2024-10-20 www.dnxtw.com
提到 与5G相比，大家最直观的感受可能是 4G 下载速率明显加快，下载速率是下行方向的速率。事实上，5G 可以达到速率 4G 的 10 倍左右。
当然，除了下行速度，我们还应该关注上行速度。上行速度可以理解为用户上传文件的速度，比如将照片上传到各种网络磁盘，甚至通过微信向朋友发送文件。这种行为的速度取决于网络的上行速度。
相对于 4G 时代，如果 5G 上升速率提高，延迟减少，覆盖范围扩大到足够的程度，如远程控制、远程医疗、智能安全、智能工厂、视频直播等 5G 所有的应用都得到了有利的支持，蓬勃发展。
那么制约 5G 上升的因素有哪些？
挑战上行带宽和延迟的挑战
5G NR 双工模式包括 FDD 和 TDD。中国 5G 频段 3.5G 和 2.6G，均采用 TDD 模式。
5G 初期，3.5G 典型的上下行间隙比例 7:3 或 8:二是整体资源 70% 30%的时间用于下降， 时间用于上升，因此下行订单的用户速率可以达到 1.5Gbps，上行只有 280Mbps。当手机接收下行数据时，反馈确认响应需要等到上行间隙到来才能发送，导致 7:3 最大时延约在比例下 4.2ms，平均时延约 2.5ms。
随着 5G toB 在业务发展和下行体验不变的情况下，大幅提升上行体验，缩短延迟，是对网络的新需求和挑战。
向上覆盖的挑战
无线网络覆盖的短板正在上升。基站功率可达 200W，当基站向手机发送信号时，不用担心下行覆盖距离。但是手机的发射功率只有 0.2W，当手机向基站发送信号时，上覆盖距离有限。
这就像基站发射的信号可以通过高音喇叭传输几公里，手机发射的信号只能通过嘴传输几百米，双方通信的距离只能以手机发射信号的距离为准。
频段越高，覆盖距离越短，3.5G 频段相比 4G 主力频段 1.8G / 2.1G 频段覆盖少 50%。
解决办法超上行技术
针对以上 5G NR 上行方向传输的限制，3GPP 在 R15 版本有相关的向上增强技术，主要包括 SUL (SupplementaryUplink，补充向上)，CA（Carrier Aggregation，载波聚合)和 EN-DC (EUTRA-NR DualConnection，4G-5G 三类:双连接)。
但上述三种上行增强技术都有其优缺点。
SUL 主要用于小区边缘，用于提升上行覆盖，不能提升上行近点容量。
CA 下行吞吐率可以提高。但由于终端发射天线的数量有限，上行吞吐量无法有效提高。
EN-DC 只适用于 NSA 网络。
针对 R15 为了进一步提高上行方向(包括速率、吞吐率、覆盖范围等)的效率，3GPP 在 R16 引入了 Uplink Tx Switching 功能，在 SUL、UL CA 和 EN-DC 在三种上行增强技术的基础上开启 UplinkTx Switching 功能，即超级上行技术。
超上行技术在 3GPP 在标准中命名 Uplink Tx Switching(上行发射机切换) 5G Release 16 介绍的新特性。超上行技术通过终端发射机切换，在上行链路中使用低频 FDD 载波和高频 TDD 载波。因此，在时频域充分聚合 FDD 上行多时间隙和 TDD 上行大带宽的优势，最大限度地利用上行资源。
简单来说，所谓超级上行，就是 TDD 和 FDD 充分发挥协作、高频和低频互补、时域和频域聚合 3.5G 大带宽能力和 FDD 频率低、穿透能力强的特点不仅提高了上行带宽，还提高了上行覆盖，缩短了网络延迟。它是无线通信第一个时频结合的技术，面向 toB / toC 最佳市场率 / 延迟解决方案是无线通信的又一个里程碑式创新，具有跨时代的意义。
提示：超级上升不仅需要在网络侧部署，还需要终端侧配合，需要支持超级上升系列终端。
工作模式和工作原理
让我们先看看终端（UE）上 Tx(天线)的工作模式分为 Case1 和 Case2 两种，Case1 是指 2Tx 终端在载波 1 和载波 2 上分别以 1Tx 传输，Case2 是指 2Tx 在其中一个载波上，终端可以 2Tx 传输。
Case1 两载波并发数据是否支持上行数据，分为两载波 Option1 和 Option2 两种模式。下表 Option2 中的 1P 1P 表示上行数据可以在两载波并发传输。
下表中的 Case2 意味着 R16 中的 Uplink Tx Switching 功能，就是指 Case1 和 Case2 来回切换，有效提高上行吞吐量。
下面我们以 2.1G 和 3.5G 组 CA 以理解为例 Uplink Tx Switching 工作原理的功能。
这里简单回顾一下 CA：
载波聚合（Carrier Aggregation，CA）是将 2 一个或多个载波单元（Component Carrier，CC）聚集在一起支持更大的传输带宽。每个载波单元对应一个独立的社区。通常可以将 1 相当于一个载波单元 1 个小区。使用载波聚合可以有效地利用零碎的频谱，支持更大的传输带宽，UE 配置载波聚合后，可与多个社区同时收发数据，可显著提高单用户的峰值率。同时，根据不同载波的无线特性，通过载波聚合技术灵活选择相应载波发布或上传数据，可以增强上行覆盖。
现阶段大部分终端：
在单 2.1G 的 FDD 只能单发(即使用) Case1 的 Option1 模式）。
在单 3.5G 的 TDD 可以进行双发(即使用) Case2 模式）。
在 2.1G 3.5G 组合上行 CA 时即使用了 Case1 的 Option2 模式，其效果是 2.1G 上行单流 3.5G 上行单流。
在 2.1G 3.5G 组合上行 CA，同时开启了 Uplink Tx Switching 功能(如下图所示)表示 3.5G 的下行 Slot 上所对应的 2.1G 的 Slot 上使用 Case1 上行数据传输模式，在 3.5G 的上行 Slot 上将天线从 2.1G 切换到 3.5G 上，进行 Case2 传输模式。上行 3.5G 的上行 Slot 结束后，将天线转回 2.1G 上，再进行 2.1G 上的 Case1 上行数据传输模式。上行 3.5G 的上行 Slot 结束后，将天线转回 2.1G 上，再进行 2.1G 上的 Case1 上行数据传输的模式。它的效果是 2.1G 上行单流 3.5G 上行双流。此时，上行传输速率可以显著提高(但在) 2.1G 上由于 Switch 浪费时间会导致调度包数量略有下降)。
应用场景
载波聚合（CA） Uplink Tx Switching
根据上述工作原理，结合实际应用，我们来看看社区的近中点、中远点、远点，Uplink Tx Switching 结合 CA 是如何发挥作用的。
支持 switchedUL 或 dual UL 的 UE，在小区中点附近，可以进行 FDD 1Tx 和 TDD 2Tx 时间传输，即在 FDD 的 UL 时隙切换至 TDD 进行 2Tx（UL MIMO）UL 传输。
支持 dual UL 的 UE，在社区中远点，可以进行 FDD 1Tx 和 TDD 1Tx 同时传输。
UE 在小区远点时，超过小区 TDD UL 此时只能进行覆盖范围 FDD UL 1 Tx 传输。
通过之前的介绍，我们知道，在 FDD TDD 的 UL CA 场景中，UE 的两根 Tx 天线在 FDD 载波和 TDD 各自可以在载波上 SISO 以工作的方式工作，速率可能不如在 TDD 载波上用 UL MIMO 传输数据。而在 3GPP Release 16 中，UL CA 结合 Uplink Tx Switching，可以在 NR FDD 和 TDD 在共同的上行覆盖区，在 NR TDD 在载波上，使用 TDD 更大的带宽和 UL MIMO 进一步提高上行吞吐率的方法。
4G-5G 双连接（EN-DC） Uplink Tx Switching
EN-DC（E-UTRA-NR Dual Connectivity）指 LTE 和 NR 双连接，可让 UE 同时连接到 5G (NR) 和 4G (LTE) 网络使运营商能够同时使用两种网络技术的无线资源。
EN-DC 工作在 NSA(非独立组网)组网下，LTE 和 NR 双连接业务场景存在。
EN-DC 主要的工作模式是 UE 通过 LTE 访问网络，然后通过网络侧发布 RRC 重配消息让 UE 聚合 NR 载波，之后 LTE 载波和 NR 载波可以承载数据业务的传输。
这里以 LTE FDD NR TDD 例如，如下图所示。在 LTE 和 NR 上行共同覆盖区域，UE 可以在 LTE 载波和 NR 载波均发送上行数据，受限于 UE 发射功率和 NR TDD 此时使用的高频段 NR 上行覆盖将小于 LTE 上行覆盖范围，所以当 UE 虽然它位于社区的边缘，但它仍然可以接收网络侧的下降 LTE 以及 NR 数据，但只能通过 LTE 载波发送上行数据，EN-DC 通过这种低频 LTE 高频 NR 有效扩大实际网络覆盖范围的途径。
EN-DC 结合 3GPP Release 16 中引入的 Uplink Tx Switching，在 LTE 和 NR 共同覆盖的区域可以在 NR TDD 上行时间间隙将 UE 切换至 NR TDD 载波向上调度，此时载波向上调度 UE 就可以在 NR 载波使用 UL MIMO 传输数据。由于 NR 相比 LTE 带宽大，频谱效率高，可提高上行传输速率。而在 NR TDD 可使用载波的下行间隙和特殊间隙 LTE FDD 传输向上数据。同样，当 UE 移动到社区的远点，在 LTE 和 NR 上行覆盖以外的区域，通过 LTE 载波发送上行数据，确保 5G 网络覆盖面很大。
补充上行（SUL） Uplink Tx Switching
SUL（Supplementary Uplink，补充上行)，是的 3GPP 在 5G Release 15 中新技术。我们知道一个社区是否是一个社区 FDD 还是 TDD，它们将分别包含上行载波和下行载波，并属于同一频段。在 5G 时代，限制社区范围的往往是 UE 上行覆盖。因此，业界提出了这一点 SUL 技术，通过一个 NR 小区配置低频段。 SUL 载波保证了网络实际上的上行覆盖范围。换句话说，一个社区会有两个载波 N41-N83 为例，既有 N41 的 NUL（Normal Uplink）载波，也有 N83 的 SUL 载波。SUL 频段组合是高频的 TDD 低频的 SUL 载波组合。
当一个 NR 小区配置了 SUL 之后，它具体访问所需的信息，包括 SUL 的频段、PointA、SCS 通过子载波间隔、带宽等 SIB1 新闻广播给社区 UE。
当支持 SUL 的 UE 在配置中 SUL 载波的 NR 当社区启动初始接入时，该 UE 根据检测到的情况 SSB 的 RSRP 与 rsrp-ThresholdSSBSUL 比较(参数通过 SIB1 下发给 UE）。如果 SSB 的 RSRP 小于 rsrp-ThresholdSSB-SUL，说明 UE 在社区的边缘，所以 UE 选择在 SUL 载波启动接入。而如果 SSB 的 RSRP 大于 rsrp-ThresholdSSB-SUL，说明 UE 在社区的中近点， UE 选择在 NUL 载波启动接入。
如果，需要注意的是 UE 不支持 SUL 或者 NR 小区配置的 SUL 频段时，应该是 UE 选择在 NUL 在载波上启动接入。
如下图所示，当处在 NR NUL 覆盖区域时，UE 在 NUL 当载波上传输上行数据时 UE 移动到社区远点，动态切换到 SUL(通过发布网络侧 RRC 重配信息指示)发送数据，有效扩展 NR 社区覆盖范围。
但在配置中 SUL 的小区中，UE 同时只能在一个载波上传输上行数据，不能同时在两个上行链路上传输上行数据，造成资源浪费。因为 NUL 和 SUL 载波同时工作， SUL 载波只有在 UE 在社区边缘发挥作用，然后通过 Uplink Tx Switching，让 UE 通过时间的方式，重用 NUL 载波和 SUL 载波可以有效提高 UE 上行传输速率位于社区近点。
根据目前 3GPP Release 17 的 TS 38.214 中间的描述，在 UL CA 和 SUL 场景，uplink switching 增加了 2Tx 到 2Tx 切换可以进一步改进 UE 吞吐率上升
总结技术补充上行（SUL）载波聚合（CA）4G-5G 双连接（EN-DC）该功能主要用于社区边缘，用于提高社区边缘的速度，确保网络的实际上升覆盖范围，有效扩大 NR 社区覆盖范围可提高下行吞吐率。
UL CA 能够上行两载波并发
EN-DC 通过这种低频 LTE 高频 NR 该方法有效地扩大了SUL的实际网络覆盖范围弱点 同时，上行数据传输只能在载波上实现，会造成部分载波资源的浪费，无法提高上行近点的容量但受终端发射天线数量限制，上行吞吐量无法有效增加。
对于 2T 终端，近点对上升容量的提升有限，也有可能降低上升容量
主要用于 NSA 网络，不适用 SA 网络结合超上升技术复用配对载波，有效提升 UE 位于社区近点的上行传输速率显著提高单用户峰值率，进一步提高上行吞吐率。
加强上行覆盖
以提高上行传输速率为例5G 超级向上技术的诞生在许多应用领域发挥了优势。通过以下例子，我们来看看 5G 如何帮助我们有效保证移动场景下的无缝安全运行、恶劣环境下的智能预警和实时监控，提高企业整体生产效率，改善安全健康的生产环境。
爆破预警
通过 5G 超上行技术可以实现爆破预警。5G 超级上行实现了无人机多路 4K 高清视频回传，爆破警戒覆盖范围从原来开始 500 米扩大到了 2 公里，原来 2 小时检查人力工作量，减少到半小时，大大提高了生产效率，提高了爆破的安全性。高清视频，如水泥仓裂纹等 AI 测试等场景，5G 超级上行也起到了实际作用。
矿车自动驾驶
矿山开采、矿车自动驾驶、远程控制都需要高性能 5G 网络传输，但矿山地形受开采进度的影响，处于不断变化的状态，无线网络很难部署。5G 超上行技术可以实现矿区道路和作业区的有效连续覆盖和性能提升，保证各种工程机械的高清视频回传和远程控制需求。
赛事直播
活动直播对上行速率要求较高，在 2021 在2000年的厦门马拉松赛上，依靠强大的电信 5G 网络覆盖与和 5G 超上行技术，厦门马拉松期间双方通过 5G 8K VR 以各种方式呈现这一盛况，比如直播。
现在，除了生产质量的提高，5G 超上行技术的应用可以让用户在高清直播、网络课程等需要大数据上传的场景中获得更好的体验。
未来，超级上行技术将更多地应用于有巨大上行需求的业务场景。让我期待超级上行技术在更多领域大放异彩！
本文来自微信公众号：微信公众号（ID：null），作者：中兴文件
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