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1、中興通訊5G 上行增強技術白皮書概 述5G 上行需要滿足大帶寬、低時延的高要求主流 5G 商用頻段較高并采用 TDD 制式 5G NR 商用部署面臨挑戰5G 時代對上行性能提出高要求0202 04 總體架構對比 系統性能對比 小結 上行增強技術對比與分析15 16 16 載波聚合能力的增強，使得載波聚合的潛力進一步被釋放 NN-DC 雙連接 TDD 異幀 CA 上行增強技術的演進和發展17 18 18 縮略語 總結與展望3GPP Rel-15 包括多種上行增強技術 5G 雙連接（EN-DC）技術 5G 載波聚合(CA)技術5G 補充上行鏈路(SUL)技術 3GPP Rel-16 引入 UL T

2、x Switching 技術進一步增強上行Uplink Tx Switching,匹配終端能力最大化資源利用率Uplink Tx Switching(EN-DC)Uplink Tx Switching(UL Inter-band CA)Uplink Tx Switching(SUL)5G 時代的主要上行增強技術05 06 0709 111112 12130102151720 1905015G 具有更大的傳輸容量、更高的可靠性、更低的時延，不但可以滿足 ToC 持續增長的大帶寬移動互聯網需求，還能夠與垂直行業的多種業務融合，滿足工業制造、交通、能源、醫療等 ToB 行業應用需求，因此 5G 作為

3、新一代數字化基礎設施，正在成為經濟社會發展的新動能。同時隨著移動互聯網、物聯網、云存儲、智能監控等業務的多元化發展，海量數據的上傳要求也快速增長，包括超高清視頻通信、大數據采集、智能監控、AR/VR 視頻直播等都對 5G 的性能，特別是上行容量、上行覆蓋等提出了高要求。目前主流的 5G 商用部署頻段主要為 3.5GHz/2.6GHz 等 TDD-NR 頻段，這些頻段的主要特點是帶寬大、容量高，但由于穿透損耗相對較高、上行占空比較低等原因其上行覆蓋、容量等方面都存在不足。因此為了保障多元化業務的發展、提升用戶體驗和降低部署成本，亟需提升 5G 網絡的上行性能。業界已經提出了多種 5G 上行增強技

4、術。本白皮書按照標準的發展和演進，詳細闡述了雙連接、載波聚合和補充上行鏈路等技術的原理，進行了詳細的對比分析，并展望了上行增強技術演進和發展。概述概 述025G 技術可以提供10 倍于4G 的峰值速率及用戶體驗速率、百萬的連接數以及超低的空口時延。在 5G 商用初期主要聚焦于 eMBB 業務，滿足大帶寬移動互聯網應用需求，如超高清視頻、沉浸式游戲、全息視頻、下一代社交網絡等業務。其中，視頻類業務圖像分辨率發展到 4K、8K 等超高清技術，觀看方式由單一平面視角向 VR 和自由視角發展，對通信網絡帶寬提出更高的要求；交互類業務的發展對通信網絡的時延帶來了更大的挑戰。例如超高清視頻類業務，從標清視

5、頻要求的幾兆比特每秒的數據速率逐步提高到上百兆級別，時延要求降低到 20ms、甚至 10ms 以下。隨著用戶體驗要求的提高、清晰度的提升、內容的豐富化、用戶群體的擴大等呈逐步提升，帶寬和時延等網絡能力的5G 上行需要滿足大帶寬、低時延的高要求圖 主流 5G 商用頻段主流 5G 商用頻段較高并采用 TDD 制式頻譜是移動通信領域的核心資源。根據 3GPP 的劃分，5G NR 主要包括了兩大頻譜范圍：FR1(410MHz-7125MHz),即 Sub-6GHz，和 FR2(24250MHz-52600MHz),即毫米波。按照已經商用的 5G 商用網絡部署情況來看，主流 Sub-6G 頻段包括 3.

6、5GHz、2.6GHz 等。這些頻段在 3GPP 的定義如下：NR 工作頻段上行工作頻段下行工作頻段雙工模式n412496-2690 MHz2496-2690 MHzTDDn783300-3800 MHz3300-3800 MHzTDD需求還在不斷提升。同時 5G 商用進程的全面開啟和網絡建設的加速推進，進一步推動 5G 從 ToC 領域持續向 ToB延伸。5G 與垂直行業的進一步融合應用，從更寬范圍的業務需求、更豐富的功能、更可靠的性能等方面又對 5G通信網絡提出更高、更嚴格的要求。無論是 ToC 還是 ToB 業務，都要滿足上行數據發送需求，例如高清視頻通信、網絡游戲、大數據采集、智能監控

7、、AR/VR 視頻直播等海量數據的上傳，而且這些業務的帶寬、時延等要求隨著移動互聯網、物聯網、云存儲、智能監控等業務的多元化發展而不斷提升。所以建設高質量的 5G商用網絡，持續滿足上行方向的大容量、低時延特性是商用部署的重點關注點之一。5G 時代對上行性能提出高要求5G 時代對上行性能提出高要求無線通信在過去 30 年經歷了突飛猛進的發展，從以話音為主的 2G 時代，發展到以數據為主的 3G/4G 時代，目前正在步入萬物互聯的 5G 時代。5G，作為新一代的移動通信技術，已經成為賦能各行各業的通用技術，呈現出不同于以往的新特點。03雖然 5G 網絡中引入了 Massive MIMO 等先進技術

8、，可以部分縮小與中低頻段在傳播損耗上的差異，中高頻段的覆蓋能力仍弱于傳統低頻段。頻段相對較高目前低于 3GHz的大部分頻段都已經分配給2G/3G/4G移動通信網絡或者其他系統使用，因此5G商用網絡主要采用中高頻段。5G 的主流商用頻段有以下特點：12 5G 時代對上行性能提出高要求 5G 時代對上行性能提出高要求采用時分雙工，上行占空比低5G 的主流商用頻段（例如 3.5GHz、2.6GHz 等）在 3GPP 中定義為時分雙工模式（TDD），即基站與終端之間的數據收發采用相同的頻點來進行通信，但是通過時間來區分上下行的收發。在 3GPP 中通過幀結構中上下行時隙來定義上下行數據的發送時間，目前

9、三種主流的幀結構如下：可以看出，不同的幀結構中上行時隙的占比是不同的。例如針對 2.5ms 雙周期的幀結構，其特點是每 5 ms 里面包含 5 個全下行時隙、3個全上行時隙和兩個特殊時隙。簡單折算的上下行占比配置為3：7，即30%時隙用于上行、70%時隙用于下行。圖 5G 主流幀結構Downlink SlotUplink SlotSpecial Slot2.5ms 單周期的幀結構2.5ms2.5msDDDSSUUDDD2.5ms 雙周期的幀結構2.5ms2.5msDDDSSUUUDD5ms周期的幀結構5msDDDDDSUUDD頻段高，路徑損耗較高5G 采用更高的頻譜以獲取更多帶寬資源，然而無線

10、信號的傳播特性是頻率越高在空間傳播的空間損耗越大，這將影響其覆蓋能力。根據傳播模型測算，相同距離下：3.5 GHz 比 1.8 GHz 路徑損耗高 5.8 dB 左右；3.5 GHz 比 2.1 GHz 路徑損耗高 4.4dB 左右。圖 不同頻段下建筑物材質穿透損耗測試數據類 別1800/2100MHz2600MHz3500MHz磚墻穿透損耗（dB）10-1511-1812-20混凝土墻穿透損耗（dB）20-3022-3225-35石膏板墻穿透損耗（dB）8-129-1410-15玻璃墻穿透損耗（dB）2-54-65-8薄木門穿透損耗（dB）3-55-75-8當無線信號要穿透建筑物提供無線覆蓋

11、時，穿透損耗和建筑物材質、頻段直接相關。主流通信頻段對建筑物材質的穿透損耗測試數據如下表所示：頻段高，穿透損耗較高（室外覆蓋室內場景）045G NR 商用部署面臨挑戰由于頻段的傳播特性以及雙工制式的差異，采用中高頻段（例如 3.5GHz、2.6GHz 頻段等）來部署 5G 商用網絡會存在一定的挑戰。5G 時代對上行性能提出高要求 5G 時代對上行性能提出高要求由于 TDD 的上行占空比低，使得實際的上行容量較小。例如采用 2.5ms 雙周期幀結構的情況下，簡單折算的上下行占比配置為3：7，即30%時隙用于上行、70%時隙用于下行。以100MHz帶寬為例，上行方向實際可用折算下來也只有30MHz

12、帶寬，僅為 4G 單載波的 1.5 倍，使得吞吐量提升比例弱于下行方向的提升比例，難以持續滿足上行流量需求較大的業務發展要求。TDD 上行容量小，無法滿足高速數據業務上行需求5G TDD-NR 基站一般都采用大規模天線陣列，天線數目的增多為傳播信道提供了更多的復用增益和分集增益，使得系統在下行方向的數據速率、鏈路可靠性和覆蓋上擁有更好的性能。TDD 上行覆蓋受限，限制 TDD 下行大帶寬優勢圖 5G NR 的上行和下行對比但是在上行方向，即從終端向基站發送數據的通路上，終端的發射功率限制使了 5G 上行的覆蓋。此外，終端體積限制了天線數量，無法利用Massive MIMO，再加上 TDD 上下

13、行時隙配比的差異等，進一步擴大了上下行覆蓋的差距。TDD-NR 的上行覆蓋受限，使得用戶在超出上行覆蓋區域之后就無法使用 5G 下行的高速數據業務，限制了 5G 下行大帶寬的優勢。3.5GHz 上行覆蓋區域下行雖然很好，但是無法使用3.5GHz 下行覆蓋區域4G 和 5G 共站點部署時，上行覆蓋受限會導致 5G 無法連續覆蓋圖 5G NR 和 FDD-LTE 的覆蓋對比分析在 5G NR 部署的初始階段一般都會采用 4G 和5G 共站點的部署策略。但是由于中高頻段的上行覆蓋劣勢，會使得 5G 的覆蓋弱于 4G（一般采用中低頻段，例如 1.8GHz/2.1GHz），因此會出現 5G 覆蓋不連續的

14、情況。這使得用戶無法連續使用 5G 的高速數據業務，當用戶移動出 5G覆蓋區域后，由于數據業務回落到 4G 上出現數據速率下降而使得用戶體驗變差。3.5GHz 覆蓋范圍(上行受限)2.1GHz 覆蓋范圍055G 時代的主要上行增強技術5G 時代的主要上行增強技術為了滿足 ToC 和 ToB 的持續發展要求，需要不斷提升 5G 網絡的上行性能。因此上行增強技術是 5G 商用網絡的重點關注方向之一。3GPP（第三代合作伙伴計劃）在 5G NR 的標準中也持續關注上行增強技術。截 2020 年 7 月，已經發布的 5G 規范包括：圖 3GPP 5G Release 凍結時間計劃3GPP 在 2017

15、 年 12 月正式宣布 5G 新空口（NR）技術非獨立組網（NSA）功能凍結；2018 年 6 月，完成了獨立組網（SA）標準的制定，意味著 3GPP 首個完整的 5G 標準Rel-15 正式落地，5G 產業鏈進入商用；2019 年 3 月完成Late Drop 版本凍結。Rel-16 屬 于 5G 增 強 版 本，主 要 研 究 內容包括 eMBB 功能增強、毫米波增強、uRLLC 增強功能等。2020 年 7 月，3GPP 宣布 5G 標準第二版規范 Release 16 凍結，這也標志著5G 第一個演進版本完成。Rel-15 和 Rel-16 版本中對多種上行增強技術都進行了定義和增強，

16、例如提升終端的發射功率、引入 long-PUCCH 等技術。本白皮書重點關注如何利用多個頻段的協同組網來增強上行，并按照標準的演進來進行闡述和分析。3GPP Rel-15 包括多種上行增強技術3GPP Rel-15 涉及如下三種上行增強技術：雙連接（EN-DC,E-UTRA-NR Dual Connectivity）、載波聚合（CA，Carrier Aggregation）、和上行補充載波（SUL，Supplementary Uplink）。注：在本白皮書中，為了使得分析和對比都基于相同的基礎，如果不特別說明，都主要是采用 2.1GHz（帶寬 20MHz）和 3.5GHz（帶寬 100MHz）

17、，并采用 2.5ms雙周期的幀結構進行分析和說明。注：盡管本白皮書列舉了 FDD 和 TDD 載波的協同技術，但是上行增強提升技術不僅僅局限于這兩類載波。每個技術涉及的雙工制式和頻段，都請參考 3GPP的定義。2015Q4Q1Q2Q3Q4Q1Q2Q3Q4Q1Q2Q3Q4Q1Q2Q3Q4Q1Q2Q3Q4Q1Q2Q3Q4201620172018201920202021Release 14(SI Phase)NSASALate Drop*以上列出的為版本freeze時間Release 16Release 15 Release 17Release 18Release 15（簡稱為 Rel-15）Rel

18、ease 16（簡稱為 Rel-16）065G 雙連接（EN-DC）技術在 5G 部署初期，考慮到 5G 核心網的成本及成熟度、并快速開展業務，部分運營商選擇非獨立組網（NSA）模式，并選擇 5G 基站優先接入 4G 核心網（EPC），因此選項 3系列（Option 3/3A/3X）作為 5G初期首選。技術原理應用場景在區域 A：同時存在 4G 和 5G 的覆蓋。采用 EN-DC 架構后，上行方向可以采用雙連接、即數據可以從 4G 和 5G 發送。由于商用終端普遍支持 2 個發射通道，所以會采用一個 Tx 支持 LTE、另一個 Tx 支持 5G NR 的方式來發送數據。在區域 B：對于上行方向

19、，由于只有 4G 的覆蓋，那么此時數據只能從 4G 發送。由于 4G 和 5G 的覆蓋有所差異，EN-DC 的應用場景如下圖所示：5G NR4G4G:DL+UL5G:DL4G:DL+UL5G:DL+UL區域 A區域 B4G 覆蓋區域5G 下行覆蓋區域5G上行覆蓋區域（上行受限）圖 EN-DC 場景示例無論在區域 A 還是區域 B，因為始終保持了用戶的數據連接、不會產生掉話，保證了用戶體驗。在區域 A 和區域 B，終端的上行工作模式如下圖所示：5G 時代的主要上行增強技術在 Option 3 系列架構中以 4G 為主節點，5G 為輔節點的雙連接，也稱為 EN-DC（E-UTRA-NR Dual

20、Connectivity）。在這樣的雙連接架構中，手機有兩條路徑4G 或者 5G 基站到達核心網，因此能很好地解決小區邊緣用戶的覆蓋問題。發送上行數據不發送上行數據BUL:FDD-LTE 1TxUL:FDD-LTE 1Tx+TDD-NR 1TxATDD-NRe.g.3.5 GHzFDD-LTEe.g.2.1 GHz23dBm1TDDDSDDSUUUUU1TUUUTDD-NRe.g.3.5 GHzFDD-LTEe.g.2.1 GHz23dBm1TDDDSDDSUUUUU1TUUU圖 EN-DC 架構下終端上行工作模式2107總體來看，5G 部署采用 NSA 架構的情況下，其上行吞吐量相比 4G

21、網絡有了一定程度的提升，但相比 5G SA 架構的吞吐量是降低的。本質上 5G NR 的覆蓋沒有提升，但是對超出 5G 上行覆蓋區的用戶來說，由于信令和數據都可以利用 4G 來傳輸，所以用戶體驗相比 4G 沒有明顯下降。性能分析單用戶峰值覆蓋由于采用了雙連接的方式，終端可以使用 4G 和 5G 的通道發射數據。但是由于終端的一個 Tx 支持 LTE，另一個 Tx 支持 5G NR，5G NR 的上行雙流能力被限制，上行吞吐量只有5G SA單用戶上行吞吐量的74%左右。在沒有 5G 覆蓋的區域，上行使用 LTE 來發送數據，所以盡管5G 的上行覆蓋實質上沒有提升，但是對于用戶來說覆蓋范圍得到了延

22、伸，數據連接保持不掉話。例如，在密集城區、上行鏈路的邊緣速率為 2Mbps 的情況下，如果基于 EN-DC 架構并采用FDD-LTE 2.1GHz（帶寬 20MHz）和 TDD-NR 3.5GHz（帶寬100MHz）組網，其覆蓋相比基于 SA 架構采用 TDD-NR 單載波的情況下提升 17.8%。由于每個運營商獲取到的頻段有限，且不一定連續，如果每個終端都只能用其中一部分頻段的話，那么資源將不能被充分使用。CA（Carrier Aggregation，載波聚合）技術就是針對這類情況，把相同頻段或者不同頻段的頻譜資源聚合起來給終端使用，從而提升整網資源利用率，改善用戶體驗。CA 在 3GPP

23、發布的 4G 標準 Release 10 階段就已經引入，并在全球成熟商用。5G 時代載波聚合的需求和作用將會更明顯。技術原理5G 載波聚合(CA)技術帶內載波聚合是聚合同一頻段內的多個載波，在標準中定義了多種頻段的帶內載波聚合，包括 n77、n78、n79 等。在上行方向，盡管通過帶內載波聚合后對不會提升覆蓋，但是由于兩個載波可以共用相同的發射通道，所以針對單用戶來說吞吐量有所提升。例如 3.5GHz 頻段內兩個相同帶寬的載波聚合后，單個用戶的數據速率約 100%提升。CA技術按照聚合載波所在的頻段，可以進一步區分為帶內載波聚合和帶外載波聚合。23dBm23dBmWith data send

24、ingNO data sendingTDD-NR e.g.3.5 GHz1TDDDSDDSUUUDDDSDDSUUU1TCC1CC1CC2CC2DDDSDDSUUUDDDSDDSUUU圖 5G Rel-15 UL CA（Intra-Band）的終端上行工作模式帶內載波聚合（Intra-Band CA）5G 時代的主要上行增強技術31208NR Carrier 1NR Carrier 2A.With Coverage of NR Carrier 1 and NR Carrier 2B.Only with coverage of NR carrier 2UL CADL CADL CAWith da

25、ta sendingNO data sendingTDD-NRe.g.3.5 GHzFDD-NRe.g.2.1 GHzBUL:FDD-NR 1Tx23dBmTDD-NRe.g.3.5 GHzFDD-NRe.g.2.1 GHzUL:FDD-NR 1Tx+TDD-NR 1TxA23dBm1TDDDSDDSUUU1TUUUUU1TDDDSDDSUUU1TUUUUU帶外載波聚合是聚合不同頻段的載波。在 3GPP Rel-15 中定義的 FR1 帶外載波聚合包括 13 種頻段組合1，例如 CA_n3-n78、CA_n28-n78 等。針對同時存在多個 NR 載波并且覆蓋都比較好的區域，可以采用 UL C

26、A 提升頻譜利用率，但是由于受到終端普遍支持 2Tx的限制，需要兩個Tx分別支持兩個頻段，因此采用UL CA會使得在TDD-NR上的上行雙流能力被限制，容量可能會有損失。應用場景在區域 A：在兩個載波的都覆蓋的區域可以利用 UL CA 進行頻段聚合；在區域 B：由于只有單載波的覆蓋，所以上行鏈路僅使用 NR Carrier2 進行通信。圖 UL CA（Inter-Band）的應用場景在區域 A 和 B，終端的上行鏈路的工作模式：圖 5G Rel-15 UL CA（Inter-Band）的終端上行工作模式帶外載波聚合（Inter-Band CA）5G 時代的主要上行增強技術性能分析載波聚合技術從

27、 4G 時代引入，并已經在全球多個 LTE 網絡中成功部署和商用。3GPP Rel-15 中已經包括載波聚合的內容。頻段內的載波聚合技術可以達到聚合多個頻段并改善用戶峰值速率體驗的目標，但是頻段間的載波聚合技術卻受限于終端的發射通道限制，在某些場景下對吞吐量有負面影響。由于 UL CA 不能使用上行雙流，所以可能會對容量會產生負面影響，例如采用 2.1GHz（20MHz 帶寬）和 3.5GHz（100MHz 帶寬）進行載波聚合時，單用戶的上行峰值下降到 SA 模式單載波峰值的80%。在這種情況下系統側將采用單載波的資源分配方式以保持單用戶的峰值不下降。但是，UL CA 并非在所有情況下都會對容

28、量產生負面影響。載波聚合后的容量和聚合的兩個載波（CC1 和 CC2）的帶寬、上行占空比等都相關，當 CC2 的吞吐量不低于 CC1 單流的吞吐量時，UL CA會提升上行容量。例如，CC1 是 TDD-NR 載波（帶寬 50MHz），CC2 是 FDD-NR 載波（帶寬 20MHz），在采用 2.5ms 雙周期的幀結構情況下，采用 UL CA 的上行峰值相比于 TDD-NR 單載波雙流的上行峰值提升了約 8%。FDD-NR 一般都采用中低頻段，上行覆蓋好于 TDD-NR。所以超出 TDD-NR 覆蓋區域時，主要是利用 FDD-NR 來提供覆蓋，對于單用戶來說用戶體驗有提升。例如，在密集城區、上

29、行鏈路的邊緣速率為 2Mbps的情況下，如果采用 FDD-NR 2.1GHz（帶寬 20MHz）和 TDD-NR 3.5GHz（帶 寬100MHz）組網，其覆蓋相比基于 SA 架構采用 TDD-NR 單載波的情況提升 17.8%。覆蓋吞吐量09在 3GPP Rel-15 中新增了一個上行增強技術補充上行鏈路（SUL，Supplementary Uplink）技術，通過提供一個補充的上行鏈路（一般處于低頻段）來保證上行覆蓋。對于采用 SUL 的通信系統，在同一個小區內會配置一個 DL 頻段（NR 頻段）和 2 個上行頻段（NR 頻段+SUL 頻段）。在 NR 載波的上行覆蓋比較好的情況下，終端會

30、采用 NR 載波進行數據發送和接收。當超出 NR 載波的覆蓋范圍后，終端會采用SUL 載波進行數據的發送。終端可以在 UL NR 和 SUL 之間動態選擇發送鏈路，但是在同一個時刻終端只能選擇其中的一條發送，不能同時使用兩條上行鏈路。5G 補充上行鏈路(SUL)技術DL+UL coverageDL only coverageSUL coverageFrequencyHigh NR frequencyDL+ULULSUL圖 SUL 示意圖技術原理15G 時代的主要上行增強技術SUL 頻段和普通的 FDD-LTE/FDD-NR 頻段的上行定義完全相同，需要和現網（4G 或者 5G）的頻段共享使用。

31、SUL 頻段只有上行，所以不能單獨使用。因此在 3GPP Rel-15 中針對 NR 和 SUL 的組合頻段也進行了定義，包括 n78、n79頻段和 SUL 頻段的組合定義，共計 8 種1。3GPP 定義的 SUL 頻段：表 SUL 頻段定義SUL 定義SUL 頻段上行工作頻段下行工作頻段雙工模式n801710 MHz-1785 MHzN/ASUL n81880 MHz-915 MHzN/ASUL n82832 MHz-862 MHzN/ASUL n83703 MHz-748 MHzN/ASULn841920 MHz-1980 MHzN/ASULn861710 MHz-1780 MHzN/AS

32、UL對應的 NR/LTE 定義NR/LTE 頻段上行工作頻段n3/b31710 MHz-1785 MHzn8/b8880 MHz-915 MHzn20/b20832 MHz-862 MHzn28/b28703 MHz-748 MHzn1/b11920 MHz-1980 MHzn661710 MHz-1780 MHz區域 A：TDD-NR（例如 3.5GHz）的覆蓋良好時，終端的上行使用 TDD-NR 來進行數據收發；區域 B：當終端遠離基站時，上行就會切換到 SUL 頻段上進行數據發送。SUL 的應用場景如下圖所示：TDD-NRSULDL:TDD-NRUL:SULDL:TDD-NRUL:TDD

33、-NRB.SUL Coverage(uplink only)A.TDD-NR Coverage(uplink limited)Area AArea B圖 SUL 的應用場景應用場景12105G 時代的主要上行增強技術不同的終端，在區域 A 和區域 B 中所使用的工作模式如下：BUL:SUL 1TxTDD-NRe.g.3.5 GHzSULe.g.2.1 GHz23dBmUU1TDDDSDDSUUUUUUUL:TDD-NR 2TxATDDe.g.3.5 GHzSULe.g.2.1 GHz23dBmUU2 T1T1TDDDSDDSUUUDDDSDDSUUUUUUWith data sendingNO

34、 data sending圖 SUL 的終端上行工作模式雖然 SUL 從上述的性能提升來看，既能保證在 5G 覆蓋區域使用 TDD 的雙流能力，又能在小區遠點使用 SUL 頻段來補充上行覆蓋。但是作為新引入的技術，上行補充增強技術實際加強了普通 5G NR 頻段和 SUL 頻段之間的緊耦合，在實際的部署上存在明顯的限制，包括：SUL 技術通過新引入 SUL 頻段來解決中高頻段的上行覆蓋受限問題，但對容量沒有提升。同時，SUL 必須和 5G NR 組合成一個邏輯小區，因此要求 4G 和 5G 站點緊耦合，限制了 5G 部署的自由度，給實際的商用部署帶來了新問題。TDD-NR DL/UL 和 SU

35、L 必須屬于一個小區，這是 SUL 與 CA的區別之處，也就是說 SUL 無法做到跨小區、跨基站之間的上行補充覆蓋。即便是同站的 TDD-NR 頻段和 SUL 頻段，也要求兩個不同載波同覆蓋且具備相同的工參，這在商用組網環境下難以實現。性能分析3容量分析從終端的工作模式圖示可以看到，在 TDD-NR 覆蓋好的區域，用戶會采用 TDD-NR 來收發數據，所以 SUL 對單用戶的峰值沒有影響。覆蓋分析SUL 一般都采用中低頻段，上行覆蓋好于 TDD-NR。所以 SUL 主要是利用低頻段補充了 TDD-NR 覆蓋，對于單用戶來說用戶體驗有提升。例如，在密集城區、上行鏈路的邊緣速率為 2Mbps 的情

36、況下，如果采用 SUL 2.1GHz（帶寬 20MHz）和 TDD-NR 3.5GHz（帶寬100MHz）組網，其覆蓋相比基于 SA 架構采用 TDD-NR 單載波的情況下提升 17.8%。11考慮到天線設計復雜性、發射功率限制等因素，5G 商用終端上行普遍為 2 個發射通道（2Tx），理想情況下采用上行雙流方式傳輸，等效帶寬翻倍。但由于通道數量的限制，使得在多頻段組網時頻譜資源沒有得到最佳利用：3GPP Rel-16 引入 UL Tx Switching 技術進一步增強上行3GPP Release 16 中針對 EN-DC、CA 和 SUL 三個技術都進行了增強。Uplink Tx Swit

37、ching,匹配終端能力最大化資源利用率如果采用 EN-DC 架構，那么 NR 上的發射通道只有 1 個，無法使用上行雙流傳輸，頻譜資源沒有得到有效利用；如果采用帶內載波聚合技術，吞吐量可以實現線性疊加。但如果需要進行帶外載波聚合，則其中每個載波都只能使用 1 個發射通道，TDD-NR 載波的上行無法使用雙流傳輸，聚合后的上行容量可能反而不如不激活載波聚合。采用 SUL 后雖然可以保持 TDD-NR 載波的上行雙流能力，但是 SUL 頻段在小區近點沒有得到有效利用。5G 時代的主要上行增強技術因此在 3GPP Rel-16 標準中引入上行發射通道切換的機制（Uplink Tx Switchin

38、g），即一個發射通道在載波 1 和載波 2之間切換，另一個發射通道固定給載波 2 使用：Case 1：終端的一個發射通道給 2.1GHz 使用，另一個發射通道固定給 3.5GHz 使用；Case 2：終端的一個發射通道切換到 3.5GHz，由于另一個發射通道還是 3.5GHz，此時就可以支持 TDD-NR 雙流傳輸，實現頻譜最大化利用。mode 1mode 2Uplink Tx Switching3.5G3.5G2.1GTxTxUEwith2TxUEwith2Tx3.5G3.5G2.1GTxTx圖 Uplink Tx Switching 模式12TDD-NR Coverage(Uplink l

39、imited)TDD-NR:DL+ULTDD-NR:DLFDD-NR:DL+ULFDD-NR:DL+ULTDD-NRFDD-NR在 Case 1 和 Case 2 轉換時，須采用 Uplink Tx Switching 技術?？紤]到終端的實際支持能力不同，標準中還進一步定義了 Option1 和 Option2：Uplink Tx Switching 技術可以應用于 EN-DC、CA 和 SUL 技術，分別通過時域和頻域兩個方面來提升頻譜資源的利用。Option 1：終端可以在Carrier1和Carrier2上時分發送數據，但是不能同時發送。Option2：終端可以在 Carrier1 和

40、Carrier2 上靈活聚合,既可以時分發送，也可以同時發送。天線發送模式上行傳輸的天線端口數Case 11T+1T1P+0PCase 20T+2T0P+2P,0P+1P天線發送模式上行傳輸的天線端口數Case 11T+1T1P+0P,1P+1P,0P+1PCase 20T+2T0P+2P,0P+1P3.5GHz 網絡引入 Uplink Tx Switching 技術后，在 TDD-NR 的上行時隙終端可以使用兩個發射通道同時進行數據發送，在其他時隙采用 FDD-LTE 來保持上行數據的發送，因此上行容量比 SA 架構下 TDD-NR 單載波的峰值要高約 17%。采用 Uplink Tx Sw

41、itching 增強了上行容量：23dBm2UL:FDD-LTE 1Tx+TDD-NR 1TxTDD-NRe.g.3.5 GHzFDD-LTEe.g.2.1 GHz1T1TUUUUUDDDSDDSUUUUUUUU3UL:FDD-LTE 1TxTDD-NRe.g.3.5 GHzFDD-LTEe.g.2.1 GHz23dBm1T1TDDDSDDSUUU1UL:FDD-LTE 1Tx orTDD-NR 2Tx23dBm2T1TTDD-NRe.g.3.5 GHzFDD-LTEe.g.2.1 GHzUplink Tx SwitchingDDDSDDSUUUDDDSDDSUUUUUUU圖 EN-DC wi

42、th Uplink Tx Switching 的終端上行工作模式運用 Uplink Tx Switching（EN-DC）后，在 TDD-NR 的上行時隙，原本支持 LTE 的 Tx 轉換到 TDD-NR 頻段上，這樣終端就可以在 TDD-NR 的上行時隙利用 2 個發射通道發射數據，盡可能利用 TDD-NR 的大帶寬優勢、最大化使用頻譜資源。在 TDD下行時隙和特殊時隙，則轉換為 LTE 的發射通道。按照終端的能力不同、所處無線環境的差異等因素影響，終端可以存在以下多種工作模式：Uplink Tx Switching(EN-DC)5G 時代的主要上行增強技術Uplink Tx Switchi

43、ng(UL Inter-band CA)在載波聚合中增加 Uplink Tx Switching，在 TDD-NR 的上行時隙，終端可以利用 2 個發射通道同時發射數據，可以最大化使用頻譜資源。典型的使用場景如下圖所示：終端在小區中近點可以利用頻段間 CA 技術同時進行上下行傳輸，獲得大帶寬和低時延能力；終端在小區遠點利用 FDD 頻段上進行數據發送，下行保持FDD 和 TDD 載波聚合，業務體驗速率得到提升。CA 方案通過發射通道切換，可以靈活支持 Option1（在兩個載波上時分發送，簡稱為 TDM 模式）和 Option2（在兩個載波上時分發送或者同時發送，簡稱 TDM+并發）兩種方式。

44、圖 支持 Uplink Tx Switching 的 UL CA 使用場景示例13按照終端的能力不同、所處無線環境的差異等因素影響，終端可以存在以下多種工作模式：1UL:FDD-LTE 1Tx or TDD-NR 2Tx2UL:FDD-LTE 1Tx+TDD-NR 1Tx3UL:FDD-LTE 1Tx23dBm23dBm23dBm2T1TTDD-NRe.g.3.5 GHzFDD-NRe.g.2.1 GHzFDD-NRe.g.2.1 GHzFDD-NRe.g.2.1 GHzTDD-NRe.g.3.5 GHzTDD-NRe.g.3.5 GHzUplink Tx SwitchingUplink Tx

45、 Switching-23dBm1T1T23dBm1T1TDDDSDDSUUUDDDSDDSUUUDDDSDDSUUUDDDSDDSUUUUUUUUUUUUUUUUUWith data sendingNO data sending圖 支持 Uplink Tx Switching（CA）的終端上行工作模式3GPP Rel-16 對載波聚合的頻段組合擴充到了 78 種1，并融入了 Uplink Tx Switching，使得覆蓋、容量和時延方面都得到了增強：載波聚合技術在引入 Uplink Tx Switching 后，克服了基于 3GPP Rel-15 UL CA 中不能利用 TDD-NR 雙流

46、導致容量損失的問題，從時域和頻域兩個方面對頻譜利用率進行了增強，同時引入功率提升，達到提升上行吞吐量和覆蓋的目標。覆蓋提升時延降低上行容量提升通過 Uplink Tx Switching 技術，終端能夠同時連接 FDD 和TDD 兩個載波，即使是在小區邊緣也可以使用 FDD 載波，不再因為上行受限而脫離 5G 網絡服務。例如，TDD-NR 采用 3.5GHz、帶寬 100MHz 的情況下，增引入 Uplink Tx Switching 后，上行數據的發送無須等到TDD-NR 的上行時隙才能發送數據、而是擁有 100%的上行發送時隙，因此下行反饋時延減小 25%。TDD-NR 采用 3.5GHz

47、、帶寬 100MHz 的情況下，增加2.1GHz 的 FDD-NR 頻段進行載波聚合，引入 Uplink Tx Switching 技術后，終端上行容量可以提升 20%。加 2.1GHz 的 FDD-NR 頻段進行載波聚合，在上行鏈路的邊緣速率為 2Mbps 的情況下，采用 Uplink Tx Switching，覆蓋比單獨采用 TDD-NR 載波時提升 17.8%。5G 時代的主要上行增強技術Uplink Tx Switching(SUL)在上行補充增強技術中引入 Uplink Tx Switching 后，系統可以在 TDD 的上行覆蓋受限區域增加對 SUL 頻段的時頻資源利用，因此提升了

48、上行容量。典型的使用場景如右圖所示：TDD-NRSULDL:TDD-NRUL:SULB.SUL Coverage(uplink only)A.TDD-NR Coverage(uplink limited)DL:TDD-NRUL:TDD-NR+SULArea AArea B圖 支持 Uplink Tx Switching 的 SUL 使用場景14SUL 方案通過發射通道切換，只能支持 option1（在兩個載波上時分發送，簡稱為 TDM 模式）的方式。按照終端所處的無線環境不同，終端可以存在以下兩種工作模式：1UL:SUL 1Tx or TDD-NR 2Tx23dBm23dBm23dBmTDD-

49、NRe.g.3.5 GHzSULe.g.2.1 GHz2T1T1TUplink Tx SwitchingUplink Tx Switching-2UL:SUL 1TxFDD-NRe.g.2.1 GHzTDD-NRe.g.3.5 GHz23dBm1TWith data sendingNO data Sending圖 Uplink Tx Switching(SUL)的終端上行工作模式在小區近點，可以采用 Uplink Tx Switching 的方式在 TDD-NR 和 SUL 頻段之間進行切換；在小區中遠點，使用 SUL 載波提供上行覆蓋。因此，Uplink Tx Switching 對 SUL

50、 方案的性能提升主要是體現上行容量和時延兩個方面，對覆蓋沒有進一步的增強。雖然3GPP Rel-16中利用Uplink Tx Switching對SUL進行了增強，但是依舊需要SUL和TDD-NR共小區，對于實施部署有嚴格的要求，例如要求支持 TDD-NR 的射頻設備和支持 SUL 的射頻設備采用共同的工程參數（包括相同的發射方向、相同的天線下傾角等），給實際的部署帶來了一定的困難和問題。此外，由于 SUL 頻段依舊需要和 TDD-NR 共小區，所以無法支持跨小區、跨基站、以及宏基站/微基站之間的靈活調度功能。引入 Uplink Tx Switching-SUL 技術后，終端在 TDD 覆蓋范

51、圍內可以增加對 SUL 時頻資源的使用，終端上行容量可以提升 20%。引入 Uplink Tx Switching 后，上行時隙達到 100%可以利用，下行反饋時延降低近 20%。5G 時代的主要上行增強技術15上行增強技術對比與分析總體架構對比針對 5G NR 上行覆蓋不足的問題，業界已有多種解決方案,包括 3GPP Rel-15 的雙連接（EN-DC）、載波聚合（UL CA）和補充上行鏈路技術（SUL），并且在 Rel-16 中通過 Uplink Tx Switching 技術進行增強。EN-DC 是 5G 部署初期的主要系統架構，產業成熟度高、可以支持多個站點之間的雙連接功能。但引入 U

52、plink Tx Switching 后對終端要求高，暫未看到支持計劃；CA 是基于 4G 成熟商用的架構，已經在多個 5G 商用網絡/實驗網中進行了測試和驗證。在 CA 中引入 Uplink Tx Switching，已經有測試驗證案例、并且部分終端芯片廠商已有支持計劃。SUL 是 5G 新增功能，產業鏈成熟度不足。由于引入了 SUL 和 NR 載波之間的緊耦合，跨站能力有限，給商用部署引入了新的問題和限制。EN-DCUL CASULEN-DCwith UL Tx SwitchingUL CAwith UL Tx SwitchingSULwith UL Tx Switching進入的 3GP

53、P 標準Rel-15Rel-15Rel-15Rel-16Rel-16Rel-16應用/產業成熟度組網能力（跨站跨小區）（支持跨站、跨小區）（支持跨站、跨小區）（不支持跨站、跨小區）（支持跨站、跨小區）（支持跨站、跨小區）（不支持跨站、跨小區）表 上行增強技術的總體對比 上行增強技術對比與分析16系統性能對比小結為了便于分析和說明，以下就 2.1GHz（帶寬 20MHz）+3.5GHz（帶寬 100MHz），在采用 2.5ms 雙周期的幀結構情況下進行系統性能影響的對比和分析。3GPP Rel-15 階段引入了各種上行增強技術，包括 EN-DC、CA 和 SUL 等技術，并且在 Rel-16 中

54、利用 Uplink Tx Switching 技術分別對這三種方案進行增強。針對不同的網絡發展策略、頻譜策略、以及用戶和行業發展規劃等，運營商需要從產業鏈、商用部署和網絡性能方面綜合考慮如何選擇適合的上行增強技術：產業鏈必須考慮系統和終端的支持能力、網絡的演進能力、標準協議的支持能力、成熟商用部署經驗等因素。所以綜合來看，CA 是比較合適選擇。5G 商用進程的推進對 5G 網絡的性能提出了越來越高的要求，例如覆蓋性能好、移動性支持能力強等，因此 5G 的站點選擇已經不局限于和 4G 共站部署。因此，上行增強技術需要支持多個頻段、多個站點之間的靈活調度和協同能力。SUL 技術由于采用了 NR 和

55、 SUL 頻段之間的緊耦合能力，要因此綜合來看，引入 Uplink Tx Switching 后的載波聚合技術，從覆蓋、上行和下行容量的提升、以及時延的降低等方面優勢最為突出，是 5G 上行增強技術的最佳選擇?；€3GPP Rel-153GPP Rel-16TDD-NR（單載波，SA）EN-DCUL CASULEN-DCwith UL Tx SwitchingUL CAwith UL Tx SwitchingSULwith UL Tx Switching5G 上行覆蓋A1.18*A1.18*A1.18*A1.18*A1.18*A1.18*A5G 上行峰值速率B0.74*BBB1.17*B1.2

56、*B1.2*BHARQ RTT 時延C0.75*C0.75*C0.8*C0.75*C0.75*C0.8*C5G 下行峰值速率D1.25*D1.29*DD1.25*D1.29*DD表 上行增強技術的性能對比（2.5ms 雙周期，2.1GHz（帶寬 20MHz）+3.5GHz（帶寬 100MHz）上行增強技術對比與分析求 SUL 和 NR 組成同一個小區、對工程部署要求高，并且不能支持站點之間的靈活協同，提升了商用部署的復雜度，有一定的局限性。上行增強技術的目標是提升上行覆蓋和容量，從這個角度上說 CA 和 SUL 技術都好于 EN-DC 技術。但是 SUL 只考慮上行的增強、引入了上下行的不對稱

57、使用，所以對于 DL 的容量沒有提升，而 CA 可以同時提升上下行容量和覆蓋，達到了頻段最佳使用的目標。17上行增強技術的演進和發展隨著 NR 新頻段不斷釋放，以及現有 LTE 頻段逐步重耕，5G 多頻段協同組網將會更加常態化。一方面可獲得的頻段更豐富，另一方面終端硬件能力演進后處理能力更強，針對不同組網場景和不同應用需求，會有更多的上行增強方案產生。從網絡架構角度看，5G 上行增強技術還將會從以下方面進行演進和發展：FDD-NR 的大帶寬能力，使得載波聚合的潛力進一步釋放基于成熟商用架構，載波聚合的多頻段組合能力逐漸顯現FDD-NR 的載波帶寬不再局限于 4G 時代的 20MHz，可以支持更

58、大的帶寬。例如 1.8GHz（n3）的單載波帶寬可以提升到 30或者 40MHz，2.1GHz（n1）頻段的載波帶寬可以提升到 25、30、40、50MHz?；诔墒鞈煤陀袕姶笱葸M能力的載波聚合技術，可以平滑支持這些頻段的大帶寬，并進一步提升用戶吞吐量。3GPP Rel-16 標準新增了 3 個頻段之間、以及 4 個頻段之間的載波聚合組合定義，使得載波聚合能力不斷增強、載波聚合的應用范圍持續擴大，系統的聚合能力更為靈活。載波聚合能力的增強，使得載波聚合的潛力進一步被釋放 上行增強技術的演進和發展18在 5G NSA 架構中，終端與 LTE 和 NR 基站同時建立連接（EN-DC），雖然這種雙

59、連接方式主要是由于終端要接入EPC 導致的，但這種雙連接方式對高頻段的 NR 也起到上行增強作用。例如，當 NR 上行信道質量較差時，終端可以把所有上行數據分流到 LTE 連接上，而下行則可以繼續利用 NR 連接。類似地，5G SA 架構中，終端同樣可以與兩個 NR 基站建立雙連接（NN-DC）關系。當終端連接的兩個 NR 基站所用頻段相差較大時、特別是當兩個 NR 基站分別采用 sub 6G 和 mmWave 頻段時，較低頻段連接就可以為較高頻段連接起到上行增強作用?；?Uplink Tx Switching 的載波聚合技術同樣可以應用于 NN-DC 雙連接場景，可以進一步提升 NN-DC

60、 雙連接上行容量。TDD 頻段因為上行時隙占比較低，上行容量和覆蓋能力受限制。如果把兩個不同 TDD 頻段的上行時隙設計為全錯開的方式，終端與這兩個頻段載波同時連接時就可以大大提升上行時隙占比。如下圖，以 DDDDDDSUU 幀結構和 DSUUU 幀結構為例，兩個上行占比分別為 20%和 60%的載波聚合后，終端可以利用兩個載波交替發上行數據，互不沖突，上行可用時隙可以提升到 80%。TDD 異幀上行增強不僅可以提升終端上行時隙占比，還能充分發揮終端的雙發能力。當終端連接兩個上行時隙完全錯開的TDD 載波時，在每個載波上都能同時激活兩個發射通道，利用上行雙流進一步提升容量，并降低時延。NN-D

61、C 雙連接TDD 異幀 CACC1 with 20%uplinkUplink Ratio Increased to 80%CC2 with 60%uplinkWith data sendingNO data sending5GC gNodeB(mid-band)gNodeB(high-band)datasignaling圖 NN-DC 系統架構圖 兩個 TDD 異幀情況下采用 CA 后的終端工作模式 上行增強技術的演進和發展19總結與展望TDD-NR（例如 3.5GHz、2.6GHz）作為 5G 網絡部署的主力頻段，相對于 4G 網絡普遍使用的頻段，穿透損耗較高、上行占空比較低，在高路損場景下

62、（如室外覆蓋室內）其上行覆蓋能力存在一定劣勢。因此采用單一的 TDD-NR 載波部署一張面向未來演進的高質量、低成本 5G 網絡仍存在一定挑戰。針對 5G NR 上行體驗不足的問題,雖然業界已有多種解決方案,但是綜合對比來看,融合了 Uplink Tx Switching 的載波聚合技術（CA），從時域和頻域兩個維度同時提升多個 NR 載波的協作聚合能力，從而提升 5G 上行覆蓋能力、降低時延、并同時提升上下行容量，是構筑功能、性能和覆蓋領先的 5G 高質量網絡的最佳上行增強技術?？偨Y與展望20縮略語英文全稱中文全稱ToBTo Business面向企業客戶TocTo Customer面向普通用

63、戶3GPP3rd Generation Partnership Project第三代合作伙伴計劃5G5th generation mobile networks第五代移動通信技術ARAugmented Reality增強現實CACarrier Aggregation載波聚合DCDual Connectivity雙連接DLDownlink下行鏈路eMBBEnhanced Mobile Broadband 增強移動寬帶EN-DCE-UTRA-NR Dual Connectivity以 4G 為主節點,5G 為輔節點的雙連接EPCEvolved Packet Core4G 核心網絡EUTRAEvol

64、ved-UMTS Terrestrial Radio Access進化的 UMTS 陸地無線接入FDDFrequency-division Duplex頻分雙工FR1Frequency Range 1頻譜范圍 1FR2Frequency Range 2頻譜范圍 2縮略語 縮略語21縮略語英文全稱中文全稱Massive MIMOMassive Multiple Input Multiple Output大規模天線技術NN-DCNR NR Dual ConnectivityNR-NR 基站的雙連接NRNew Radio5G 新空口NSANon-Standalone非獨立組網PUCCHPhysica

65、l Uplink Control Channel 物理上行鏈路控制信道Rel-15Release 153GPP Release 15 標準Rel-16Release 163GPP Release 16 標準SAStandalone獨立組網SULSupplementary Uplink補充上行鏈路TDDTime Division Duplex時分雙工TDMTime Division Mode時分模式TxTransmitter發射通道ULUplink上行鏈路UL CAUplink Carrier Aggregation上行載波聚合uRLLC Ultra-reliable and Low Laten

66、cy Communications超高可靠與低時延通信VRVirtual Reality虛擬現實 縮略語22中興通訊版權所有轉載、編摘或利用其他方式使用本白皮書的全部或部分內容的，應注明來源違反上述聲明者，著作權方將追究其相關法律責任主要參考文獻地址：深圳市高新科技產業園科技南路中興通訊大廈 郵政編碼：518057電話：+86-755-26770000 傳真：+86-755-26771999 網址：1.3GPP TS 38.101-1:“NR;User Equipment(UE)radio transmission and reception;Part 1:Range 1 Standalone”2.3GPP TS 38.213:NR;Physical layer procedures for control.3.3GPP TS 38.214:NR;Physical layer procedures for data.