2020年10月22日 | 技术文章—什么是5G高低频组网

目前，全球5G网络建设正处于如火如荼的阶段。根据数据统计，截止2020年8月，全球已有92个5G商用网络，覆盖38个国家和地区。

这些5G网络，基本上都采用了TDD的制式。

相信大家一定知道，4G LTE网络，就分为 FDD LTE和TDD LTE两种。

所谓的FDD和TDD，分别是指频分双工和时分双工。

FDD频分双工，是采用两个不同的频段，分别用于手机到基站的上行链路，以及基站到手机的下行链路。

TDD时分双工，则是上行与下行使用相同的频段传输。通过传输时间节点的不同，进行区分。

很显然，相对于FDD独占“车道”的方式，TDD要考虑上下行时隙分配与干扰抑制，技术实现上更为复杂。

但是，FDD的频谱资源利用率并不如TDD。

移动通信业务具有上下行数据流量不均衡的特点。例如，观看视频时，下行数据量很大，但上行很小。如果采用FDD，资源分配并不灵活，上行所占用的频段基本空闲。

而TDD支持上下行时隙灵活分配，下行流量大的场景，就下行时隙多一点，反之亦然。

4G时代，全球范围内FDD LTE网络的数量要多于TDD LTE。

到了5G时代，情况发生了变化。

5G实现高速率需要更大的频率带宽。在高频段，想要再像FDD一样，找两个对称大小的大频宽频段资源，实在是太难了。FDD较低的频率资源利用率，完全无法忍受。

而且，对于5G采用的大规模天线技术（Massive MIMO）来说，TDD拥有更好的信号互易性，更容易设计。

于是，综合种种因素，各大运营商在部署自己的5G网络时，纷纷转投了TDD的怀抱。真是应验了那句老话：“三十年河东，三十年河西”。

▊ 什么是高低频组网

到了这里，故事就结束了吗？当然没有。

5G采用TDD高频，意味着它必须面对一个比较棘手的问题——网络覆盖能力不足。

网络覆盖能力不足，主要是上行能力不足带来的。

下行，基站到手机，因为基站有更高的发射功率，加上波束赋形等技术的支持，一般都不会有什么问题。

上行，手机到基站，手机的天线功率很低，“嗓门小”，自然信号传播的距离就近，限制了手机和基站的通信距离（即限制了基站的覆盖范围）。

现在5G使用的都是比4G更高的频段，例如3.5GHz、4.9GHz频段等，穿透损耗更大，信号衰减更快。采用TDD，对覆盖能力的影响更加明显。

那么，该怎么解决这个问题呢？

专家们想到了上下行解耦，SUL（Supplementary Uplink，辅助上行）技术。

这个技术的思路非常简单，不是高频上行不足吗？那我们就从中低频“借点”频段资源，作为上行通道呗！

中低频穿透衰耗更小，传播距离更远，可以有效帮助5G提升覆盖范围。

虽然中低频的带宽更小，无法满足Gbps的大带宽业务需求，但是对于包括手机通信在内的大部分场景，完全可以应付。

再继续往下想，哪些中低频频段资源是适合“借用”的呢？

以2.1GHz为例，目前联通和电信在这个频段分别有25MHz、20MHz的频谱资源。这些资源暂时被4G LTE网络占用，但是属于频段重耕的首选。

电信和联通2.1GHz频率范围

我们不可能采取一刀切的方式，直接将这些资源用于5G NR，否则会对现在的4G网络用户体验造成影响。但是，可以通过动态频谱共享（DSS）技术，让4G/5G网络共享这段频谱资源。

这么一来，我们就形成了“中低频FDD NR+高频TDD NR”的组网方式，可以称之为“高低频组网”。

传统的SUL辅助上行，在中近距离使用3.5GHz进行上下行，当距离越来越远，3.5GHz上行“够不着”的时候，激活SUL，由2.1GHz替代3.5GHz，负责上行。

传统SUL辅助上行

那么，这就意味着，在大部分的时间里（中近距离下），辅助上行是空闲的。

于是，华为就提出了“超级上行”。也就是说，在中近距离下，也使用辅助上行资源，与TDD主载波进行配合，轮发上行数据，增强上行能力。

超级上行

这无疑是一个很实用的idea，打破了载波聚合必须频谱“捆绑”的限制。

此外，华为还独创性地推出了FDD 5G广播信道窄波束技术，以及TDD 5G广播信道智能寻优技术。

FDD 5G广播信道窄波束技术，区别于传统的一个广播宽波束，而是采用了两个广播窄波束轮询，可以增加3dB的覆盖，提升VoNR业务深度和广度覆盖。

广播信道窄波束技术

TDD系统广播信道智能寻优，主要是将广播信道进行波束赋形，轮询扫描，通过AI智能识别覆盖场景和用户分布情况，提供多种波束组合进行智能匹配，使用户体验和频谱效率达到最优。 

广播信道智能寻优技术

▊ 标准制定与终端支持

“中低频FDD NR+高频TDD NR”的组网方式是否能够落地，还要看标准是否允许，终端是否支持。

虽然一直以来TDD NR都是运营商和设备商的优先选项，但FDD NR并没有被标准制定者遗忘。

2020年7月3日，3GPP R16版本标准冻结。该版本针对5G的2C和2B场景进行了全面增强，其中就包括FDD NR增强。

目前，NR/DSS FDD大带宽的标准化工作已经完成，其中就包括2.1GHz NR FDD和700MHz NR FDD。

此外，FDD大带宽下行载波聚合（CA）和辅助上行（SUL）目前已经立项，处于积极推进的状态。

终端方面，目前包括华为、高通在内的主流芯片均已全面支持3.5G/2.6G/2.1G/1.8G NR，部分支持700MHz NR。到2021年，5G芯片对大带宽FDD NR和大带宽SUL的支持也将实现。

▊ 高低频组网的作用

未来，针对城区和郊县等不同需求场景，5G网络最为合理部署方式，就是通过TDD NR实现大带宽，通过FDD NR实现补充覆盖和上行增强。

5G FDD NR除了弥补TDD NR的上行短板，增强农村地区覆盖等作用之外，还有增强城区深度覆盖的作用。

城区宏站采用高低频结合，可以提升室外覆盖率。更强的穿透能力，可以帮助覆盖室内，节省5G室分系统的投资。

甚至说，通过协同运维，可以在夜晚或者负荷较小的时间段，在网络KPI保证稳定的前提下，通过休眠部分网络，实现能耗节约目标。

总而言之，高低频组网充分结合了TDD大带宽和FDD远覆盖的优势，是一个非常“接地气”的5G组网策略。