5G上行增强技术白皮书(2020版)

中兴通讯5G 上行增强技术白皮书概 述5G 上行需要满足大带宽、低时延的高要求主流 5G 商用频段较高并采用 TDD 制式 5G NR 商用部署面临挑战5G 时代对上行性能提出高要求0202 04 总体架构对比 系统性能对比 小结 上行增强技术对比与分析15 16 16 载波聚合能力的增强，使得载波聚合的潜力进一步被释放 NN-DC 双连接 TDD 异帧 CA 上行增强技术的演进和发展17 18 18 缩略语 总结与展望3GPP Rel-15 包括多种上行增强技术 5G 双连接（EN-DC）技术 5G 载波聚合 (CA) 技术5G 补充上行链路 (SUL) 技术 3GPP Rel-16 引入 UL Tx Switching 技术进一步增强上行Uplink Tx Switching, 匹配终端能力最大化资源利用率Uplink Tx Switching (EN-DC)Uplink Tx Switching (UL Inter-band CA)Uplink Tx Switching (SUL)5G 时代的主要上行增强技术05 06 0709 111112 12130102151720 1905015G 具有更大的传输容量、更高的可靠性、更低的时延，不但可以满足 ToC 持续增长的大带宽移动互联网需求，还能够与垂直行业的多种业务融合，满足工业制造、交通、能源、医疗等 ToB 行业应用需求，因此 5G 作为新一代数字化基础设施，正在成为经济社会发展的新动能。同时随着移动互联网、物联网、云存储、智能监控等业务的多元化发展，海量数据的上传要求也快速增长，包括超高清视频通信、大数据采集、智能监控、AR/VR 视频直播等都对 5G 的性能，特别是上行容量、上行覆盖等提出了高要求。目前主流的 5G 商用部署频段主要为 3.5GHz/2.6GHz 等 TDD-NR 频段，这些频段的主要特点是带宽大、容量高，但由于穿透损耗相对较高、上行占空比较低等原因其上行覆盖、容量等方面都存在不足。因此为了保障多元化业务的发展、提升用户体验和降低部署成本，亟需提升 5G 网络的上行性能。业界已经提出了多种 5G 上行增强技术。 本白皮书按照标准的发展和演进，详细阐述了双连接、载波聚合和补充上行链路等技术的原理，进行了详细的对比分析，并展望了上行增强技术演进和发展。概述概 述025G 技术可以提供 10 倍于 4G 的峰值速率及用户体验速率、百万的连接数以及超低的空口时延。在 5G 商用初期主要聚焦于 eMBB 业务，满足大带宽移动互联网应用需求，如超高清视频、沉浸式游戏、全息视频、下一代社交网络等业务。其中，视频类业务图像分辨率发展到 4K、8K 等超高清技术，观看方式由单一平面视角向 VR 和自由视角发展，对通信网络带宽提出更高的要求；交互类业务的发展对通信网络的时延带来了更大的挑战。例如超高清视频类业务，从标清视频要求的几兆比特每秒的数据速率逐步提高到上百兆级别，时延要求降低到 20ms、甚至 10ms 以下。随着用户体验要求的提高、清晰度的提升、内容的丰富化、用户群体的扩大等呈逐步提升，带宽和时延等网络能力的5G 上行需要满足大带宽、低时延的高要求图 主流 5G 商用频段主流 5G 商用频段较高并采用 TDD 制式频谱是移动通信领域的核心资源。根据 3GPP 的划分，5G NR 主要包括了两大频谱范围：FR1 (410MHz-7125MHz) , 即 Sub-6GHz，和 FR2(24250MHz-52600MHz), 即毫米波。按照已经商用的 5G 商用网络部署情况来看，主流 Sub-6G 频段包括 3.5GHz、2.6GHz 等。这些频段在 3GPP 的定义如下：NR 工作频段上行工作频段下行工作频段双工模式n412496-2690 MHz2496-2690 MHzTDDn783300-3800 MHz3300-3800 MHzTDD需求还在不断提升。同时 5G 商用进程的全面开启和网络建设的加速推进，进一步推动 5G 从 ToC 领域持续向 ToB延伸。5G 与垂直行业的进一步融合应用，从更宽范围的业务需求、更丰富的功能、更可靠的性能等方面又对 5G通信网络提出更高、更严格的要求。无论是 ToC 还是 ToB 业务，都要满足上行数据发送需求，例如高清视频通信、网络游戏、大数据采集、智能监控、AR/VR 视频直播等海量数据的上传，而且这些业务的带宽、时延等要求随着移动互联网、物联网、云存储、智能监控等业务的多元化发展而不断提升。所以建设高质量的 5G商用网络，持续满足上行方向的大容量、低时延特性是商用部署的重点关注点之一。 5G 时代对上行性能提出高要求5G 时代对上行性能提出高要求无线通信在过去 30 年经历了突飞猛进的发展，从以话音为主的 2G 时代，发展到以数据为主的 3G/4G 时代，目前正在步入万物互联的 5G 时代。5G，作为新一代的移动通信技术，已经成为赋能各行各业的通用技术，呈现出不同于以往的新特点。03虽然 5G 网络中引入了 Massive MIMO 等先进技术，可以部分缩小与中低频段在传播损耗上的差异，中高频段的覆盖能力仍弱于传统低频段。频段相对较高目前低于 3GHz的大部分频段都已经分配给2G/3G/4G移动通信网络或者其他系统使用，因此5G商用网络主要采用中高频段。5G 的主流商用频段有以下特点：12 5G 时代对上行性能提出高要求 5G 时代对上行性能提出高要求采用时分双工，上行占空比低5G 的主流商用频段（例如 3.5GHz、2.6GHz 等）在 3GPP 中定义为时分双工模式（TDD），即基站与终端之间的数据收发采用相同的频点来进行通信，但是通过时间来区分上下行的收发。在 3GPP 中通过帧结构中上下行时隙来定义上下行数据的发送时间，目前三种主流的帧结构如下：可以看出，不同的帧结构中上行时隙的占比是不同的。例如针对 2.5ms 双周期的帧结构，其特点是每 5 ms 里面包含 5 个全下行时隙、3 个全上行时隙和两个特殊时隙。简单折算的上下行占比配置为 3：7，即 30% 时隙用于上行、70% 时隙用于下行。图 5G 主流帧结构Downlink SlotUplink SlotSpecial Slot2.5ms 单周期的帧结构2.5ms2.5msDDDSSUUDDD2.5ms 双周期的帧结构2.5ms2.5msDDDSSUUUDD5ms周期的帧结构5msDDDDDSUUDD频段高，路径损耗较高5G 采用更高的频谱以获取更多带宽资源，然而无线信号的传播特性是频率越高在空间传播的空间损耗越大，这将影响其覆盖能力。根据传播模型测算，相同距离下：3.5 GHz 比 1.8 GHz 路径损耗高 5.8 dB 左右；3.5 GHz 比 2.1 GHz 路径损耗高 4.4dB 左右。 图 不同频段下建筑物材质穿透损耗测试数据类 别1800/2100MHz2600MHz3500MHz砖墙穿透损耗（dB）10-1511-1812-20混凝土墙穿透损耗（dB）20-3022-3225-35石膏板墙穿透损耗（dB）8-129-1410-15玻璃墙穿透损耗（dB）2-54-65-8薄木门穿透损耗（