网络覆盖边缘5G NSA 上行速率的优化与提升*

（中国电信股份有限公司三明分公司，福建 三明 365000）

0 引言

2020 年9 月“5G 新基建，智领未来”为主题的创新发展高峰论坛在重庆举行，标志着5G 网络进入规模建设和规模发展的高速阶段。5G 即第5代移动通信技术，属于新兴技术，在部署和应用中面临着许多新课题，其中之一是5G NSA 网络边缘的上下行覆盖不平衡（上行覆盖相对较弱），由此引起5G 上行速率慢、用户使用感知差等问题。因此，本文进行网络覆盖边缘5G NSA 上行速率的提升与优化的论证与实践，以达到提升5G 上行速率、改善用户使用感知以及打造5G 精品网络的目的。

1 5G NSA 网络上下行覆盖不平衡的论证

1.1 上下行覆盖不平衡的原因

究其根本原因，在于基站以数十瓦的功率进行发射，因此下行覆盖优良，而手机的最大功率一般为0.2 W，在同样距离的路径上，下行覆盖优于上行覆盖。到了5G 时代，手机上行频率高达3.5 GHz，上行覆盖范围更小，同时基站侧采用了大规模阵列天线增益等技术，下行覆盖质量更优良，加剧了5G 网络的上下行覆盖不平衡问题[1]。

1.2 上下行覆盖不平衡的速率

5G NSA 网络大带宽和大规模阵列天线增益的应用，使得5G 网络速率相比4G 有着大幅度提高。在理想状态下，5G NSA 网络下行速率高达1.2 Gb/s，是4G 的10 倍左右。上行速率高达130 Mb/s，是4G 的4 倍左右。但非理想状态下，5G NSA 网络RSRP 处于-110～-120 dBm 的覆盖边缘，下行速率能保持在100～300 Mb/s，上行速率最低却只有2.58 Mb/s 左右，见图1。

图1 网络覆盖边缘5G NSA 上行/下行平均速率

1.3 上下行覆盖不平衡带来的影响

网络覆盖边缘存在严重的上下行覆盖不平衡问题，给5G 用户使用感知带来了负面影响。例如：依赖于上行速率带宽的eMBB 类型业务，如视频直播和高清监控会出现明显的卡顿；依赖于上下行交互信息的高可靠、低时延的uRLLC 类型业务，由于上行速率带宽小、时延大而无法开展业务，如5G 车联自动驾驶和5G 远程医疗等；受众面最广泛的手机游戏也会因为上行速率低而产生巨大时延，影响游戏感知[2]。

2 5G NSA 网络上下行覆盖不平衡的优化技术论证

传统的解决方法是在5G NSA 的网络覆盖边缘新建5G 基站，缩短上行传播距离，从而达到上下行覆盖平衡。此方法极耗建设成本，也给后期电费及维护费带来了成本压力，且覆盖边缘下行速率能有100 Mb/s 以上，数倍于4G 网络下行速率。为此，有必要通过网络覆盖边缘5G NSA 上行速率的优化增强技术提升上行速率，尽量达到上下行平衡，最终改善5G 用户使用感知。

5G NSA 上行增强技术有上行动态分流承载4G/5G 同时传输技术和上行基于质量回落LTE 技术。这两个优化增强技术都利用了4G 网络的上行，根本原因是4G 网络1.8 GHz 频段的覆盖能力远好于5G 网络的3.5 GHz 频段，且5G 携带数据量大、编码更复杂，因此需要手机具备更大的功率去调制和解调。在手机发射功率不变的情况下，基站侧可解调4G 手机的上行信号的距离远大于5G 手机。虽然理想状态下4G 网络上行速率低于5G NSA 网络，但是在网络覆盖边缘的非理想状态下，4G 网络上行速率却高于5G NSA 网络，如图2 所示。经实地测试，在距离基站的中点和远点，4G 的上行速率开始明显高于5G 网络。

因此，5G NSA 的上行动态分流承载4G/5G 同时传输技术和上行基于质量回落LTE 技术，本质上就是5G 终端上行全部或部分回落到4G 上去使用，而基站发射的下行信号仍然保持在5G，以此在5G NSA 的网络覆盖边缘取得更好的上行速率[3]，达到更好的上下行平衡，提升用户使用感知。

图2 5G 和4G 的上行速率对比

2.1 上行动态分流承载4G/5G 同时传输技术

顾名思义，它是指上行同时在4G 和5G 进行传输。当UE 处于网络覆盖边缘，上行建立4G/5G 双连接时，通过空口重配消息RRC Connection Recon Figuration 为UE 配置上行主体RLC 实体和上行数据分流门限。当UE 支持上行动态分流承载且UE上行待发送数据高于上行数据分流门限时，上行数据在4G/5G 两个空口分流传输。然而，并不是所有UE 都能支持上行动态分流承载。目前，仅仅某厂家的芯片支持，主流芯片并不支持，且此技术耗费较大的空口资源，所以上行动态分流承载4G/5G 同时传输技术并不适用于现网。

2.2 上行基于质量回落LTE 技术

在此技术中，上行数据传送承载在5G的PUSCH上或承载在LTE 的PUSCH 上。当处于5G NSA 网络覆盖边缘时，5G 上行覆盖受限，5G 网络控制UE 切换到LTE 的PUSCH 上进行上行数据传送。判断5G 上行覆盖是否受限的依据是5G 上行SINR。当上行SINR大于质差门限时，说明上行覆盖良好，上行保留在5G 网络；当上行SINR小于质差门限与迟滞系数之和时，上行切换到LTE 网络[4]，如图3所示。此技术所有手机厂家芯片都支持，适用于当前5G NSA 网络。

图3 上行基于质量回落LTE 技术原理

2.3 覆盖边缘5G NSA 上行速率优化效果验证

为了验证效果，在现网中采用上行基于质量回落LTE 技术对5G NSA 网络边缘覆盖上行速率进行优化和提升，见图4。优化后的覆盖边缘5G NSA上行速率比优化前提升了22～27 Mb/s，用户使用感知大为改善，效果显著。

3 5G NSA 覆盖边缘上行速率优化提升的案例

某单位采用无人机，使用5G NSA 网络对市区道路进行实时高清监控，见图5，但在使用过程中发现视频卡顿严重。经现场试飞与勘察发现，该区域5G 基站较少，无人机飞得较高，因此常常处于5G NSA 的覆盖边缘，平均上行速率仅有7.76 Mb/s，导致无人机实时高清监控视频卡顿严重。

对该区域5G 基站实施上行基于质量回落LTE技术进行5G NSA 覆盖边缘上行速率的优化，并重新试飞无人机跟踪信令。见图6，发现随着上行SINR的逐渐变差，在17:03:17 时触发门限后，基站侧下发RRC 重配置消息，将承载由5G PUSCH更换成LTE PUSCH，上行PDCP 层速率由10 Mb/s左右提升至30 Mb/s 左右；在17:04:05 时上行SINR恢复至良好，承载恢复为5G PUSCH，5G PDCP 上行速率优于4G 上行速率。全程上行速率稳定在20～30 Mb/s，高清监控视频无卡顿，使用感知良好[5]。

图4 5G NSA 上行速率优化前后同地点速率对比

图5 无人机使用5G NSA 网络对市区道路进行实时监控

图6 无人机使用5G NSA 网络上行承载切换情况

4 结语

本文阐述并论证5G NSA 网络上下行覆盖不平衡的产生原因、上下行覆盖不平衡时的速率大小、对5G 用户使用感知的影响及如何优化和提升5G NSA 覆盖边缘上行速率，并结合优化效果和实际案例，展示了上行基于质量回落LTE 技术的工作原理，可为运营5G 网络、提升5G 用户使用感知提供强有力的理论基础和实践经验，方便复制推广。