利用超級(jí)上行和輔助上行解決5G上行受限的應(yīng)用研究

摘要：5G時(shí)代，通信對(duì)象既有傳統(tǒng)的2C個(gè)人客戶，也有新興的2B行業(yè)用戶，傳統(tǒng)個(gè)人客戶發(fā)展已進(jìn)入瓶頸，新興的2B行業(yè)客戶，成為運(yùn)營(yíng)商發(fā)展的新引擎。中國(guó)移動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)的工作頻段主要是TDD制式2.6G，頻段高、上行資源少，導(dǎo)致上行覆蓋能力弱、上行容量不足，難以支撐2B行業(yè)的高清視頻業(yè)務(wù)需求。因此，發(fā)展2B行業(yè)客戶，首先要解決5G網(wǎng)絡(luò)上行受限問(wèn)題，本篇文章，旨在利用“超級(jí)上行+輔助上行”技術(shù)，在5G覆蓋良好區(qū)域內(nèi)提高上行容量，在5G覆蓋受限區(qū)域，提高上行覆蓋能力，以提升網(wǎng)絡(luò)對(duì)視頻類2B業(yè)務(wù)的上行數(shù)據(jù)速率、時(shí)延、容量需求。

關(guān)鍵詞：5G超級(jí)上行；5G輔助上行；5G；2B行業(yè)應(yīng)用；5G上行受限

一、引言

2B行業(yè)應(yīng)用對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的需求，主要是上行大帶寬、下行大帶寬、時(shí)延低，5G終端產(chǎn)生海量視頻數(shù)據(jù)，自下而上進(jìn)行回傳。2.6G網(wǎng)絡(luò)的頻段高導(dǎo)致上行覆蓋能力變?nèi)?，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(yè)應(yīng)用落地與發(fā)展的痛點(diǎn)，為此，運(yùn)營(yíng)商不斷進(jìn)行解決5G上行受限的技術(shù)探索，下面是筆者的探索與實(shí)踐，供參考。

二、2B行業(yè)應(yīng)用對(duì)5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的需求

2B行業(yè)應(yīng)用對(duì)5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的需求，大致分為三類，一是視頻回傳、現(xiàn)場(chǎng)直播、視頻實(shí)時(shí)交互等視頻類，需要網(wǎng)絡(luò)上行、下行大帶寬；二是工業(yè)車間機(jī)器臂、遠(yuǎn)程車輛操控、無(wú)人駕駛等操作控制類，需要網(wǎng)絡(luò)高可靠性極低時(shí)延；三是遠(yuǎn)程定時(shí)數(shù)量采集、數(shù)據(jù)回傳，需要網(wǎng)絡(luò)支持海量客戶連接且終端節(jié)電。

第一類：2B行業(yè)應(yīng)用，是運(yùn)營(yíng)商目前發(fā)展的重點(diǎn)，業(yè)務(wù)有視頻監(jiān)控、醫(yī)療影像、機(jī)器視覺(jué)、無(wú)人機(jī)視頻回傳、遠(yuǎn)程醫(yī)療、4K/8K高清直播回傳、AR/VR等，視頻數(shù)據(jù)格式有720P、1080P、4K、8K，當(dāng)以1K及以上視頻格式進(jìn)行上傳、下載時(shí)，需要5G網(wǎng)絡(luò)速率達(dá)到10M～100Mbps，目前5G網(wǎng)絡(luò)可滿足客戶下行速率需求，上行速率在客戶較少時(shí)可以滿足需求，小區(qū)客戶增多時(shí)難以滿足。

第二類：2B行業(yè)應(yīng)用，如無(wú)人駕駛、工廠機(jī)器臂、遠(yuǎn)程車輛操控、工業(yè)自動(dòng)化等業(yè)務(wù)，有高清視頻格式數(shù)據(jù)需求，存在的問(wèn)題同第一類。無(wú)高清視頻格式數(shù)據(jù)需求的，其上行、下行數(shù)據(jù)量一般較小，對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的需求是高可靠性、極低時(shí)延，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)調(diào)整，可以達(dá)到可靠性99.999%、用戶面時(shí)延1ms的業(yè)務(wù)需求。

第三類：2B行業(yè)應(yīng)用，如遠(yuǎn)程抄表、穿戴設(shè)備、煙感、門禁、氣象數(shù)據(jù)上報(bào)、共享單車等，其數(shù)據(jù)量極少，需求是海量接入、終端節(jié)電，目前其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚未凍結(jié)，本文不再討論。

三、2B行業(yè)應(yīng)用落地與發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)難題

目前運(yùn)營(yíng)商已建成5G基站150萬(wàn)個(gè)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋到市區(qū)、縣城城區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、部分農(nóng)村，具備發(fā)展2B業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。中國(guó)移動(dòng)在推進(jìn)2B行業(yè)應(yīng)用落地遇到的難題如下：

難題1：5G上行資源少導(dǎo)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(qū)受廣電干擾過(guò)半，發(fā)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(shù)量、不同位置進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果是5G網(wǎng)絡(luò)上行資源，基本滿足普通視頻要求，但小區(qū)客戶增多后無(wú)法滿足高清、超高清視頻要求。測(cè)試上行速率如表1。

難題2：5G頻段高導(dǎo)致上行覆蓋能力受限

5G網(wǎng)絡(luò)頻段高，無(wú)線信號(hào)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(cè)試結(jié)果是上行覆蓋能力較弱，測(cè)試覆蓋距離如表2。

難題3：5G室分?jǐn)?shù)量少導(dǎo)致上下行覆蓋不足

當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，4G室分?jǐn)?shù)量占比18.23%，5G室分?jǐn)?shù)量占比5.72%，5G室分規(guī)模較低，由于5G頻段高造成的無(wú)線信號(hào)穿透能力差，5G室分需求實(shí)際上高于4G，室分小區(qū)數(shù)量少，室內(nèi)覆蓋不足區(qū)域變多，手機(jī)接收電平值低，無(wú)法使用高階編碼，從而影響上行速率。

受網(wǎng)絡(luò)投資、建設(shè)成本制約，未來(lái)5G室分會(huì)增加建設(shè)力度，但難以短時(shí)間達(dá)到遠(yuǎn)超4G室分規(guī)模，增強(qiáng)5G室外宏站覆蓋能力，以覆蓋室外場(chǎng)景和大部分室內(nèi)場(chǎng)景，少部分室內(nèi)等待室內(nèi)分布系統(tǒng)來(lái)覆蓋，成為運(yùn)營(yíng)商的總體建設(shè)原則。

四、利用“超級(jí)上行+輔助上行”解決5G上行受限的思路與技術(shù)原理

5G手機(jī)滿發(fā)射功率僅0.2W，上行發(fā)射功率低且沒(méi)有提升功率空間，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上下行鏈路平衡才能正常通信，因此，無(wú)法通過(guò)增加手機(jī)發(fā)射功率的方法，達(dá)到提高上行覆蓋的目的。

5G技術(shù)支持上下行解耦，如果在2.6G頻段基礎(chǔ)上，引入上行FDD1800M頻段，在2.6G頻段上行覆蓋良好區(qū)域，采用超時(shí)上行方案，在2.6G頻段上行受限區(qū)域，采用SUL輔助上行方案。通過(guò)TDD和FDD資源協(xié)同、高頻和低頻互補(bǔ)、時(shí)域和頻域聚合，充分發(fā)揮2.6G大帶寬能力與FDD頻段低、穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)，既增加上行帶寬，又提升上行覆蓋，同時(shí)還縮短了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。將是面向2B行業(yè)應(yīng)用的最優(yōu)解決方案，該解決方案以下稱“超級(jí)上行+SUL輔助上行”方案，技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路如圖1所示。

超級(jí)上行技術(shù)原理是，在2.6G上行覆蓋良好區(qū)域，上行引入FDD1800M，當(dāng)基站使用2.6G傳送下行數(shù)據(jù)時(shí)，客戶使用FDD1800M傳送上行數(shù)據(jù)，當(dāng)2.6G時(shí)隙切換到上行時(shí)，客戶改回使用2.6G上傳數(shù)據(jù)，不再使用FDD1800M上傳數(shù)據(jù)，從而增加上行容量，減少上行時(shí)延。

SUL輔助上行技術(shù)原理是，在2.6G上行覆蓋受限區(qū)域，上行引入FDD1800M，當(dāng)基站使用2.6G傳送下行數(shù)據(jù)時(shí)，客戶使用FDD1800M傳送上行數(shù)據(jù)，當(dāng)2.6G時(shí)隙切換到上行時(shí)，客戶不使用2.6G上傳數(shù)據(jù)，仍使用FDD1800M上傳數(shù)據(jù)，上行采用低頻段，上行信號(hào)覆蓋能力大大增強(qiáng)，同時(shí)，減少上行時(shí)延。

采用這兩種技術(shù)后，充分利用2.6G 100M大帶寬和終端雙通道上行發(fā)射的優(yōu)勢(shì)，又充分利用FDD1800M的20Mhz+終端單通道發(fā)射覆蓋能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，其空口幀結(jié)構(gòu)如圖2所示。

五、“超級(jí)上行+輔助上行”方案實(shí)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(qū)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，F(xiàn)DD射頻模塊RRU3971或RRU3959。

第二步：基站數(shù)據(jù)修改

1）建立100M 2.6G小區(qū)，網(wǎng)絡(luò)模式為SA，配置數(shù)據(jù)與正常開通2.6G小區(qū)一樣。

建立1.8G SUL小區(qū)，增加一個(gè)FDD1800小區(qū)。

配置PCC的輔助上行小區(qū)，打開FDD1800M小區(qū)的輔助上行功能。

上行增強(qiáng)開關(guān)，打開FDD1800M小區(qū)的超級(jí)上行功能。

六、“超級(jí)上行+輔助上行”方案應(yīng)用效果

（一）上行覆蓋增強(qiáng)效果明顯

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(qiáng)效果明顯

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，功能開通后，5G上行容量增加80-120%，網(wǎng)絡(luò)承載能力增強(qiáng)。

（三）上行速率客戶體驗(yàn)良好

拉網(wǎng)絡(luò)測(cè)，“超級(jí)上行+輔助上行”開通前，2.6G編碼64QAM時(shí)上行速率最高為280Mbps，1.8G編碼64QAM時(shí)上行速率最高為90Mbps。開通后，上行峰值速率達(dá)到280+0.7*90=343Mbps，速率總體提升20%，其中近點(diǎn)提升20%-65%，遠(yuǎn)點(diǎn)提升100%-280%。

（四）上行時(shí)延客戶體驗(yàn)良好

FDD1800所有時(shí)隙均可以發(fā)送上行數(shù)據(jù)，ACK/NACK反饋更加及時(shí)，空口調(diào)度時(shí)延由4.2ms降到2ms以下。PHU軟件測(cè)ping大包時(shí)延由26.81ms降到16ms。進(jìn)行王者榮耀在線玩家對(duì)戰(zhàn)，端到端時(shí)延由52ms降至37ms。

七、“超級(jí)上行+輔助上行”方案優(yōu)點(diǎn)

1.費(fèi)用低廉。無(wú)需新增硬件投資，僅需基站版本升級(jí)、硬件光纖連接方式調(diào)整、割接至SA核心網(wǎng)、配置“超級(jí)上行+輔助上行”開關(guān)數(shù)據(jù)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(shí)延。

3.技術(shù)先進(jìn)。同時(shí)利用“超級(jí)上行+輔助上行”兩種技術(shù)，達(dá)到TDD和FDD資源協(xié)同、高頻和低頻互補(bǔ)、時(shí)域和頻域聚合，是2B行業(yè)應(yīng)用的新技術(shù)探索。

作者單位：張彥紅? ? 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)河南有限公司新鄉(xiāng)分公司

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]尤肖虎，潘志文，高西奇，等. 5G移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)與若干關(guān)鍵技術(shù)[J]. 中國(guó)科學(xué)：信息科學(xué)， 2014，44（5）：551-563.

[2]方琰歲，李立平，陳亞權(quán). 5G 2B專網(wǎng)解決方案和關(guān)鍵技術(shù)[J]. 移動(dòng)通信， 2020，44（8）：6.

[3]馬燕茹，黃元元. 5G 2B業(yè)務(wù)發(fā)展及核心網(wǎng)架構(gòu)演進(jìn)分析[J]. 電信快報(bào)， 2021（10）：5.

[4]平軍磊，劉揚(yáng)，羅君，等. 5G SA 2B網(wǎng)絡(luò)部署方案及切片應(yīng)用策略研究[J]. 郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2020（9）：6.