Двойное агрегирование частот 5g для решения задачи развертывания сети 3,5 ГГц

Спектр - ключевой ресурс в области мобильной связи. Спектр 5g распределен по нескольким частотным полосам, и каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. Первая в мире волна коммерческой сети 5g в основном использует более высокий диапазон 3,5 ГГц (3,3 ~ 3,8 ГГц, диапазон N78) и диапазон миллиметровых волн, а также диапазон 2,6 ГГц (2,496 ~ 2,69 ГГц, диапазон n41). Диапазон 3,5 ГГц поддерживает режим TDD. По сравнению с 1,8 ГГц (полоса 3) и другими диапазонами FDD, обычно используемыми в сетях 4G, 3,5 ГГц не только имеет более высокие потери при проникновении, но и имеет меньшую долю доступных слотов восходящего канала. С точки зрения удовлетворения требований к услугам 5g есть три проблемы: полоса пропускания восходящего канала, покрытие восходящего канала и задержка передачи.

Пропускная способность восходящего канала

В режиме TDD используется одна и та же частота для восходящей и нисходящей линий связи, а также дуплексная передача с временным разделением каналов. Соотношение восходящего и нисходящего каналов в полосе 3,5 ГГц в Китае составляет 3: 7, то есть 30% временных интервалов используются для восходящего канала и 70% временных интервалов используются для нисходящего канала. Если взять в качестве примера полосу пропускания 100 МГц, то доступная полоса пропускания восходящего канала составляет всего 30 МГц, что всего в 1,5 раза больше, чем у одной несущей 4G.

Покрытие восходящего канала

Чем выше частота, тем больше потери при пространственном распространении и тем меньше расстояние покрытия. Потери в тракте восходящего канала 3,5 ГГц на 5 дБ выше, чем в диапазоне 2,1 ГГц. Кроме того, чем выше частота, тем больше потери на проникновение, что приводит к меньшему расстоянию покрытия.

Задержка передачи

Из-за передачи по восходящей линии связи и нисходящей линии связи в режиме TDD терминал не может отправлять данные восходящей линии связи при приеме данных нисходящей линии связи, что приводит к дополнительной задержке ожидания в процессе передачи восходящей линии связи. Для диапазона 3,5 ГГц с 30% восходящего канала время ожидания составляет 0–2 мс, при среднем времени ожидания 0,8 мс. Аналогично, в нисходящем направлении время ожидания составляет 0–1 мс, при среднем времени ожидания 0,2 мс.

Двойное частотно-временное агрегирование улучшает пропускную способность сети 5g и производительность покрытия

В сочетании с характеристиками спектра и отраслевым статусом вопрос о том, как улучшить производительность восходящего канала 5g с частотами 2,1 ГГц и 700 МГц, стал горячей темой в отрасли. ZTE предлагает схему двойной частотно-временной агрегации 5g, чтобы помочь операторам эффективно улучшить производительность сети 5g.

Эта технология основана на агрегации несущих и использует преимущества FDD и TDD для формирования взаимодополняемости, чтобы улучшить производительность восходящего и нисходящего каналов 5g. FDD имеет низкую частоту и сильное покрытие, и во время передачи FDD нет дополнительной задержки ожидания, но полоса пропускания обычно мала; TDD имеет большую полосу пропускания, и восходящие, и нисходящие линии связи являются зрелыми, и применяется технология MIMO, но покрытие и задержка слабее, чем у FDD. После использования технологии двойной частотно-временной агрегации 5g, как показано на рисунке 1, терминал может использовать спектр FDD + TDD для передачи восходящей и нисходящей линий связи в центре соты (ближняя точка), чтобы получить большую полосу пропускания и малую задержку; на границе соты (удаленная точка) терминал переключает восходящий канал на FDD для улучшения покрытия, а нисходящий канал поддерживает агрегацию FDD + TDD,

Технология двойной частотной агрегации 5g умело координирует спектр FDD и TDD во временной и частотной областях. На основе полного использования зрелой технологии и без увеличения дополнительных затрат на терминалы внедрена инновационная технология координации и планирования между несущими, которая решает три проблемы одночастотной сети 3,5 ГГц и улучшает характеристики емкости, покрытия и задержки.

1) Увеличьте емкость 5 г

После внедрения технологии двойной частотной агрегации 5g в сеть 3,5 ГГц с помощью полосы частот 2,1 ГГц полоса пропускания восходящей линии связи терминала может быть увеличена на 23%, а полоса пропускания нисходящей линии связи может быть увеличена на 28%. Если в будущем оператор сможет использовать полосу пропускания 50 МГц в диапазоне 2,1 ГГц, пространство для улучшения восходящей и нисходящей линий связи будет дополнительно расширено до 58% и 71% со значительным увеличением пропускной способности.

Обычно количество каналов передачи восходящей линии связи терминала 5g составляет максимум два. Передача MIMO по восходящей линии связи 2x2 может использоваться в диапазоне TDD, а эквивалентная полоса пропускания удваивается. Однако, если терминал использует традиционную технологию агрегации несущих восходящей линии связи для соединения двух несущих FDD + TDD, FDD и TDD могут использовать только один передатчик каждый, в то время как восходящая линия TDD не может использовать передачу MIMO 2x2. Следовательно, пропускная способность восходящей линии связи после агрегации может быть не такой хорошей, как отсутствие активации агрегации несущих. Чтобы решить эту проблему, технология двойной частотно-временной агрегации 5g использует циклический режим для обеспечения возможности 2x2 MIMO восходящей линии связи с несущей TDD при агрегации несущих FDD + TDD. В частности, в терминале слота восходящего канала TDD двойной передатчик используется для передачи TDD 2x2 MIMO, в то время как в слоте нисходящего канала TDD, FDD используется для передачи по восходящей линии связи немедленно. Этот механизм быстрой передачи обслуживания не только увеличивает доступный временной интервал в восходящем направлении почти до 100%, но также не приносит в жертву возможности TDD 2x2 MIMO.

Рис.2 Взаимосвязь временных интервалов восходящей и нисходящей линий связи и механизм круговой отправки восходящей линии связи для двойной частотной агрегации 5g

2) Увеличьте покрытие 5g

Если 5g развернут в диапазоне 3,5 ГГц, узкое место покрытия сначала появится в восходящем направлении, даже если покрытие нисходящего канала сети все еще в норме. Этот"асимметрия" восходящего и нисходящего каналов ограничивает 3,5 ГГц "покрытие"диапазон и снижает использование сети. Благодаря технологии двойной частотно-временной агрегации 5g терминал может одновременно подключать несущие FDD и TDD и продолжать пользоваться большой полосой пропускания нисходящей линии связи несущей TDD на границе соты, в то время как передача восходящей линии связи может переключаться на несущую FDD с лучшим покрытия, и он больше не будет отделен от сетевых услуг 5g из-за ограничения восходящего канала.

По сравнению с одной несущей TDD, двойная несущая имеет больший диапазон обслуживания и более высокую скорость нисходящего канала, чем одна несущая FDD. 2.2.2.3 раза больше, чем у одиночной несущей и восходящей линии связи в нисходящей линии связи 1 ГГц. Синергия приводит к тому, что выручка 1 + 1 больше 2.

3) Уменьшите задержку 5g

При двойном частотно-временном агрегировании 5g терминал может использовать несущие FDD и TDD для выборочного приема и приема и имеет доступный временной интервал передачи в любое время без дополнительного ожидания, тем самым уменьшая задержку передачи. Например, средняя задержка передачи по восходящему каналу для одиночной несущей TDD 3,5 ГГц составляет около 2,2 мс, которая может быть уменьшена до 1,5 мс на 31% после использования технологии частотно-временного двойного агрегирования.

4) Гибкая сеть и простота развертывания

Технология частотно-временного двойного агрегирования может применяться к межсекторной и межстанционной сети, что обеспечивает большую гибкость. Операторам не нужно заставлять FDD и TDD строить общую станцию. Каждая несущая FDD на стороне сети может выполнять частотно-временное двойное агрегирование с несколькими несущими TDD одновременно. И наоборот, несущая TDD также может выполнять частотно-временное двойное агрегирование с несколькими несущими FDD. Каждая комбинация агрегации динамически устанавливается для конкретного терминала.

В случае, если FDD и TDD некоторых операторов не развернуты на одной станции или покрытие секторов не полностью перекрывается, ZTE предлагает гибкую технологию планирования для смягчения требований, чтобы операторы могли легко применять частотно-временную двойную агрегацию. Эти технологии включают использование статической кодовой книги и двух групп PUCCH.

В ноябре 2019 года ZTE завершила первую в отрасли проверку схемы частотно-временного двойного агрегирования 5g на частотных диапазонах 2,1 ГГц и 3,5 ГГц. Результаты проверки показывают, что при хорошей канальной среде скорость восходящего канала для одного пользователя может быть увеличена до 40% по сравнению с одной несущей 3,5 ГГц. Технология частотно-временной двойной полимеризации 5g находится в процессе стандартизации 3GPP, и ожидается, что R16 будет завершен.