠、視頻直播等各種各樣的5G應(yīng)用都需上行低時(shí)延、大帶寬能力來支撐。毫不夸張的講，只有提升網(wǎng)絡(luò)上行能力，才能真正實(shí)現(xiàn)“5G改變社會(huì)“的夢想。

當(dāng)前超級(jí)上行解決方案需要從芯片、終端、基站等端到端能力支持，為此，中國電信在MWC上呼吁全產(chǎn)業(yè)鏈的合作伙伴共同參與技術(shù)驗(yàn)證、部署和應(yīng)用，全力支持超級(jí)上行技術(shù)落地。