技术文章—什么是5G高低频组网

2020-10-22来源: 鲜枣课堂关键字:5G  高低频组网

目前,全球5G网络建设正处于如火如荼的阶段。根据数据统计,截止2020年8月,全球已有92个5G商用网络,覆盖38个国家和地区。

 

这些5G网络,基本上都采用了TDD的制式。

 

相信大家一定知道,4G LTE网络,就分为 FDD LTE和TDD LTE两种。

 

所谓的FDD和TDD,分别是指频分双工和时分双工。

 

 

FDD频分双工,是采用两个不同的频段,分别用于手机到基站的上行链路,以及基站到手机的下行链路。

 

TDD时分双工,则是上行与下行使用相同的频段传输。通过传输时间节点的不同,进行区分。

 

很显然,相对于FDD独占“车道”的方式,TDD要考虑上下行时隙分配与干扰抑制,技术实现上更为复杂。

 

但是,FDD的频谱资源利用率并不如TDD。

 

移动通信业务具有上下行数据流量不均衡的特点。例如,观看视频时,下行数据量很大,但上行很小。如果采用FDD,资源分配并不灵活,上行所占用的频段基本空闲。

 

而TDD支持上下行时隙灵活分配,下行流量大的场景,就下行时隙多一点,反之亦然。

 

 

4G时代,全球范围内FDD LTE网络的数量要多于TDD LTE。

 

到了5G时代,情况发生了变化。

 

5G实现高速率需要更大的频率带宽。在高频段,想要再像FDD一样,找两个对称大小的大频宽频段资源,实在是太难了。FDD较低的频率资源利用率,完全无法忍受。

 

而且,对于5G采用的大规模天线技术(Massive MIMO)来说,TDD拥有更好的信号互易性,更容易设计。

 

于是,综合种种因素,各大运营商在部署自己的5G网络时,纷纷转投了TDD的怀抱。真是应验了那句老话:“三十年河东,三十年河西”。

 

▊ 什么是高低频组网

 

到了这里,故事就结束了吗?当然没有。

 

5G采用TDD高频,意味着它必须面对一个比较棘手的问题——网络覆盖能力不足。

 

网络覆盖能力不足,主要是上行能力不足带来的。

 

下行,基站到手机,因为基站有更高的发射功率,加上波束赋形等技术的支持,一般都不会有什么问题。

 

 

上行,手机到基站,手机的天线功率很低,“嗓门小”,自然信号传播的距离就近,限制了手机和基站的通信距离(即限制了基站的覆盖范围)。

 

现在5G使用的都是比4G更高的频段,例如3.5GHz、4.9GHz频段等,穿透损耗更大,信号衰减更快。采用TDD,对覆盖能力的影响更加明显。

 

那么,该怎么解决这个问题呢?

 

专家们想到了上下行解耦,SUL(Supplementary Uplink,辅助上行)技术。

 

这个技术的思路非常简单,不是高频上行不足吗?那我们就从中低频“借点”频段资源,作为上行通道呗!

 

 

中低频穿透衰耗更小,传播距离更远,可以有效帮助5G提升覆盖范围。

 

虽然中低频的带宽更小,无法满足Gbps的大带宽业务需求,但是对于包括手机通信在内的大部分场景,完全可以应付。

 

再继续往下想,哪些中低频频段资源是适合“借用”的呢?

 

以2.1GHz为例,目前联通和电信在这个频段分别有25MHz、20MHz的频谱资源。这些资源暂时被4G LTE网络占用,但是属于频段重耕的首选。

 

电信和联通2.1GHz频率范围

 

我们不可能采取一刀切的方式,直接将这些资源用于5G NR,否则会对现在的4G网络用户体验造成影响。但是,可以通过动态频谱共享(DSS)技术,让4G/5G网络共享这段频谱资源。

 

 

这么一来,我们就形成了“中低频FDD NR+高频TDD NR”的组网方式,可以称之为“高低频组网”。

 

传统的SUL辅助上行,在中近距离使用3.5GHz进行上下行,当距离越来越远,3.5GHz上行“够不着”的时候,激活SUL,由2.1GHz替代3.5GHz,负责上行。

 

传统SUL辅助上行

 

那么,这就意味着,在大部分的时间里(中近距离下),辅助上行是空闲的。

 

于是,华为就提出了“超级上行”。也就是说,在中近距离下,也使用辅助上行资源,与TDD主载波进行配合,轮发上行数据,增强上行能力。

 

超级上行

 

这无疑是一个很实用的idea,打破了载波聚合必须频谱“捆绑”的限制。

 

此外,华为还独创性地推出了FDD 5G广播信道窄波束技术,以及TDD 5G广播信道智能寻优技术。

 

FDD 5G广播信道窄波束技术,区别于传统的一个广播宽波束,而是采用了两个广播窄波束轮询,可以增加3dB的覆盖,提升VoNR业务深度和广度覆盖。

 

广播信道窄波束技术

 

TDD系统广播信道智能寻优,主要是将广播信道进行波束赋形,轮询扫描,通过AI智能识别覆盖场景和用户分布情况,提供多种波束组合进行智能匹配,使用户体验和频谱效率达到最优。 

 

 

广播信道智能寻优技术

 

▊ 标准制定与终端支持

 

“中低频FDD NR+高频TDD NR”的组网方式是否能够落地,还要看标准是否允许,终端是否支持。

 

虽然一直以来TDD NR都是运营商和设备商的优先选项,但FDD NR并没有被标准制定者遗忘。

 

2020年7月3日,3GPP R16版本标准冻结。该版本针对5G的2C和2B场景进行了全面增强,其中就包括FDD NR增强。

 

 

目前,NR/DSS FDD大带宽的标准化工作已经完成,其中就包括2.1GHz NR FDD和700MHz NR FDD。

 

此外,FDD大带宽下行载波聚合(CA)和辅助上行(SUL)目前已经立项,处于积极推进的状态。

 

终端方面,目前包括华为、高通在内的主流芯片均已全面支持3.5G/2.6G/2.1G/1.8G NR,部分支持700MHz NR。到2021年,5G芯片对大带宽FDD NR和大带宽SUL的支持也将实现。

 

▊ 高低频组网的作用

 

未来,针对城区和郊县等不同需求场景,5G网络最为合理部署方式,就是通过TDD NR实现大带宽,通过FDD NR实现补充覆盖和上行增强。

 

5G FDD NR除了弥补TDD NR的上行短板,增强农村地区覆盖等作用之外,还有增强城区深度覆盖的作用。

 

城区宏站采用高低频结合,可以提升室外覆盖率。更强的穿透能力,可以帮助覆盖室内,节省5G室分系统的投资。

 

甚至说,通过协同运维,可以在夜晚或者负荷较小的时间段,在网络KPI保证稳定的前提下,通过休眠部分网络,实现能耗节约目标。

 

 

总而言之,高低频组网充分结合了TDD大带宽和FDD远覆盖的优势,是一个非常“接地气”的5G组网策略。

 

关键字:5G  高低频组网 编辑:muyan 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/wltx/ic513945.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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