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目前,全球5g网络建设正处于如火如荼的阶段。根据数据统计,截止8月,全球已有92个5g商用网络,覆盖38个国家和地区。
这些5g网络,基本上都采用了tdd的制式。
相信大家一定知道,4g lte网络,就分为 fdd lte和tdd lte两种。
所谓的fdd和tdd,分别是指频分双工和时分双工。
fdd频分双工,是采用两个不同的频段,分别用于手机到基站的上行链路,以及基站到手机的下行链路。
tdd时分双工,则是上行与下行使用相同的频段传输。通过传输时间节点的不同,进行区分。
很显然,相对于fdd独占“车道”的方式,tdd要考虑上下行时隙分配与干扰抑制,技术实现上更为复杂。
但是,fdd的频谱资源利用率并不如tdd。
移动通信业务具有上下行数据流量不均衡的特点。例如,观看视频时,下行数据量很大,但上行很小。如果采用fdd,资源分配并不灵活,上行所占用的频段基本空闲。
而tdd支持上下行时隙灵活分配,下行流量大的场景,就下行时隙多一点,反之亦然。
4g时代,全球范围内fdd lte网络的数量要多于tdd lte。
到了5g时代,情况发生了变化。
5g实现高速率需要更大的频率带宽。在高频段,想要再像fdd一样,找两个对称大小的大频宽频段资源,实在是太难了。fdd较低的频率资源利用率,完全无法忍受。
而且,对于5g采用的大规模天线技术(massive mimo)来说,tdd拥有更好的信号互易性,更容易设计。
于是,综合种种因素,各大运营商在部署自己的5g网络时,纷纷转投了tdd的怀抱。真是应验了那句老话:“三十年河东,三十年河西”。
什么是高低频组网
到了这里,故事就结束了吗?当然没有。
5g采用tdd高频,意味着它必须面对一个比较棘手的问题——网络覆盖能力不足。
网络覆盖能力不足,主要是上行能力不足带来的。
下行,基站到手机,因为基站有更高的发射功率,加上波束赋形等技术的支持,一般都不会有什么问题。
上行,手机到基站,手机的天线功率很低,“嗓门小”,自然信号传播的距离就近,限制了手机和基站的通信距离(即限制了基站的覆盖范围)。
现在5g使用的都是比4g更高的频段,例如3.5ghz、4.9ghz频段等,穿透损耗更大,信号衰减更快。采用tdd,对覆盖能力的影响更加明显。
那么,该怎么解决这个问题呢?
专家们想到了上下行解耦,sul(supplementary uplink,辅助上行)技术。
这个技术的思路非常简单,不是高频上行不足吗?那我们就从中低频“借点”频段资源,作为上行通道呗!
中低频穿透衰耗更小,传播距离更远,可以有效帮助5g提升覆盖范围。
虽然中低频的带宽更小,无法满足gbps的大带宽业务需求,但是对于包括手机通信在内的大部分场景,完全可以应付。
再继续往下想,哪些中低频频段资源是适合“借用”的呢?
以2.1ghz为例,目前联通和电信在这个频段分别有25mhz、20mhz的频谱资源。这些资源暂时被4g lte网络占用,但是属于频段重耕的首选。
电信和联通2.1ghz频率范围
我们不可能采取一刀切的方式,直接将这些资源用于5g nr,否则会对现在的4g网络用户体验造成影响。但是,可以通过动态频谱共享(dss)技术,让4g/5g网络共享这段频谱资源。
这么一来,我们就形成了“中低频fdd nr+高频tdd nr”的组网方式,可以称之为“高低频组网”。
传统的sul辅助上行,在中近距离使用3.5ghz进行上下行,当距离越来越远,3.5ghz上行“够不着”的时候,激活sul,由2.1ghz替代3.5ghz,负责上行。
传统sul辅助上行
那么,这就意味着,在大部分的时间里(中近距离下),辅助上行是空闲的。
于是,华为就提出了“超级上行”。也就是说,在中近距离下,也使用辅助上行资源,与tdd主载波进行配合,轮发上行数据,增强上行能力。
超级上行
这无疑是一个很实用的idea,打破了载波聚合必须频谱“捆绑”的限制。
此外,华为还独创性地推出了fdd 5g广播信道窄波束技术,以及tdd 5g广播信道智能寻优技术。
fdd 5g广播信道窄波束技术,区别于传统的一个广播宽波束,而是采用了两个广播窄波束轮询,可以增加3db的覆盖,提升vonr业务深度和广度覆盖。
广播信道窄波束技术
tdd系统广播信道智能寻优,主要是将广播信道进行波束赋形,轮询扫描,通过ai智能识别覆盖场景和用户分布情况,提供多种波束组合进行智能匹配,使用户体验和频谱效率达到最优。
广播信道智能寻优技术
标准制定与终端支持
“中低频fdd nr+高频tdd nr”的组网方式是否能够落地,还要看标准是否允许,终端是否支持。
虽然一直以来tdd nr都是运营商和设备商的优先选项,但fdd nr并没有被标准制定者遗忘。
7月3日,3gpp r16版本标准冻结。该版本针对5g的2c和2b场景进行了全面增强,其中就包括fdd nr增强。
目前,nr/dss fdd大带宽的标准化工作已经完成,其中就包括2.1ghz nr fdd和700mhz nr fdd。
此外,fdd大带宽下行载波聚合(ca)和辅助上行(sul)目前已经立项,处于积极推进的状态。
终端方面,目前包括华为、高通在内的主流芯片均已全面支持3.5g/2.6g/2.1g/1.8g nr,部分支持700mhz nr。到2021年,5g芯片对大带宽fdd nr和大带宽sul的支持也将实现。
高低频组网的作用
未来,针对城区和郊县等不同需求场景,5g网络最为合理部署方式,就是通过tdd nr实现大带宽,通过fdd nr实现补充覆盖和上行增强。
5g fdd nr除了弥补tdd nr的上行短板,增强农村地区覆盖等作用之外,还有增强城区深度覆盖的作用。
城区宏站采用高低频结合,可以提升室外覆盖率。更强的穿透能力,可以帮助覆盖室内,节省5g室分系统的投资。
甚至说,通过协同运维,可以在夜晚或者负荷较小的时间段,在网络kpi保证稳定的前提下,通过休眠部分网络,实现能耗节约目标。
总而言之,高低频组网充分结合了tdd大带宽和fdd远覆盖的优势,是一个非常“接地气”的5g组网策略。
好啦,以上就是关于5g高低频组网的内容。