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无线通信
2020/7/15 09:57

5G最新标准:纳米级“舞蹈”提升手机八成上行速率

IT时报  郝俊慧

1、有没有过这样的体验?

2、在5G网络环境下看次直播,屏幕里主播的演示却“卡”出天际?明明是5G手机,可为什么开视频会议时却无法共享我的高清视频?随着5G日益普及,人们逐渐习惯于秒速看大片,可一旦需要实时视频互动,效果却依然一言难尽。

这并非你的5G网络出了问题,而是你和网络那边的主播,跑在两条并不对称的5G高速公路“车道”上。广为人知的5G特性之一“高带宽”,有一个潜在定语“下载”,隐藏的台词是“上行速率还不够快”。

图源/网络

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当然,5G不会让你失望。在北京时间7月3日冻结的5G第一个演进版本标准R16中,出现了一个新名词——UL Tx switching(上行发射机切换),作为R16中引入的新特性,它可以将上行峰值速率提升40%到80%,该核心标准由中国电信引领完成。在中国,它还有另一个更加通俗的名字——“超级上行”。

近日,《IT时报》记者独家专访中国电信研究院超级上行3GPP标准团队,解读何为“超级上行”。

01

难两全的5G NR模式

4G改变生活,5G改变社会。这句耳熟能详“5G广告语”所透露的意味是,5G更像生产工具,它改变的是整个社会生产模式,但在5G第一阶段,出于快速商用的考量,有些关键问题并未解决,比如超高清视频回传、视频监控等需要的高上行带宽和远程医疗、工业互联网、无人驾驶需要的低网络时延,这些问题留给了R16标准去解决。

众所周知,5G NR(New Radio,新空口)模式包括FDDTDD。FDD是频分双工,上下行在两条独立的频率信道上传送,好处是互不干扰、资源对等、覆盖范围广,但缺点是带宽较窄,700M、800M、900M、1.8G、2.1G等主流频段属于FDD。

TDD是时分双工,上下行按时间比率分配。一般分配比率是7:3或8:2,比如当用户上网时,有点像过独木桥,5毫秒中,3.5毫秒用来下载数据,1.5毫秒用来上传。这种模式的好处是带宽大,2.3GHz、2.6GHz、3.5GHz、4.9GHz等频段都属于TDD,缺点便是上行“吃亏”,而且高频覆盖范围小,离基站较远,手机很可能便连接不到5G网络,而掉入4G频段。

图源/网络

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一种方案是在手机里装3套发射机。比如用两套TDD发射机和一套FDD发射机,便可以让TDD交叉完成上行下行,确保带宽,同时用FDD确保上行覆盖和时延。但至少在目前,此方案并不可行。

“增加手机发射机会带来成本、散热、功耗等问题,简单来说,就是手机会变贵、容易发烫、耗电比较快。”一位业内人士告诉《IT时报》记者,在移动通信发展的几十年历程中,手机里只有一套上行发射机,一直到5G时代,手机才进入两套发射机时代。

进入R15阶段后,虽然有2个上行载波,可每个载波只能有1套上行发射机,比如2.1G低频单发+3.5GHz中频单发,无法同时使用上行双流MIMO技术,上行峰值速率也无法提速。

所以,必须另辟蹊径。

02

在手机发射机上“跳舞”

根据中国电信向3GPP国际标准组织提交的技术文稿,在刚刚冻结的R16标准中,超级上行可将上行峰值速率提升40%到80%。粗略估算,理论上行峰值速率可达380Mbps到500Mbps,与最高测试可达1.5Gbps的下载速率相比,虽然还不能完全对称,但已基本满足现有应用对高上行带宽的需求。

据记者此前了解,用VR直播一台晚会时,300Mbps的上行带宽可以在遭遇瞬间突发流量时仍旧保持网络稳定。

图源/网络

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让手机等5G终端用2套发射机实现3套发射机的功能,便是5G R16超级上行的“秘密”。

据了解,这套名为UL Tx switching(上行发射机切换)的标准,关键词便是switching(切换),手机发射机在两个载波间不断动态切换,相当于在TDD旁边开了一条FDD车道,在TDD的下行时间,由FDD承担上行,而在TDD的上行时间,便“双箭齐发”,实现3.5GHz上行双流或者3.5GHz+2.1GHz各一流,确保上行实时高速在线。

这更像是一场“看不见的舞蹈”,上网指令发出后,信号在两套不同载波发射机上“跳舞”,每次跳跃的时间间隔可能只有几十纳秒。

03

“不见面”的云端标准

受疫情影响,国际标准组织3GPP取消了今年所有的面对面会议,所有沟通交流乃至刚刚结束的RAN全会,全部采用电子邮件和线上会议结合的方式。

R16是3GPP史上第一个通过非面对面会议审议完成的技术标准。对于中国电信超级上行3GPP标准团队来说,这更是一次特殊的标准之路。

在2019年6月举行的MWCS大会(世界移动大会-上海)上,中国电信首次发布5G超级上行技术创新方案,此后超级上行3GPP标准的启动、推进工作便进入快车道。

2019年8月,中国电信首次向3GPP提交超级上行技术提案;2019年9月,通过超级上行3GPP立项;至今年7月,完成核心标准的制定,正好一年的时间。

图源/网络

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《IT时报》记者了解到,一年间3GPP RAN小组会和全会共召开了10次,其中今年5次都是线上会议,由于主要成员遍布亚洲、欧洲和美洲,时差是一开始要共同克服的难题,“最后选择了彼此相对都能接受的时间段,中国的晚上8点到11点,欧洲的中午12点到下午3点,不过在美国圣地亚哥的高通就有点痛苦,这个时间段是早上5点到8点。”

在超级上行标准一年的推进和制定过程中,中国电信担任了该标准工作的报告人、主持、引导技术讨论并牵头技术规范的撰写,提交及通过提案数占相关总提案数的60%,这意味着庞大的沟通协调工作。

不仅会议前要和海内外核心参与公司开展一对一的电话会议;会议期间还需要根据实时变化的情况,持续不断地开展沟通,聚合技术观点和推进思路。

3GPP圈里流行一句话,早起跟美国代表多聊一会儿,晚睡跟欧洲代表多聊一会儿。据记者了解,仅在最后一次RAN全会上,超级上行在3GPP官方邮件列表中一周内便有125封讨论邮件。

除了时差,由于产品能力和技术路线的不同,网络、终端厂家对性能和复杂度评价视角的不同,超级上行标准制定过程中也常常有激烈而广泛的争论,但最终基于共识(Consensus)与妥协(Compromise)的3GPP传统理念,这些问题都得以解决。

随着3GPP标准的完成,后续中国电信将继续与业界一道,合力推进超级上行的产业进程。一般会经过实验室、外场测试、同厂家、异厂家等多个环节,从正常节奏来看,电信运营商、网络设备厂商、芯片与终端厂商应该已经在根据标准调整自己的原有方案,测试将很快开始。

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