5G超级上行,规模商用正当时

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导  读

要提升上行容量,降低网络时延,增强上行覆盖,超级上行技术应运而生,获得了入选5G主力阵容的机会。

如果把5G部署比喻为球场上的排兵布阵,上行将首次占据一席核心位置。超级上行,自从在这一位置上获得首发登场后,如今已逐渐坐稳主力——迎来规模商用阶段。

上行首次占据5G核心位置

从2G到4G,我们一拿起手机上网,往往都是从网上下载内容,需求主要集中在网络下行,很少有上行什么事。上行,一直不是移动网络和业务的核心布局。但进入5G时代,一切都变了。

刚进入5G商用元年,一场百年不遇的疫情肆虐全球,数十亿居家隔离的人们推动了在线教育、网络会议、高清直播等应用高速增长,这些应用都有一个共同的特征——要求实时上传高清视频,如果网络上行速率太低,时延太大,就可能出现直播卡顿、画面不清晰等现象。据统计,在疫情之下全球移动网络的上行流量增长了40%。而进入后疫情时代,随着这些沉浸式、互动式视频业务不断发展和演进,上行流量需求还将持续提升,对网络上行能力要求越来越高。

面向toB市场,上行能力更是被公认为5G网络的“顶梁柱”。高清视频监控、远程控制、机器视觉等应用是使能港口、钢铁、煤矿、电力等各行各业数字化转型的典型5G应用,都要求实时上传多路高清视频,对5G网络的上行能力要求极高。比如,高清视频监控和远程操控要求单点上行速率达3Mbps至20Mbps(720p至4K),在实际应用场景中通常要部署多个甚至几十个摄像头多点并发上传,则要求小区上行容量高达1Gbps;机器视觉对图像质量要求苛刻,光是单点上行速率就需600Mbps至1Gbps。

同时,5G相比2/3/4G频段更高,小区覆盖范围更小。对于网络下行,可通过增大基站发射功率以及Massive MIMO 和波束赋形等技术来弥补高频段的覆盖不足;但对于网络上行,因手机发射功率和天线数量受限而导致上行覆盖距离有限。这就好比基站拿着高音大喇叭喊话,而手机只能靠嘴吼,一旦两者距离较远,手机喊破了喉咙,基站也听不到他在说什么,当然就没办法通信了,因此5G小区要扩大覆盖范围,需补齐上行覆盖短板。

超级上行应运而生

要提升上行容量,降低网络时延,增强上行覆盖,超级上行技术应运而生,获得了入选5G主力阵容的机会。

超级上行打破了过去上下行绑定于同一频段(TDD)的限制,通过在5G TDD中频段上新增频率较低的SUL(补充上行链路)频段,使得在同一个小区内一个下行频段(TDD中频段)可以与两个上行频段(SUL低频段和TDD中频段)配对,相当于在原有的TDD双向车道的基础上新增了一条单向上行车道,从而可实现对小区上行能力的补充。

基于超级上行技术,在TDD中频段的覆盖范围内:当TDD中频段传送上行数据时,SUL低频段上行不传送数据,可充分发挥TDD大带宽和终端双通道发射的优势来提升上行吞吐率;当TDD中频段传送下行数据时,SUL同时传送上行数据,从而实现了SUL和TDD时隙级的转换,保证了全时隙均有上行数据传送,提升了频谱利用率和上行容量,也降低了网络时延。而当终端移动到TDD中频段覆盖范围之外时,上行则采用SUL低频段来传送数据,从而补充了TDD 中频段的上行覆盖短板,延伸了5G覆盖范围,让更大范围内的用户可享受到5G网速体验。

当处于TDD中频段覆盖范围时,SUL和TDD之间动态切换来保证全时隙均有上行数据传送

简而言之,超级上行技术就是通过TDD和FDD(SUL)协同、高频和低频互补、时域和频域聚合的方式,实现了小区上行带宽和上行覆盖能力的提升,并可缩短网络时延,恰好补齐了5G TDD网络的上行短板,匹配了5G时代的业务发展需求。

规模商用指日可待

任何一项移动通信新技术从诞生到成熟,都会经历从标准制定、产品研制到商用试验,再到规模商用的过程,这就像一个球星从首次入选主力阵容到获得认可再到坐稳主力的过程。那超级上行在首发登场后接下来的表现如何?

从标准制定看,超级上行关键技术已写入3GPP协议。在5G R15标准里,为了补充TDD中频段的上行覆盖短板,3GPP定义了SUL频段,以及与NR的组合频段,也定义了SUL access procedure、Scheduling mechanism of SUL、SRS switching in uplink等具体流程和规范。在R16标准里,除了新增了SUL频谱,还定义了可在SUL和TDD两个载波上实现时分发送的TDM模式,可进一步提升上行容量。

从产业链的角度看,当前已经有众多芯片、模组、终端支持超级上行,产业链已成熟。

芯片方面,早在2020年4月,基于搭载MediaTek 5G M70基带芯片的终端和华为最新的5G基站平台,华为与MediaTek完成了基于超级上行解决方案的5G NR 互操作性测试。本次测试基于3GPP R16最新定义的超级上行标准,验证了终端天线上行通道的时分复用技术,实现了终端上行通道在不同频段的动态切换,由此保证在超级上行功能开启后,终端可灵活使用不同频段的上行资源,实现上行能力的聚合和提升。2020年8月,紫光展锐发布了全球首颗支持全场景覆盖增强技术的5G芯片虎贲T7520,支持上下行解耦和超级上行技术,不仅可利用低频段来增强上行覆盖,还能在小区近点位置同时支持中频段和低频段的上行发射,增强上行峰值速率。

在模组方面,在今年MWC上海展期间,移远通信推出的两款采用MediaTek 5G芯片平台的5G模组——RG500L和RM500K均支持5G SUL超级上行技术,可充分满足笔记本电脑、固定无线接入、MiFi、工业物联网等各类设备对上行大带宽和低时延的新需求。不只是移远,早在一年前长虹爱联就发布了一款5G视频专业模组——AI-NR10(V),这款5G模组不仅支持5G NR n41/n77/n78/79全频段,支持SA和NSA两种组网方式,还支持5G超级上行技术。

在CPE方面,去年发布的华为5G CPE Pro 2和鼎桥5G工业CPE Ins 2.0都支持5G超级上行,支持上行大带宽和低时延能力,助力了5G远程控制、高清直播、机器视觉等应用加速落地于钢厂、矿山、港口等各行各业。

在手机方面,目前华为Mate40 pro等多款手机已支持超级上行,相信在2021年将有更多的手机厂商、更多的手机品牌支持超级上行。

我国三大运营商在推进超级上行商用落地进程中也取得了喜人的成绩。比如,去年8月深圳电信与华为携手通过超级上行技术将FDD上行20MHz的2.1GHz频谱资源与TDD 3.5GHz频谱资源组合,实现了上行平均速率达470Mbps;去年10月,上海联通和上海电信基于Mate 40系列手机在商用网络上对5G超级上行能力测试显示,单用户上行峰值速率可达499Mbps;去年5月,山东移动通过利用1.8GHz SUL 20M频谱对2.6GHz 100M频谱做上行增强,通过5G商用终端测试显示,实现了单用户上行峰值达324Mbps,近中点上行速率增益2.3倍,远点上行速率增益可达近3倍;不久前,中国联通官微发布率先实现全球首个5G“超级上行SUL+下行载波聚合” 5G精品线路改造升级,测试显示这条位于上海的5G精品线路的上行速率在500Mbps以上……案例太多,不再一一列出。

更值得庆贺的是,4月10日,厦门电信和华为联合发布了超级上行规模商用第一城,双方表示将更广泛地启动5G超级上行技术,更好地促进直播、VR/AR、云应用发展,以及推动更多“5G+行业”应用落地。与此同时,在当天举行的2021厦门马拉松赛上,依托于比赛沿线开通的商用5G超级上行基站,通过高达460Mbps的上行网络带宽能力,为比赛现场的5G 8K VR赛事直播和网红博主直播等提供了有力的网络支撑。

厦门马拉松现场8K VR设备以及网红主播现场直播

从标准制定到芯片、模组、终端成熟,再到运营商商用落地的喜报频传,5G超级上行规模商用的步伐正越来越近。进入5G时代,网络上行能力对运营商至关重要,它除了能帮助运营商加速网络覆盖,更重要的是,它是运营商打造差异化的网络体验以及拓展toB市场的关键利器。可以这么说,如果说5G是一场球赛,超级上行就是这场比赛的绝对主力,是运营商赢得比赛的核心球员。从这个角度看相信超级上行规模商用的步伐会更快。

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