5G时代新挑战——上行带宽与时延的挑战

4G时代主要面向2C消费者，网络能力主要以下行流量为主。直到近几年，抖音等高速率的上行需求业务才逐渐出现。

5G时代万物互联，与2C的eMBB不同，2B行业应用的海量数据将自下而上的产生，在传统下行大带宽的基础上，提出了上行大带宽、低时延的新需求。比如无人机、4K高清直播等需要40Mbps上传+20-40ms时延，无人采矿车需要多路30Mbps上传+30ms时延等。

这些种类繁多的2B新业务的需求，让5G的挑战接踵而至。

5G时代新挑战  

上行带宽与时延的挑战

5G NR的双工模式包括FDD和TDD。中国5G频段3.5G和2.6G，均采用TDD模式。

FDD叫频分双工，上行和下行分别在两个独立的、对称的频率信道上传送。这就好像是双向车道，两个方向的车辆各行其道，互不干扰；

TDD叫时分双工，上行和下行在同一频率信道上传送，两者通过时间间隔来分离。这就好像是潮汐车道，需要分时段来控制车辆通行方向。

5G初期，3.5G上下行时隙配比主要针对eMBB场景设计，典型采用7：3或8：2等，即整体资源70%的时间用于下行，30%的时间用于上行，因此下行单用户速率可以达到1.5Gbps，上行只有280Mbps；而手机收下行数据时，反馈ACK/NACK需要等到上行时隙到来才能发送，因此造成7:3配比下最大时延约4.2ms，平均时延约2.5ms。

随着5G 2B业务发展，下行体验不变的情况下大幅提升上行体验并缩短时延，是对网络提出的新的需求和挑战。

上行覆盖的挑战

无线网络覆盖的短板在上行。基站功率可达200W，基站向手机发送信号时，下行覆盖距离不用担心。但手机的发射功率只有0.2W，手机向基站发射信号时，上行覆盖距离有限。

这就好比基站发射信号像用高音大喇叭喊话可以传几公里，手机发射信号像靠嘴喊只能传几百米，双方通信的距离就只能以手机发射信号的距离为准。 

而且频段越高，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%。

怎么办？

目前业界主要的解决方案有两种，一种是采用TDD +FDD的载波聚合技术（CA），一种是将FDD低频的上行频段做补充的技术（SUL）。其中：

上行CA：在3.5G基础上增开低频通道做上行，让流量同时承载于高频段+低频段，提升覆盖和体验。但CA技术存在两大问题：一是两个频段上行只能各占一个通道，导致3.5G频段无法充分发挥双通道大带宽优势，同时每个通道功率小于20dbm，导致上行收缩3dB，二是终端产业发展缓慢，目前无TDD+FDD上行载波聚合的终端并无任何实现路标。

SUL：在远点3.5G上行无覆盖的地方增开低频做上行，高频段上传输5G下行，在低频上传输5G上行，从而提升5G上行覆盖。SUL虽然解决了上行覆盖问题，但用户在近中点依然只使用3.5G的上下行频谱，对于近中点用户体验和时延无任何改善。

还有没有更好办法？几天前，中国电信和华为在MWC2019上海展发布会上联合提出了一种新的解决方案，叫5G超级上行。

超级上行，光听名字就让人感觉很牛掰的样子，它的背后到底是啥原理？

  啥叫超级上行？ 

提升上行带宽

缩短网络时延

5G TDD 3.5G上行带宽不够，就用FDD上行带宽来补充，通过TDD+FDD的方式合力提升上行吞吐率，并缩短时延。

这就相当于加开了一条FDD上行车道，从此上行车辆不用分时段限行，全时段畅通无阻。

与上行CA和SUL不同的是，当3.5G频段传送上行数据时，FDD上行不传送数据。这样可以充分利用3.5G 100M大带宽和终端双通道发射的优势提升上行吞吐率（3.5G 100Mhz+终端双通道发射 VS  FDD 20Mhz+终端单通道发射），同时确保每个通道最大发射功率达到23dBm，提升3dB覆盖。

当3.5G传送下行数据时，FDD传送上行数据，从而实现了FDD和TDD时隙级的转换，保证全时隙均有上行数据传送。

从时域图上来看，它们就是这样子的：

从速率上分析，3.5G 64QAM上行峰值约为280Mbps，2.1G 64QAM上行速率约为90Mbps。超级上行打开后，理论上行峰值速率可达到280+0.7*90=343Mbps，速率提升20%。

从时延上分析，笔者从发布会上的信息了解到，由于ACK/NACK反馈更加及时，可以使TDD的时延从最大4.2ms降低到2ms以内，时延降低60%。

增强上行覆盖

3.5G上行覆盖受限，当终端远离基站，离开3.5G上行覆盖范围时，超级上行可以使用FDD低频段，来补齐TDD上行覆盖短板，从而扩大覆盖范围。

超级上行在提升上行速率的同时，也会更及时准确的对下行数据进行反馈，带来下行速率的提升。

从发布会现场展示的数据来看，采用超级上行后，手机在覆盖边缘的上行速率提升高达4-5倍。

简单的讲，所谓超级上行，就是将TDD和FDD协同、高频和低频互补、时域和频域聚合，充分发挥3.5G大带宽能力和FDD频段低、穿透能力强的特点，既提升了上行带宽，又提升了上行覆盖，同时缩短网络时延。它是无线通信首个时频结合的技术，是面向2B/2C市场的最优速率/时延解决方案，是无线通信又一个里程碑式的创新，具有跨时代的意义。

附：几种上行增强技术关键指标对比

面向5G时代，远程控制、远程医疗、智慧安防、智能工厂、视频直播等各种各样的5G应用都需上行低时延、大带宽能力来支撑。毫不夸张的讲，只有提升网络上行能力，才能真正实现“5G改变社会“的梦想。

当前超级上行解决方案需要从芯片、终端、基站等端到端能力支持，为此，中国电信在MWC上呼吁全产业链的合作伙伴共同参与技术验证、部署和应用，全力支持超级上行技术落地。