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中国实现5G重大突破!中国电信和华为联手的“超级频率聚变”牛在哪?

发布时间:2021-03-06 作者:西宇教育

牛年中国春节的喜庆气氛,冲散了过去一年世界移动大会(MWC)屡屡被迫取消的伤感。

2月23日至25日,2021MWC上海展首次采用线上和线下相结合的方式举行,风采依旧,成为各家企业展示最新技术成果和创新发展思路的平台。

在前年举行的MWC上海展上,中国电信和华为联合发布“5G超级上行”解决方案,弥补5G上行覆盖能力短板,推动5G产业快速发展。在今年MWC上海展上,两家企业又携手推出另一项“牛气冲天”的技术解决方案——“超级频率聚变”,有助于进一步加快5G发展。

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那么,“超级频率聚变”牛在何处呢?

01 5G快速发展亟需中低频段

2020年以来,中国及全球的5G发展取得了巨大成绩。

根据GSMA的消息,目前全球已经发布了144张5G网络,而且有90张将陆续推出。在中国,目前累计建成5G基站超过71.8万个,约占全球的70%,独立组网模式的5G网络已覆盖全国所有地市,5G终端连接数超过两亿。

图源:MWCS 2021

虽然5G发展迅速,但是前方并非一片坦途,面临的困难依旧非常巨大。带来巨大困难的一个重要因素,在于频段。

众所周知,无线电波传播能力和频率直接相关,一言以蔽之:频率越低,传播能力越强。

中国电信、中国联通是在3.5GHz频段上部署5G,虽然3.5GHz是全球主流的5G频段,但是相比4G、3G、2G网络所使用的Sub 3GHz频段(如2.1GHz、1.8GHz)和Sub 1GHz(如900MHz、800MHz、700MHz等),3.5GHz频段的穿透率差。相关数据显示,相对于3.5GHz频段,900MHz、800MHz、700MHz频段具有22db增益优势。

我国5G网络的发展路径是,从城市延伸到乡镇,再到农村,最终实现全国范围内覆盖,而且在热点区域还要实现深度覆盖。但是,如果不能有效利用Sub 3GHz频段、Sub 1GHz频段,不利于快速形成5G全网覆盖能力,也给用户体验带来巨大挑战,同样让运营商建设和运行5G的成本居高不下。

图源:MWCS 2021

如果能利用低频段部署5G,不仅有利于农村地区的广覆盖和城市地区的深度覆盖,对于未来VoNR的部署也大有裨益。而且,对于To B大连接、超远覆盖、低时延、上行大带宽业务来说,也能提升业务保障能力。

02中低频段碎片化的烦恼

中低频段虽然覆盖效果好,但目前存在一定“缺陷”:比较离散,或者说碎片化,频谱连续完整性有所不足,带宽较小,这限制了其“本领”的发挥,无法带来大带宽、广覆盖的效果。

图源:MWCS 2021

以中国电信为例,在完成与中国联通频谱共享后,1800MHz 和2100Mhz都能形成连续大带宽的FDD频谱。而且,2021年将陆续有商用终端支持大于20M小区带宽的1.8GHz、2.1GHz频段的5G,从而实现Sub 3GHz频谱的充分使用。

但是在Sub 1GHz频谱上,在频谱共享后,中国电信在800MHz和900MHz频段上都只有11M带宽。而且考虑到未来语音的承载,在Sub 1GHz频谱中,还会有部分要用于VoLTE。

对比可以发现,中国电信在Sub 1GHz频段上的可用频谱非常离散。当然,这不仅是中国电信遇到的问题,国际范围内很多运营商在Sub 1GHz上的频谱也存在碎片化问题。

要充分使用中低频段,需要将这些碎片化频谱“聚合”起来。

或许有人会问,为什么不使用在业界已经非常流行的载波聚合技术呢?的确,运营商早在4G时代之初就通过载波聚合技术来提升频谱使用效率,将“单车道”聚合起来变成“多车道”,来增加传输带宽。

但在这样的场景下,载波聚合技术并不能担当重任,或者说这种方式比较简单,因为使用现有的载波聚合技术,会在不同的“离散小区”之间进行频繁的调度,将导致开销增加,仅能实现“1+1+1

所以“超级频率聚变”来了,它将实现“1+1+1>3”!

03 频谱池化,实现效率聚变

按照中国电信和华为方面的介绍,“超级频率聚变”是通过频谱池化,实现离散频谱从简单聚合到融合一体的频谱聚变新技术及频谱间灵活调度,提升资源效率。

图源:MWCS 2021

通过频谱池化,实现效率聚变,这是“超级频率聚变”的核心,需要通过技术创新,将多个离散的频谱高效形成频谱池,虚拟成一个低频或中频的大带宽频谱,更好满足5G发展需要。

以下这些技术突破,实现了对离散频谱的高效利用:

01 极简的控制信道

在传统频谱使用方式下,每个载波有自己独立的控制信道,在数据传输调度时,各自载波的控制信道只调度本载波的数据信道资源。即使是做载波聚合,也是如此。

图源:MWCS 2021

进行“超级频率聚变”后,通过一个载波上的控制信道,可以同时调度多个载波上数据信道资源,实现控制信道和用户信道的载波解耦。

以700MHz、800MHz、900MHz为例,只在其中一个载波上配置控制信道,其他两个载波,不再用频谱资源用于下行控制消息的发送。这部分节省下来的资源,可用来传输用户业务数据,提升数据吞吐率,从而提升频谱效率。

打比方来说,原先每个车道都设有“应急通道”,即使将这些车道“聚合”起来,每个车道仍保留“应急通道”。而现在“超级频率聚变”后,只保留一个“应急通道”,路面的通行效率自然得到提升。

02 上下行通道解耦

在传统FDD频谱使用方式中,上下行载波是一一绑定的,比如某用户的下行使用的800MHz载波进行数据发送,则上行回包和业务数据也需要在800M的上行频谱发送。

图源:MWCS 2021

但在实际环境中,不同载波的上下行负载和干扰有较大差异。如果将上下行解耦开,则可以分别使用最优的载波。

比方说交通出行,去程和回程并非一定要走同一条线路,可以根据实时路况,选择最优的出发和返程路线。

03 多载波频谱池化并统一调度

上下行通道解耦后,将多个载波的上行和下行,分别聚集成上行频谱池和下行频谱池。

在上行频谱资源池和下行频谱资源池之间,原先各载波上下行频谱固定搭配方式会被打破,不同载波的资源被统一调度,实现上下行不同频谱的灵活组合。

图源:MWCS 2021

例如,根据跨载波资源一体化调度机制,最终将用户下行分配的是800MHz和900MHz对应的频谱资源,而上行业务则采用的是700MHz对应的频谱资源。

而从下行小区的角度看,小区内的不同用户,在同一时刻使用的上行频谱资源,来自于多个不同的上行载波。例如,800MHz下行小区中,用户甲使用的上行是在700MHz,用户乙是900MHz。

通过这些软件能力创新,“超级频率聚变”可以将离散频谱的综合频谱效率提升约20%。

“超级频率聚变”是中国企业对全球5G发展做出的又一重要贡献,可以提升频谱利用效率,而且实现资源随选,帮助全球运营商降低5G建网和运营成本 。