5G高低频组网,到底是什么意思?

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本文来自 鲜枣课堂
 
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。
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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。
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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。
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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!
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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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。
 
好啦,以上就是关于5G高低频组网的内容。感谢大家的耐心阅读!
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