我們為什么需要“大上行”?
最近這段時間,國內各地運營商密集發布5G-A套餐,掀起了一股頗具規模的5G-A商用浪潮。
在宣傳5G-A的時候,有一個詞經常會掛在運營商的嘴邊,作為5G-A的核心亮點進行推介。
這個詞,就是——“大上行”。
運營商們是這么說的:“5G-A相比5G有十倍的理論速率提升,將會推動移動通信邁入‘下行萬兆,上行千兆’時代。大上行,將滿足AI時代的用戶場景需求,帶來全新的網絡體驗。”
那么,為什么運營商們都開始強調“大上行”的重要性呢?這背后有著怎樣的技術背景和市場需求呢?5G-A,在技術上又是如何實現“大上行”的呢?
今天這篇文章,小棗君就和大家深入聊聊這個話題。
傳統上行,為什么這么慢?
所謂“大上行”,就是更高的上行連接速率。
大家都知道,像手機這樣的移動終端,既會從基站接收數據,也會向基站發送數據。前者是下行,后者是上行。
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上行和上行的通信速率,一直都是不平等的。上行速率明顯慢于上行速率。
原因很簡單,蜂窩移動通信一直都是中心化的架構,一個基站服務幾百上千個終端。
基站的無線發射功率比手機大3個數量級,信號更強,傳播距離更遠。
5G基站
這就好比在一個操場上,一個老師和N個學生說話,為了能讓學生們能聽見,老師會拿一個大話筒。而學生手里沒有話筒。所以,學生很容易可以聽清老師的聲音,而老師卻很難聽見學生的聲音。
站在手機的角度,不僅手機的發射功率小,它的天線數量也有限制。一般來說,手機終端天線都是2T4R(2發4收)或者1T2R(1發2收),這也是不平衡的。
現代移動通信系統在設計的時候,就偏向于下行。例如,5G TDD的幀結構配置中,上行時隙和下行時隙的比例通常是3:7,下行多于上行。
此外,手機在接收下行數據后,還要占用上行帶寬回傳應答消息,進一步影響了上行的能力。
從具體的技術代際來看,4G(FDD LTE)的上行/下行理論速率分別是50Mbps和150Mbps,5G NR的上行/下行理論速率分別是200-300Mbps和1.5-2Gbps(視具體頻段和配置而定)。可以看出,無論是4G還是5G,上行速率都明顯低于下行速率。
我們為什么需要提升上行?
上行弱于下行,是通信網絡中心化架構決定的。從某種意義上來說,也屬于“歷史遺留問題”。
移動通信的早期發展階段,主要用于人與人之間的通訊,業務也以語音通話和短信為主。這種通信業務雖然屬于點對點,但對通信帶寬的要求不高。
后來,互聯網崛起,越來越多的網站和內容服務提供商出現。內容的形式,也從文本向音視頻等多媒體演進。整個網絡開始變成了中心化的業務架構。
在這種架構下,大部分的通信需求,是需要將多媒體內容從數據中心傳輸到手機終端。這顯然屬于下行需求,所以,那一時期的移動通信網絡,會偏向于加強下行能力。
如今,時代又發生了劇烈的變化。
由于攝像頭等技術的不斷升級,終端具備了很強的影像采集能力,催生出了高清視頻通話、視頻會議、視頻直播等新型業務。這些業務,對移動通信網絡的上行能力提出了更高的要求。網絡業務的模式,從“下行為主”開始走向“上下行并重”。
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除了手機之外,不斷發展的物聯網,也對上行能力有更高要求。物聯網的業務類型包括控制和采集。就采集而言,同樣也包括了大量的視頻終端(例如工業攝像頭、交通攝像頭、安防攝像頭等)上傳數據需求。
物聯網的終端規模更大,有些工業場景(例如智能制造)采集的視頻分辨率極高,不僅需要更高的上行速率,還需要更低的上行傳輸時延。
如果說視頻業務只是對上行能力提出了初步考驗,那么,正在快速崛起的移動AI,將會讓這個考驗變得更加嚴峻。
AI是典型的數據驅動型業務。和AI相關的業務,例如AI助理、實時翻譯、圖像識別等,都需要將大量的原始數據(如語音、視頻、環境信息)上傳至云端處理。一些AI應用涉及到多模態交互(文本、語音、視頻、AR等),對上行鏈路的帶寬、時延、穩定性也有多樣化的要求。
如大家所見,AI端側應用正在加速走向以Agent為中心的交互方式。80%的Agent交互場景,對上行的需求超過下行。
除了手機消費類AI應用之外,行業AI應用對上行能力會帶來更大的挑戰。海量的場景數據需要上傳云端,經過處理后成為大模型訓練的樣本數據。
例如車聯網場景,自動駕駛車輛每秒需要上傳的環境感知數據,就高達數GB。
總而言之,在視頻業務、AI業務的多重壓力下,移動通信網絡的上行能力提升變得迫在眉睫。在新一代移動通信技術標準5G-A中重點加強上行能力,打造Gbps級的上行速率,也成為整個行業的普遍共識。
怎樣才能提升上行能力?
那么,5G-A究竟該如何實現“大上行”的呢?
在此前的5G早期階段,其實已經開始研究如何提升上行能力。
例如,在5G中引入的SUL(Supplementary Upload,輔助上行)技術,通過增開LTE FDD低頻(例如1.8GHz頻段)做上行,高頻段NR TDD做下行,可以一定程度解決手機發射功率弱導致的遠點上行瓶頸。
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SUL(輔助上行)
再例如,通過適當修改幀結構,增加上行時隙,可以提升數倍的上行速率。或者,在上行中采用CA載波聚合,也可以提升上行能力。
2019年,華為和中國電信還聯合發布了“超級上行”技術,通過TDD/FDD協同、高頻/低頻互補、時域/頻域聚合等方式,解決上行帶寬不足和覆蓋受限的問題。
在5G-A時代,業界基于這些嘗試,進行了更加深入的探索。
我們來看看近期的一些最新進展:
不久前,浙江移動聯合華為等單位,在杭州率先完成全國首個F/A SUL(Supplementary Uplink)大上行外場規模組網技術驗證。
F/A SUL技術通過在錨點站(本次試點采用4.9GHz)下行時隙內引入F頻段(1880~1900MHz)或A頻段(2010~2025MHz)全上行頻譜,實現“異頻同時上行”,突破傳統TDD鏈路的上行資源瓶頸。
這次驗證實現商用終端單用戶上行峰值超1Gbps,證明了F/A SUL技術的上行能力,也為下一階段的商用規模組網驗證奠定了基礎。
業界首款F/A SUL大規模天線陣列AAU
上個月,浙江電信、浙江聯通、華為攜手,共同完成1.8GHz + 2.1GHz雙頻8T8R基站創新商用驗證,5G單用戶上行速率突破1.1Gbps。
此次商用驗證采用的1.8GHz + 2.1GHz雙頻8T8R基站具備頻分雙工(FDD)上下行各95MHz大帶寬能力,通過上行載波聚合(CA)和單用戶多輸入多輸出(SU-MIMO)技術的協同作用,有效提升了基站的上行能力。
6月19日,也就是2025 MWC上海展期間,中國電信聯合華為共同舉辦了5G-A“智聚大上行”聯合創新發布會。他們提出的“智聚大上行”技術,非常值得關注。
該技術包括智能頻譜聚合、智能小區協同、智能鏈路管理三大創新,充分挖掘多天線的上行覆蓋能力,并結合分布式UCN(User-Centric Network,用戶中心網絡)和時頻制空功全資源實時共享,引入無線智能化技術,構筑無線網絡AI業務承載網。
5G-A“智聚大上行”聯合創新發布會
智能頻譜聚合,是指以往傳統4G/5G不能做到頻譜跨制式靈活分配,而采用這個創新之后,可以實現跨制式智能頻譜池化,將部分4G上行頻譜“借給”5G上行使用。
智能小區協同,是在組網上進行創新,讓多個網絡級小區進行智能協同,為用戶提供確定性時延保障。
智能鏈路創新,是指通過智能信道追蹤,智能化重構上行鏈路,實現極致的頻譜效率。
根據發布會上的數據,這些創新可以讓5G-A網絡具備精準預估能力,讓時延降低超30%,上行速率提升超15%,邊緣體驗提升超15%。
最后的話
目前,5G-A在國內的發展已經進入了快車道。三大運營商已在國內31個省份,300余個城市部署5G-A網絡,覆蓋核心商圈、交通樞紐、工業園區等關鍵場景,預計可支撐5000萬用戶。
具體來看,中國移動5G-A商用城市已超330個,2025年中國移動將投入98億元推進5G-A商用,預計年底發展5000萬5G-A用戶。中國聯通計劃2025年在39個重點城市主城區全面啟動5G-A業務,其他300余城市重點場景啟動5G-A業務。中國電信2024年在121個城市規模部署了約7萬5G-A基站。2025年,他們計劃進一步擴大5G-A基站覆蓋規模,覆蓋至超過150個重點城市。
隨著5G-A網絡的不斷普及,越來越多的用戶將會享受到包括“大上行”在內的卓越網絡體驗。“大上行”的推進,不僅僅是技術上的革新,更是對未來網絡需求的積極響應。希望產業鏈各方能夠共同努力,加速推動這項技術的創新升級和應用拓展,為移動AI時代的到來奠定堅實的基礎。