5g Zeitfrequenz-Dual-Aggregation, um die Herausforderung der 3,5-GHz-Netzwerkbereitstellung zu meistern

Spektrum ist die Kernressource im Bereich der mobilen Kommunikation. Das 5g-Spektrum ist in mehrere Frequenzbänder verteilt, und jedes Band hat seine eigenen Vor- und Nachteile. Die weltweit erste Welle eines kommerziellen 5g-Netzwerks verwendet hauptsächlich ein höheres 3,5 GHz (3,3 ~ 3,8 GHz, Band N78) und Millimeterwellenband sowie ein 2,6 GHz (2,496 ~ 2,69 GHz, Band n41) Band. Das 3,5-GHz-Band verwendet den TDD-Modus. Im Vergleich zu 1,8 GHz (Band 3) und anderen FDD-Bändern, die üblicherweise in 4G-Netzen verwendet werden, weist 3,5 GHz nicht nur eine höhere Penetrationsdämpfung auf, sondern hat auch einen geringeren Anteil an verfügbaren Uplink-Slots. Bei der Erfüllung der 5g-Dienstanforderungen gibt es drei Herausforderungen: Uplink-Bandbreite, Uplink-Abdeckung und Übertragungsverzögerung.

Uplink-Bandbreite

Der TDD-Modus verwendet dieselbe Frequenz für Uplink und Downlink und verwendet die Zeitduplex-Übertragung. Das Verhältnis von Uplink und Downlink im chinesischen 3,5-GHz-Band beträgt 3:7, dh 30 % der Zeitschlitze werden für den Uplink und 70 % der Zeitschlitze für den Downlink verwendet. Nimmt man als Beispiel eine Bandbreite von 100 MHz, beträgt die verfügbare Uplink-Bandbreite nur 30 MHz, was nur das 1,5-fache von 4G Single Carrier ist.

Uplink-Abdeckung

Je höher die Frequenz, desto größer der räumliche Ausbreitungsverlust und desto kürzer die Reichweite. Der Pfadverlust des 3,5-GHz-Uplinks ist 5 dB höher als der des 2,1-GHz-Bands. Außerdem ist der Eindringverlust umso größer, je höher die Frequenz ist, was zu einer kürzeren Reichweite führt.

Übertragungsverzögerung

Aufgrund der Uplink- und Downlink-Zeitteilungsübertragung im TDD-Modus kann das Endgerät beim Empfang von Downlink-Daten keine Uplink-Daten senden, was zu einer zusätzlichen Wartezeit im Uplink-Übertragungsprozess führt. Für das 3,5-GHz-Band mit 30% des Uplinks beträgt die Wartezeit 0-2 ms, bei einer durchschnittlichen Wartezeit von 0,8 ms. Ebenso beträgt die Wartezeit in Abwärtsrichtung 0-1 MS mit einer durchschnittlichen Wartezeit von 0,2 Ms.

Die doppelte Aggregation der Zeitfrequenz verbessert die 5g-Netzwerkkapazität und die Abdeckungsleistung

In Kombination mit den Spektrumseigenschaften und dem Branchenstatus ist die Verbesserung der 5g-Uplink-Leistung mit 2,1 GHz und 700 MHz zu einem heißen Thema in der Branche geworden. ZTE schlägt ein 5g-Zeit-Frequenz-Dual-Aggregation-Schema vor, um Betreibern zu helfen, die 5g-Netzwerkleistung effektiv zu verbessern.

Diese Technologie basiert auf Carrier Aggregation und nutzt die Vorteile von FDD und TDD, um sich komplementär zu bilden, um so die 5g Uplink- und Downlink-Leistung zu verbessern. FDD hat eine niedrige Frequenz und eine starke Abdeckung, und es gibt keine zusätzliche Wartezeit während der FDD-Übertragung, aber die Bandbreite ist normalerweise klein; TDD hat eine große Bandbreite und sowohl Uplink als auch Downlink sind ausgereift, und die MIMO-Technologie wird verwendet, aber die Abdeckung und Verzögerung sind schwächer als bei FDD. Nach Verwendung der 5g-Zeit-Frequenz-Doppelaggregationstechnologie, wie in Abbildung 1 gezeigt, kann das Endgerät das FDD + TDD-Spektrum verwenden, um Uplink und Downlink im Zellzentrum (Nahpunkt) zu übertragen, um eine große Bandbreite und eine geringe Verzögerungsfähigkeit zu erhalten; am Zellenrand (entfernter Punkt) schaltet das Endgerät den Uplink auf FDD um, um die Abdeckung zu verbessern, und der Downlink behält die FDD + TDD-Aggregation bei,

Die 5g Zeit-Frequenz-Dual-Aggregation-Technologie kooperiert gekonnt FDD- und TDD-Spektrum im Zeit- und Frequenzbereich. Auf der Grundlage der vollen Nutzung ausgereifter Technologie und ohne zusätzliche Kosten für die Endgeräte zu erhöhen, wird eine innovative Inter-Carrier-Koordinations- und Planungstechnologie eingeführt, um die drei Herausforderungen des 3,5-GHz-Einzelfrequenznetzwerks zu lösen und die Leistung von Kapazität, Abdeckung und Verzögerung zu verbessern.

1) Erhöhen Sie die Kapazität von 5 g

Nach der Einführung der 5g-Zeit-Frequenz-Dual-Aggregation-Technologie in das 3,5-GHz-Netzwerk kann mit Hilfe des 2,1-GHz-Frequenzbands die Uplink-Bandbreite des Terminals um 23% und die Downlink-Bandbreite um 28% erhöht werden. Wenn der Betreiber in Zukunft eine 50-MHz-Bandbreite im 2,1-GHz-Band nutzen kann, wird der Uplink- und Downlink-Verbesserungsraum weiter auf 58 % bzw. 71 % mit erheblicher Kapazitätsverbesserung erweitert.

Im Allgemeinen beträgt die Anzahl der Uplink-Übertragungskanäle des 5g-Endgeräts maximal zwei. Uplink 2x2 MIMO-Übertragung kann im TDD-Band verwendet werden, und die äquivalente Bandbreite wird verdoppelt. Wenn das Endgerät jedoch die traditionelle Uplink-Trägeraggregationstechnologie verwendet, um FDD + TDD-Dual-Träger zu verbinden, können FDD und TDD jeweils nur einen Sender verwenden, während TDD-Uplink keine 2x2-MIMO-Übertragung verwenden kann. Daher ist die Uplink-Kapazität nach der Aggregation möglicherweise nicht so gut, als würde die Trägeraggregation nicht aktiviert. Um dieses Problem zu lösen, verwendet die 5g-Zeit-Frequenz-Dual-Aggregation-Technologie den Round-Robin-Modus, um die 2x2-MIMO-Fähigkeit des TDD-Träger-Uplinks in der FDD + TDD-Träger-Aggregation sicherzustellen. Insbesondere im TDD-Uplink-Slot-Terminal wird ein Dual-Sender für die TDD-2x2-MIMO-Übertragung verwendet, während im TDD-Downlink-Slot, FDD wird sofort für die Uplink-Übertragung verwendet. Dieser schnelle Handover-Mechanismus erhöht nicht nur den verfügbaren Zeitschlitz in Uplink-Richtung auf nahezu 100 %, sondern opfert auch nicht die TDD 2x2 MIMO-Fähigkeit.

Abb. 2 Uplink- und Downlink-Zeitschlitzbeziehung und Uplink-Rundsendemechanismus für 5g-Zeitfrequenz-Dual-Aggregation

2) Erhöhen Sie die 5g-Abdeckung

Wenn 5g im 3,5-GHz-Band bereitgestellt wird, tritt der Abdeckungsengpass zuerst in Upstream-Richtung auf, auch wenn die Downlink-Abdeckung des Netzwerks noch in Ordnung ist. Diese"Asymmetrie" von Uplink und Downlink begrenzt die 3,5 GHz "Abdeckung"Reichweite und reduziert die Netzwerkauslastung. Durch die 5g-Zeitfrequenz-Dual-Aggregation-Technologie kann das Terminal FDD- und TDD-Träger gleichzeitig verbinden und weiterhin die große Downlink-Bandbreite des TDD-Trägers am Zellenrand genießen, während die Uplink-Übertragung besser auf den FDD-Träger umschalten kann Abdeckung und wird aufgrund der Uplink-Beschränkung nicht mehr vom 5g-Netzwerkdienst getrennt.

Verglichen mit einem einzelnen TDD-Träger hat ein Dual-Carrier eine größere Dienstreichweite und eine höhere Downlink-Rate als ein einzelner FDD-Träger. 2.2.2.3 mal mehr als bei Single Carrier und Uplink im 1GHz Downlink. Die Synergie führt zu einem Umsatz von 1 + 1 größer als 2.

3) Reduzieren Sie die Verzögerung von 5 g

Bei der 5g-Zeit-Frequenz-Dual-Aggregation kann das Endgerät FDD- und TDD-Träger zum selektiven Empfangen und Empfangen verwenden und hat jederzeit einen verfügbaren Sendezeitschlitz ohne zusätzliche Wartezeiten, wodurch die Sendeverzögerung reduziert wird. Beispielsweise beträgt die durchschnittliche Uplink-Übertragungsverzögerung eines 3,5 GHz TDD-Einzelträgers etwa 2,2 ms, was nach Verwendung der Zeit-Frequenz-Doppelaggregationstechnologie um 31 % auf 1,5 ms reduziert werden kann.

4) Flexible Vernetzung und einfache Bereitstellung

Die Zeitfrequenz-Doppelaggregationstechnologie kann auf Intersektor- und Interstationsnetze angewendet werden, die eine große Flexibilität aufweisen. Betreiber müssen FDD und TDD nicht zwingen, eine gemeinsame Station aufzubauen. Jeder FDD-Träger auf der Netzseite kann eine Zeit-Frequenz-Doppelaggregation mit mehreren TDD-Trägern gleichzeitig durchführen. Umgekehrt kann ein TDD-Träger auch eine Zeit-Frequenz-Doppelaggregation mit mehreren FDD-Trägern durchführen. Jede Aggregationskombination wird dynamisch für ein bestimmtes Endgerät erstellt.

Für den Fall, dass FDD und TDD einiger Betreiber nicht in derselben Station eingesetzt werden oder die Sektorabdeckung nicht vollständig überlappt, schlägt ZTE eine flexible Planungstechnologie vor, um die Anforderungen zu lockern, sodass Betreiber die duale Zeit-Frequenz-Aggregation problemlos anwenden können. Diese Technologien umfassen die Verwendung eines statischen Codebuchs und zweier PUCCH-Gruppen.

Im November 2019 hat ZTE die branchenweit erste 5g-Zeit-Frequenz-Dual-Aggregation-Schema-Verifizierung basierend auf 2,1-GHz- und 3,5-GHz-Frequenzbändern abgeschlossen. Die Verifizierungsergebnisse zeigen, dass unter einer guten Kanalumgebung die Uplink-Rate eines einzelnen Benutzers um bis zu 40% im Vergleich zu 3,5 GHz Single Carrier gesteigert werden kann. Die 5-g-Zeit-Frequenz-Doppelpolymerisationstechnologie befindet sich im Prozess der 3GPP-Standardisierung, und R16 wird voraussichtlich fertiggestellt.