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上行选择发射原理和实现分析.docx
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上行选择发射原理和实现分析.docx
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【摘 要】上行选择发射是多频协同中的一种重要技术,通过终端上行发射天线切
换实现两载波上行的时分发送,能够有效提升网络上行的容量。首先分析了上行
选择发射的原理,分别阐述了基于 SUL 技术和基于 UL CA 技术的上行选择发射的
实现流程,再以 3.5 GHz 和 2.1 GHz 多频组合为例,分析了上行选择发射两种不
同实现技术的特点。在实际部署中应根据具体的需求选择合适的上行选择发射实
现技术。
【关键词】上行选择发射;上行容量;SUL;UL CA
0 引言
4G 时代的移动业务需求以下行为主,因此网络能力主要为下行大带宽,上
行大带宽需求较少。而随着移动互联网蓬勃发展,5G 超高速率、超大连接、
超低时延的特性进一步推动万物互联构建的智能世界进入各行各业千家万
户,如 AR/VR、4K/8K 高清直播、短视频等上行高速率需求的业务逐渐增多
并占据重要位置,对移动网络提出了上行大带宽和低时延等需求。
国内运营商主流的 5G 频段一般在中高频,以中国电信和中国联通的 3.5 GHz
TDD 网络为例,使用 2.5 ms 双周期的帧结构,下行时隙占比远高于上行时
隙,网络的上行利用率较低。提升网络的上行利用率是网络发展需要解决的
问题,在这种背景下,利用多频协同的上行选择发射技术被提出以用于提升
5G 的上行利用率和容量。
1 上行选择发射技术原理
在上行选择发射技术提出之前,3GPP 在 R15 版本已经有相关的上行增强技
术 , 主 要 包 括 SUL( Supplementary Uplink , 补 充 上 行 ) 、 CA ( Carrier
Aggregation,载波聚合)和 EN-DC(EUTRA-NR Dual Connection,4G-5G 双
连接)三类
[1]
。SUL 主要用于小区边缘,用于提升上行覆盖;CA 可以提升下
行吞吐率,但受限于终端的发射天线数量无法有效提升上行吞吐量;EN-DC
主要用于 NSA 网络。
2019 年 9 月,上行选择发射技术正式纳入 3GPP Rel-16 立项
[2]
,并分别于
2019 年 11 月和 2020 年 2 月由 RAN4 联络函出发 RAN1 和 RAN2 工作组讨论。
3GPP 定义了 2Tx 终端的两种工作情形
[3]
,如表 1 所示。
Case1 指的是 2Tx 终端在两个载波 1 和载波 2 上分别以 1Tx 传输,Case2 指
的是 2Tx 终端在其中一个载波上以 2Tx 传输。其中,Case1 根据是否支持上
行数据在两载波并发又分为 option1 和 option2 两种模式,如表 2 所示。
以载波 1 为 2.1 GHz FDD 载波和载波 2 为 3.5 GHz TDD 载波为例,现阶段的
终端大多在 2.1 GHz FDD 上行只能单发,在 3.5 G 上行可以双发。为方便描
述,在本文中 Case1 option1 模式默认在 2.1 GHz 上工作,Case1 option2
模式默认在 2.1 GHz 和 3.5 GHz 上同时工作,Case2 模式默认在 3.5 GHz 上
工作。若可以实现 Case2 和 Case1 工作模式的切换,在 3.5 GHz TDD 下行时
隙时终端切换到另一 FDD 载波上工作进行上行发送,则可以有效提升上行的
容量。
Case1 和 Case2 两种工作模式的切换的本质是上行发射天线的切换,所以
3GPP 在 Rel-16 引 入 了 Uplink Tx Switching 功 能 , 并 同 时 定 义 了
35/140/210 μs 三档切换容忍时延,明确 SUL 和 UL CA 场景下切换时延选
择区间为{35 μs, 140 μs, 210 μs},EN-DC 场景下切换时延选择区间为
{35μs, 140 μs}[4]。Uplink Tx Switching 功能需要终端支持,终端所
支持的切换时延等级将在接入网络时包含在终端能力中进行上报,同时,终
端能力上报中引入上行切换所带来的下行中断上报,并且针对 SUL+TDD、
TDD+TDD CA、TDD+TDD EN-DC 三种场景下不引入下行接收中断。
在 SUL 、 UL CA 和 EN-DC 三 种 上 行 增 强 技 术 的 基 础 上 开 启 Uplink Tx
Switching 功能,即为上行选择发射技术,也称为超级上行技术。上行选择
发射技术可以使终端通过类似 TDM(Time Division Multiplexing,时分复
用)的方式在两个载波上进行上行时分发射,工作模式如图 1 所示。对于上
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