利用超級上行和輔助上行解決5G上行受限的應用研究

摘要：5G時代，通信對象既有傳統的2C個人客戶，也有新興的2B行業用戶，傳統個人客戶發展已進入瓶頸，新興的2B行業客戶，成為運營商發展的新引擎。中國移動5G網絡的工作頻段主要是TDD制式2.6G，頻段高、上行資源少，導致上行覆蓋能力弱、上行容量不足，難以支撐2B行業的高清視頻業務需求。因此，發展2B行業客戶，首先要解決5G網絡上行受限問題，本篇文章，旨在利用“超級上行+輔助上行”技術，在5G覆蓋良好區域內提高上行容量，在5G覆蓋受限區域，提高上行覆蓋能力，以提升網絡對視頻類2B業務的上行數據速率、時延、容量需求。

關鍵詞：5G超級上行；5G輔助上行；5G；2B行業應用；5G上行受限

一、引言

2B行業應用對5G網絡的需求，主要是上行大帶寬、下行大帶寬、時延低，5G終端產生海量視頻數據，自下而上進行回傳。2.6G網絡的頻段高導致上行覆蓋能力變弱，TDD制式又決定了上行資源少，因此，5G上行容量受限、上行覆蓋能力受限，成為制約2B行業應用落地與發展的痛點，為此，運營商不斷進行解決5G上行受限的技術探索，下面是筆者的探索與實踐，供參考。

二、2B行業應用對5G無線網絡的需求

2B行業應用對5G無線網絡的需求，大致分為三類，一是視頻回傳、現場直播、視頻實時交互等視頻類，需要網絡上行、下行大帶寬；二是工業車間機器臂、遠程車輛操控、無人駕駛等操作控制類，需要網絡高可靠性極低時延；三是遠程定時數量采集、數據回傳，需要網絡支持海量客戶連接且終端節電。

第一類：2B行業應用，是運營商目前發展的重點，業務有視頻監控、醫療影像、機器視覺、無人機視頻回傳、遠程醫療、4K/8K高清直播回傳、AR/VR等，視頻數據格式有720P、1080P、4K、8K，當以1K及以上視頻格式進行上傳、下載時，需要5G網絡速率達到10M～100Mbps，目前5G網絡可滿足客戶下行速率需求，上行速率在客戶較少時可以滿足需求，小區客戶增多時難以滿足。

第二類：2B行業應用，如無人駕駛、工廠機器臂、遠程車輛操控、工業自動化等業務，有高清視頻格式數據需求，存在的問題同第一類。無高清視頻格式數據需求的，其上行、下行數據量一般較小，對5G網絡的需求是高可靠性、極低時延，通過網絡調整，可以達到可靠性99.999%、用戶面時延1ms的業務需求。

第三類：2B行業應用，如遠程抄表、穿戴設備、煙感、門禁、氣象數據上報、共享單車等，其數據量極少，需求是海量接入、終端節電，目前其技術標準尚未凍結，本文不再討論。

三、2B行業應用落地與發展的網絡難題

目前運營商已建成5G基站150萬個，網絡覆蓋到市區、縣城城區、鄉鎮、部分農村，具備發展2B業務的網絡基礎。中國移動在推進2B行業應用落地遇到的難題如下：

難題1：5G上行資源少導致上行容量受限

TDD制式上下行子幀配比為8：2，80%用于下行，20%資源用于上行，2.6G上行帶寬20M。4.9G上行帶寬60M。FDD制式700M頻段，上行資源30M（目前700M小區受廣電干擾過半，發揮作用有限），5G上行資源較少，而上行資源少直接影響了上行速率。

上行速率要求是，普通視頻3-5Mbps，高清視頻10Mbps，超高清視頻50Mbps，選取不同客戶數量、不同位置進行測試，結果是5G網絡上行資源，基本滿足普通視頻要求，但小區客戶增多后無法滿足高清、超高清視頻要求。測試上行速率如表1。

難題2：5G頻段高導致上行覆蓋能力受限

5G網絡頻段高，無線信號穿透能力差，造成覆蓋距離下降，選取不同頻段、不同邊緣速率要求，測試結果是上行覆蓋能力較弱，測試覆蓋距離如表2。

難題3：5G室分數量少導致上下行覆蓋不足

當前網絡規模，4G室分數量占比18.23%，5G室分數量占比5.72%，5G室分規模較低，由于5G頻段高造成的無線信號穿透能力差，5G室分需求實際上高于4G，室分小區數量少，室內覆蓋不足區域變多，手機接收電平值低，無法使用高階編碼，從而影響上行速率。

受網絡投資、建設成本制約，未來5G室分會增加建設力度，但難以短時間達到遠超4G室分規模，增強5G室外宏站覆蓋能力，以覆蓋室外場景和大部分室內場景，少部分室內等待室內分布系統來覆蓋，成為運營商的總體建設原則。

四、利用“超級上行+輔助上行”解決5G上行受限的思路與技術原理

5G手機滿發射功率僅0.2W，上行發射功率低且沒有提升功率空間，無線網絡上下行鏈路平衡才能正常通信，因此，無法通過增加手機發射功率的方法，達到提高上行覆蓋的目的。

5G技術支持上下行解耦，如果在2.6G頻段基礎上，引入上行FDD1800M頻段，在2.6G頻段上行覆蓋良好區域，采用超時上行方案，在2.6G頻段上行受限區域，采用SUL輔助上行方案。通過TDD和FDD資源協同、高頻和低頻互補、時域和頻域聚合，充分發揮2.6G大帶寬能力與FDD頻段低、穿透能力強的特點，既增加上行帶寬，又提升上行覆蓋，同時還縮短了網絡時延。將是面向2B行業應用的最優解決方案，該解決方案以下稱“超級上行+SUL輔助上行”方案，技術實現思路如圖1所示。

超級上行技術原理是，在2.6G上行覆蓋良好區域，上行引入FDD1800M，當基站使用2.6G傳送下行數據時，客戶使用FDD1800M傳送上行數據，當2.6G時隙切換到上行時，客戶改回使用2.6G上傳數據，不再使用FDD1800M上傳數據，從而增加上行容量，減少上行時延。

SUL輔助上行技術原理是，在2.6G上行覆蓋受限區域，上行引入FDD1800M，當基站使用2.6G傳送下行數據時，客戶使用FDD1800M傳送上行數據，當2.6G時隙切換到上行時，客戶不使用2.6G上傳數據，仍使用FDD1800M上傳數據，上行采用低頻段，上行信號覆蓋能力大大增強，同時，減少上行時延。

采用這兩種技術后，充分利用2.6G 100M大帶寬和終端雙通道上行發射的優勢，又充分利用FDD1800M的20Mhz+終端單通道發射覆蓋能力強的優勢，其空口幀結構如圖2所示。

五、“超級上行+輔助上行”方案實施

第一步：基站硬件部署

需將FDD1800和5G AAU共基帶板連接至5G BBU，如圖3所示。

將2.6G和FDD1800的小區建立在同一塊基帶板上，基帶板推薦使用UBBPg2d/6b（不支持全寬板），主控板建議使用UMTPg5。

傳輸建議配置10G回傳帶寬，不限速。

2.6G射頻模塊僅支持AAU5619或AAU5639，FDD射頻模塊RRU3971或RRU3959。

第二步：基站數據修改

1）建立100M 2.6G小區，網絡模式為SA，配置數據與正常開通2.6G小區一樣。

建立1.8G SUL小區，增加一個FDD1800小區。

配置PCC的輔助上行小區，打開FDD1800M小區的輔助上行功能。

上行增強開關，打開FDD1800M小區的超級上行功能。

六、“超級上行+輔助上行”方案應用效果

（一）上行覆蓋增強效果明顯

現場測試，在滿足邊緣速率5Mbps的情況下，功能開通前5G平均覆蓋距離530米，開通后上行覆蓋距離提升至688米，提升了30%。

（二）上行容量增強效果明顯

現場測試，功能開通后，5G上行容量增加80-120%，網絡承載能力增強。

（三）上行速率客戶體驗良好

拉網絡測，“超級上行+輔助上行”開通前，2.6G編碼64QAM時上行速率最高為280Mbps，1.8G編碼64QAM時上行速率最高為90Mbps。開通后，上行峰值速率達到280+0.7*90=343Mbps，速率總體提升20%，其中近點提升20%-65%，遠點提升100%-280%。

（四）上行時延客戶體驗良好

FDD1800所有時隙均可以發送上行數據，ACK/NACK反饋更加及時，空口調度時延由4.2ms降到2ms以下。PHU軟件測ping大包時延由26.81ms降到16ms。進行王者榮耀在線玩家對戰，端到端時延由52ms降至37ms。

七、“超級上行+輔助上行”方案優點

1.費用低廉。無需新增硬件投資，僅需基站版本升級、硬件光纖連接方式調整、割接至SA核心網、配置“超級上行+輔助上行”開關數據即可。

2.效果明顯。上行容量提升80%-120%，上行覆蓋提升30%，縮短了時延。

3.技術先進。同時利用“超級上行+輔助上行”兩種技術，達到TDD和FDD資源協同、高頻和低頻互補、時域和頻域聚合，是2B行業應用的新技術探索。

作者單位：張彥紅? ? 中國移動通信集團河南有限公司新鄉分公司

參? 考? 文? 獻

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