利用超级上行和辅助上行解决5G上行受限的应用研究

摘要：5G时代，通信对象既有传统的2C个人客户，也有新兴的2B行业用户，传统个人客户发展已进入瓶颈，新兴的2B行业客户，成为运营商发展的新引擎。中国移动5G网络的工作频段主要是TDD制式2.6G，频段高、上行资源少，导致上行覆盖能力弱、上行容量不足，难以支撑2B行业的高清视频业务需求。因此，发展2B行业客户，首先要解决5G网络上行受限问题，本篇文章，旨在利用“超级上行+辅助上行”技术，在5G覆盖良好区域内提高上行容量，在5G覆盖受限区域，提高上行覆盖能力，以提升网络对视频类2B业务的上行数据速率、时延、容量需求。

关键词：5G超级上行；5G辅助上行；5G；2B行业应用；5G上行受限

一、引言

2B行业应用对5G网络的需求，主要是上行大带宽、下行大带宽、时延低，5G终端产生海量视频数据，自下而上进行回传。2.6G网络的频段高导致上行覆盖能力变弱，TDD制式又决定了上行资源少，因此，5G上行容量受限、上行覆盖能力受限，成为制约2B行业应用落地与发展的痛点，为此，运营商不断进行解决5G上行受限的技术探索，下面是笔者的探索与实践，供参考。

二、2B行业应用对5G无线网络的需求

2B行业应用对5G无线网络的需求，大致分为三类，一是视频回传、现场直播、视频实时交互等视频类，需要网络上行、下行大带宽；二是工业车间机器臂、远程车辆操控、无人驾驶等操作控制类，需要网络高可靠性极低时延；三是远程定时数量采集、数据回传，需要网络支持海量客户连接且终端节电。

第一类：2B行业应用，是运营商目前发展的重点，业务有视频监控、医疗影像、机器视觉、无人机视频回传、远程医疗、4K/8K高清直播回传、AR/VR等，视频数据格式有720P、1080P、4K、8K，当以1K及以上视频格式进行上传、下载时，需要5G网络速率达到10M～100Mbps，目前5G网络可满足客户下行速率需求，上行速率在客户较少时可以满足需求，小区客户增多时难以满足。

第二类：2B行业应用，如无人驾驶、工厂机器臂、远程车辆操控、工业自动化等业务，有高清视频格式数据需求，存在的问题同第一类。无高清视频格式数据需求的，其上行、下行数据量一般较小，对5G网络的需求是高可靠性、极低时延，通过网络调整，可以达到可靠性99.999%、用户面时延1ms的业务需求。

第三类：2B行业应用，如远程抄表、穿戴设备、烟感、门禁、气象数据上报、共享单车等，其数据量极少，需求是海量接入、终端节电，目前其技术标准尚未冻结，本文不再讨论。

三、2B行业应用落地与发展的网络难题

目前运营商已建成5G基站150万个，网络覆盖到市区、县城城区、乡镇、部分农村，具备发展2B业务的网络基础。中国移动在推进2B行业应用落地遇到的难题如下：

难题1：5G上行资源少导致上行容量受限

TDD制式上下行子帧配比为8：2，80%用于下行，20%资源用于上行，2.6G上行带宽20M。4.9G上行带宽60M。FDD制式700M频段，上行资源30M（目前700M小区受广电干扰过半，发挥作用有限），5G上行资源较少，而上行资源少直接影响了上行速率。

上行速率要求是，普通视频3-5Mbps，高清视频10Mbps，超高清视频50Mbps，选取不同客户数量、不同位置进行测试，结果是5G网络上行资源，基本满足普通视频要求，但小区客户增多后无法满足高清、超高清视频要求。测试上行速率如表1。

难题2：5G频段高导致上行覆盖能力受限

5G网络频段高，无线信号穿透能力差，造成覆盖距离下降，选取不同频段、不同边缘速率要求，测试结果是上行覆盖能力较弱，测试覆盖距离如表2。

难题3：5G室分数量少导致上下行覆盖不足

当前网络规模，4G室分数量占比18.23%，5G室分数量占比5.72%，5G室分规模较低，由于5G频段高造成的无线信号穿透能力差，5G室分需求实际上高于4G，室分小区数量少，室内覆盖不足区域变多，手机接收电平值低，无法使用高阶编码，从而影响上行速率。

受网络投资、建设成本制约，未来5G室分会增加建设力度，但难以短时间达到远超4G室分规模，增强5G室外宏站覆盖能力，以覆盖室外场景和大部分室内场景，少部分室内等待室内分布系统来覆盖，成为运营商的总体建设原则。

四、利用“超级上行+辅助上行”解决5G上行受限的思路与技术原理

5G手机满发射功率仅0.2W，上行发射功率低且没有提升功率空间，无线网络上下行链路平衡才能正常通信，因此，无法通过增加手机发射功率的方法，达到提高上行覆盖的目的。

5G技术支持上下行解耦，如果在2.6G频段基础上，引入上行FDD1800M频段，在2.6G频段上行覆盖良好区域，采用超时上行方案，在2.6G频段上行受限区域，采用SUL辅助上行方案。通过TDD和FDD资源协同、高频和低频互补、时域和频域聚合，充分发挥2.6G大带宽能力与FDD频段低、穿透能力强的特点，既增加上行带宽，又提升上行覆盖，同时还缩短了网络时延。将是面向2B行业应用的最优解决方案，该解决方案以下称“超级上行+SUL辅助上行”方案，技术实现思路如图1所示。

超级上行技术原理是，在2.6G上行覆盖良好区域，上行引入FDD1800M，当基站使用2.6G传送下行数据时，客户使用FDD1800M传送上行数据，当2.6G时隙切换到上行时，客户改回使用2.6G上传数据，不再使用FDD1800M上傳数据，从而增加上行容量，减少上行时延。

SUL辅助上行技术原理是，在2.6G上行覆盖受限区域，上行引入FDD1800M，当基站使用2.6G传送下行数据时，客户使用FDD1800M传送上行数据，当2.6G时隙切换到上行时，客户不使用2.6G上传数据，仍使用FDD1800M上传数据，上行采用低频段，上行信号覆盖能力大大增强，同时，减少上行时延。

采用这两种技术后，充分利用2.6G 100M大带宽和终端双通道上行发射的优势，又充分利用FDD1800M的20Mhz+终端单通道发射覆盖能力强的优势，其空口帧结构如图2所示。

五、“超级上行+辅助上行”方案实施

第一步：基站硬件部署

需将FDD1800和5G AAU共基带板连接至5G BBU，如图3所示。

将2.6G和FDD1800的小区建立在同一块基带板上，基带板推荐使用UBBPg2d/6b（不支持全宽板），主控板建议使用UMTPg5。

传输建议配置10G回传带宽，不限速。

2.6G射频模块仅支持AAU5619或AAU5639，FDD射频模块RRU3971或RRU3959。

第二步：基站数据修改

1）建立100M 2.6G小区，网络模式为SA，配置数据与正常开通2.6G小区一样。

建立1.8G SUL小区，增加一个FDD1800小区。

配置PCC的辅助上行小区，打开FDD1800M小区的辅助上行功能。

上行增强开关，打开FDD1800M小区的超级上行功能。

六、“超级上行+辅助上行”方案应用效果

（一）上行覆盖增强效果明显

现场测试，在满足边缘速率5Mbps的情况下，功能开通前5G平均覆盖距离530米，开通后上行覆盖距离提升至688米，提升了30%。

（二）上行容量增强效果明显

现场测试，功能开通后，5G上行容量增加80-120%，网络承载能力增强。

（三）上行速率客户体验良好

拉网络测，“超级上行+辅助上行”开通前，2.6G编码64QAM时上行速率最高为280Mbps，1.8G编码64QAM时上行速率最高为90Mbps。开通后，上行峰值速率达到280+0.7*90=343Mbps，速率总体提升20%，其中近点提升20%-65%，远点提升100%-280%。

（四）上行时延客户体验良好

FDD1800所有时隙均可以发送上行数据，ACK/NACK反馈更加及时，空口调度时延由4.2ms降到2ms以下。PHU软件测ping大包时延由26.81ms降到16ms。进行王者荣耀在线玩家对战，端到端时延由52ms降至37ms。

七、“超级上行+辅助上行”方案优点

1.费用低廉。无需新增硬件投资，仅需基站版本升级、硬件光纤连接方式调整、割接至SA核心网、配置“超级上行+辅助上行”开关数据即可。

2.效果明显。上行容量提升80%-120%，上行覆盖提升30%，缩短了时延。

3.技术先进。同时利用“超级上行+辅助上行”两种技术，达到TDD和FDD资源协同、高频和低频互补、时域和频域聚合，是2B行业应用的新技术探索。

作者单位：张彦红    中国移动通信集团河南有限公司新乡分公司

参  考  文  献

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