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5G時代，“快”仿佛成了最嘹亮的主打歌。

 

可是，5G在頻譜效率上跟4G相比并沒有本質的不同，因此只能靠增大信號帶寬來支撐。

于是5G最先建設的頻譜就落在了能提供連續幾百兆帶寬的3.5GHz，中國電信和聯通就各自獲取了該頻段100MHz的帶寬。

有了大帶寬的基礎，再加上Massive MIMO等技術的加持，5G的下行速率自然是高出天際。單用戶速率可達1.5Gbps，單小區吞吐量甚至能達到6~10Gbps。

可是，在這光鮮亮麗的下載速率背后，上行覆蓋不足的問題一直在隱隱作痛。

由于3.5GHz的頻率較高，跟3G和4G所用的2.1GHz或者1.8GHz相比，穿透損耗大，信號衰減快。

這對于基站來說倒也沒啥，體積大能力強發射功率大，還有波束賦形等技術支持，所以下行一般來說不成問題。

但對于上行來說就比較難了，手機體積小能力弱，且由于輻射指標的限制，在TDD場景下雙發場景下也就最大26dBm(0.4瓦)，平均23dBm(0.2瓦)的發射功率，路徑上還要經歷重重折損，離得稍微遠點，還沒到達基站就衰減殆盡了。

 

為了在達到5G的高速率的同時也能兼顧上行覆蓋，各路專家們是傷透了腦筋。最終也確實提出了一些切實可行的方案。

 

 

一、EN-DC雙連接

在5G初期，優先在熱點部署，必然是點狀覆蓋的。為了保證用戶體驗的連續性，最容易想到的方法就是借用4G完善的覆蓋，手機同時連接4G和5G兩條腿走路。5G這條腿一旦沒信號了，因為4G那條腿還在，業務也能正常進行。

這就是5G的非獨立組網(NSA)模式，最常用的是選項3x(Option3x)，4G負責控制面，5G作為容量的補充。這種方式也叫EN-DC(EnodeB NR Dual Connectify)雙連接。

 

 

以上圖為例，在4G和5G共同覆蓋范圍內(近中點)，手機可以同時連接5G 3.5GHz(TDD模式)和4G 2.1GHz(FDD模式)。

 

基站下行在4G和5G的上同時發送信息，容量為兩個載波之和。對于上行來說，手機在4G和5G上各用一根天線發送數據，共享23dBm的功率。

 

 

一旦手機移動出了5G的覆蓋范圍(遠點)，手機就只能斷開5G，只用4G了。雖然不再能享受到5G，但4G的容量和覆蓋也還是可以保證的。

 

 

這種方式雖然可以解決5G的覆蓋問題，但畢竟要看4G的臉色，5G想必是心有不甘的。再說了，NSA也只是過渡方案，最終5G還是要走上自力更生的獨立部署(SA)路線的。

 

 

二、5G內部有哪些覆蓋增強方案?

其實，5G定義的FR1頻譜，其實已經包含了從450MHz到6GHz的廣闊范圍，把2G/3G/4G正在使用的FDD低頻段頻譜全部囊括在內，只要這些前輩肯退頻分一些給5G用，5G還是有望獨立解決覆蓋問題的。

 

 

FDD模式的歷史悠久，一般頻段較低，帶寬較窄，700M，800M，900M，1800M，2100M等主流頻段都是FDD的;而TDD的頻段相對較高一些，但是帶寬大，比如2.3GHz，2.6GHz，3.5GHz，4.9GHz等等。

 

 

很容易想到，把這些低頻段和高頻段結合起來，都部署成5G，不就容量和覆蓋都解決了嗎!

 

那么，到底要怎么個高低頻結合法呢?大體上有下面兩種思路。

 

思路1：既然5G 3.5GHz的上行有問題，那我就拿出一段低頻，不獨立工作，專門做只上行的補充!這就是輔助上行(Supplementary Uplink，簡稱SUL)方案。

思路2：部署中頻(例如3.5GHz)和低頻(例如700MHz)兩個獨立的5G載波，再借助載波聚合技術，上下行同時增強!這就是載波聚合(Carrier Aggregation，簡稱CA)方案。

在思路1，也就是輔助上行方案的基礎上，電信和華為又提出了增強版本，除了在遠點增強上行覆蓋之外，還能在近中點增強上行容量。這就是“超級上行”方案。

在思路2，也就是載波聚合方案的基礎上，中興也提出了增強版本，在增強了上行覆蓋的基礎上，上下行的容量也都得到了增強。這就是“時頻雙聚合”方案。

 

 

 

三、從輔助上行到超級上行

所謂輔助上行，就是拿出一段低頻和主力的中頻(比如3.5GHz)小區綁定，低頻只做上行，不能獨立工作，只能作為上行的補充存在。

 

在上面的5G頻段表中，可以看到除了傳統的FDD和TDD之外，還有一些頻段被標識為SUL，這就是補充上行專用的。

 

 

從上圖可以看出，在小區近中點，5G的上下行還是使用3.5GHz，畢竟帶寬大速率高;到了遠點，3.5GHz不堪使用的時候，才會激活輔助上行，把上行任務從3.5GHz交接到2.1GHz。

 

這個方案有沒有改進的余地呢?

在TDD頻段，上下行是在不同的時間發送信息的。由于下載需求遠大于上傳，因此TDD上下行時間的分配是偏向下行的，主流的上下行時隙配比為3:7。

也就是說，在70%的時間里，上行就這么空著不發送任何數據。可是我們有用于上行增強的輔助上行啊，在小區近中點有這樣的資源不用，白白浪費多可惜。

于是，電信和華為對輔助上行的這個缺點進行了修正：在近中點把輔助上行也用起來，在主載波TDD的間隙上傳數據! 這就是“超級上行”解決方案。

 

 

在中頻主載波的TDD下行時隙，輔助上行就接過上行的重任;到了主載波的上行時隙，把上行又交還給主載波就行了。

 

 

這樣一來，TDD主載波和SUL輔助上行進行輪發，在近中點所有的時間都可以進行上行發送，不但上行速率得以提升，由于還降低了下行數據反饋的時延，間接提升了下行速率!

 

 

四、從載波聚合到時頻雙聚合

所謂載波聚合，就是把兩個完全獨立的載波捆綁在一起共同為一部手機服務。上行和下行的聚合需要同步進行。

因此，如果一個中頻TDD載波和一個低頻FDD載波聚合的話，就可以天然支持上行覆蓋的增強。

 

以TDD 3.5GHz加FDD 2.1GHz為例，無論在基站近中點還是遠點，下行都可實現雙載波聚合來進行容量增強。

 

 

上行在基站近中點，手機可以使用兩個頻段的載波共享23dBm的功率同時發送數據，在遠點，自然有FDD的上行來保底。

 

這個方案在遠點沒有問題，但在近中點，TDD和FDD各占用手機的一路天線并行發送數據是不經濟的。

因為TDD載波有100MHz的大帶寬，而FDD載波通常也就跟4G一樣只有20MHz，容量誰大誰小一目了然，還是讓TDD在自己的上行時隙盡量雙發來得劃算。

并且，由于TDD下行信道估計依賴于上行的SRS輪發，如果單天線發射就沒法輪發，也會對下行的波束賦形性能產生影響。

為了解決這兩個問題，電信聯合中興在載波聚合的框架下提出了“時頻雙聚合”方案，上行不但支持TDD和FDD并發，還支持了和超級上行類似的雙載波輪發，保證了近中點的容量。

依然以TDD 3.5GHz加FDD 2.1GHz為例，無論是在基站的近中點還是遠點，下行依然可以通過雙載波聚合來進行容量增強。

 

 

在近中點，在TDD的下行時隙，上行可通過2.1G載波以23dBm的功率來持續發送信號，到了TDD的上行時隙再切換為雙發在3.5G載波上發送，和超級上行如出一轍。

 

由此可見，時頻雙聚合方案在上行是非常靈活的，綜合起來可以有3種發送模式：

1. 下行TDD+FDD載波聚合，上行單天線FDD和雙天線TDD輪發，為小區近中點用戶提供最佳的上行性能;

 

 

2. 下行TDD+FDD載波聚合，上行雙天線TDD并發，為小區近中點有交調或者諧波干擾的用戶提供最佳性能;

 

 

3. 下行TDD+FDD載波聚合，上行單天線FDD，為小區遠點用戶提供最佳性能。

 

 

五、各種方案的優劣勢對比

對于NSA組網下EN-DC的上行覆蓋主要取決于4G，現階段4G已完成連續覆蓋，在此就不進行贅述了。

下面著重進行超級上行和時頻雙聚合的優劣勢對比。

1、覆蓋：這兩個方案性能類似，均取決于低頻載波的上行覆蓋能力。

2、容量：兩者都可增強近中點的上行容量，性能類似;但超級上行只增強上行，對下行沒有任何容量增強，時頻雙聚合可同時增強上行和下行。

3、時延：兩個方案均可以讓上行數據及時發送，下行數據及時確認，上行和下行時延均得以降低。

4、頻譜：輔助上行/超級上行需要一段專用的頻譜，而低頻段一般都被2/3/4G占據，完全重耕比較困難;載波聚合/時頻雙聚合的低頻段5G可以使用DSS(動態頻譜共享)技術跟4G共享，頻譜相對容易獲取。

5、復雜度：輔助上行/超級上行為小區內上行增強技術，實現簡單，無額外信令開銷;載波聚合/時頻雙聚合是小區間協調技術，涉及到輔載波的測量，增刪，切換等操作，靈活但是復雜度高，增加了額外信令開銷。

6、標準化：R15協議已支持輔助上行和下行載波聚合，對于超級上行以及時頻雙聚合所需的上行時分載波聚合仍在標準化討論中，在R16版本凍結。

7、芯片：華為海思芯片必然是要支持輔助上行/超級上行的，高通芯片明確支持載波聚合，后續是否能完全支持時頻雙聚合的所有功能還有待多方推動。

總體而言這兩個流派的上行增強技術各有千秋，具體誰能勝出就看后面雙方對于標準，芯片和終端的產業鏈推動了。

好了，本期的介紹就到這里，希望對大家有所幫助。

非常感謝能堅持看到最后。