圖片來自“東方IC”

【編者按】3.5G是5G的測(cè)試頻段之一，可能今后還會(huì)用到更高的毫米波。但頻段越高，可能會(huì)帶來越嚴(yán)重的問題，本文將探討5G三大關(guān)鍵技術(shù)之一增強(qiáng)覆蓋，以及覆蓋上受限時(shí)需要解決的問題。

對(duì)5G有所了解的小伙伴應(yīng)該都聽說過5G有三大關(guān)鍵技術(shù)，分別是增強(qiáng)覆蓋、降低時(shí)延和提高效率。今天我們就來交流下「增強(qiáng)覆蓋」。

5G網(wǎng)絡(luò)會(huì)采用高頻段，一些問題也會(huì)隨之而來，比如說覆蓋上受限。要解決這個(gè)問題，5G能采取哪些技術(shù)呢?

學(xué)通訊的小伙伴應(yīng)該都了解通信系統(tǒng)里有個(gè)很重要的公式叫做香農(nóng)公式。通過這個(gè)公式，我們知道用戶的速率是跟兩個(gè)因素相關(guān)的：載波帶寬、信號(hào)質(zhì)量。

載波帶寬越寬，用戶速率越高;

信號(hào)質(zhì)量越高，用戶速率越高。

我們就來探討載波帶寬。5G網(wǎng)絡(luò)要提供高速率，必須得提供高帶寬的通信。但是3G赫茲以內(nèi)的低頻段的頻譜資源基本上都已經(jīng)分配出去了，5G不得不使用高頻區(qū)通信。

3.5G是5G的測(cè)試頻段之一，可能今后還會(huì)用到更高的毫米波。頻段越高，可能會(huì)帶來越嚴(yán)重的問題：

第一個(gè)問題是高頻波長(zhǎng)相比低頻傳播損耗更大、繞射能力更弱。

從上圖中可以看到，縱坐標(biāo)是路程，橫坐標(biāo)是覆蓋距離。同樣的覆蓋距離情況下， 3.5GHz會(huì)比28GHz和39GHz相差將近20個(gè)db。這就會(huì)導(dǎo)致覆蓋范圍的受限、覆蓋范圍縮短。這也是高頻的通訊的一個(gè)特點(diǎn)，越高的頻段、傳播損耗越大。

第二個(gè)問題是頻段越高，上下行覆蓋差異越明顯，上行覆蓋受限。

這里列舉了三個(gè)物理信道，分別是廣播的PBCH、下行業(yè)務(wù)的PDSCH以及上行業(yè)務(wù)的PUSCH。從圖中可以看出上行業(yè)務(wù)的PUSCH是整個(gè)系統(tǒng)的瓶頸，PUSCH的覆蓋決定了系統(tǒng)的覆蓋。

再看一張圖。圖中綠柱是1.8G赫茲的頻段，藍(lán)柱是3.5G的頻段。從圖中PUSCH可以看到，1.8G的頻段跟3.5G的頻段PUSCH相比，有將近11.3db的差異。正是由于這11.3Gb的差異，造成了5G高頻段的上行覆蓋受限。由此可見，今后5G網(wǎng)絡(luò)一旦要采用高頻段，會(huì)造成覆蓋距離受限。

如何去解決這兩個(gè)問題?如何去提高覆蓋?

可能大家想到的第一點(diǎn)就是讓手機(jī)去提高它的發(fā)射功率。

LTE中規(guī)范UE最大上行發(fā)射功率為23dBm，為了高頻通信上行接收效果，3GPP 已經(jīng)在R14中提出終端工作在某些高頻段時(shí)可以提高發(fā)射功率規(guī)格。讓手機(jī)功率抬高，可以提升上行信號(hào)的覆蓋效果。

但是我們想象一下，手機(jī)能不能一味靠這種提高功率去解決上行覆蓋受限問題呢?顯然是不可能的。手機(jī)體積總共就這么大，我們不可能在這么有限的體積里做一個(gè)性能很強(qiáng)的功放。同時(shí)考慮到手機(jī)的輻射、待機(jī)，因此不可能靠光靠這一個(gè)措施解決上行覆蓋受限問題。

那有沒有什么辦法能夠更好地解決上行覆蓋受限問題?方案就是上行頻譜共享，專業(yè)名詞叫上下行的解耦。

如上圖所示，手機(jī)在內(nèi)圈時(shí)，距離基站近，這個(gè)時(shí)候手機(jī)距離基站比較近，完全是有多余的功率去發(fā)射信號(hào)的，這個(gè)時(shí)候不存在上行覆蓋受限的問題。可以讓手機(jī)采用高頻下行高頻上行，從而讓手機(jī)得到一個(gè)較高的速率。

但是如果手機(jī)來到了邊緣區(qū)域，會(huì)出現(xiàn)覆蓋瓶頸問題。這種情況下讓手機(jī)上行切換到低頻段上去發(fā)信號(hào)，但是下行依舊在高頻上收信號(hào)，就是所謂的上行的頻譜共享，或者叫上下行的解耦。

再看這張圖。藍(lán)色代表的是上行的頻段，紅色代表的是下行頻段。不管手機(jī)在什么位置，下行始終用3.5G赫茲，而上行是可以來回切換的。如果手機(jī)距離基站較近，可以讓手機(jī)優(yōu)先用3.5G;如果手機(jī)它距離基站較遠(yuǎn)，可以讓手機(jī)優(yōu)先使用1.8G低頻去發(fā)信號(hào)。我們知道頻段越低，它的覆蓋效果越好。這個(gè)就是上下行的解耦。

那么1.8G頻段是哪里來呢?實(shí)際上它就是現(xiàn)網(wǎng)中LTE的頻段，意味著我們會(huì)把 LTE的1.8G的上行載波，拿出一部分的頻譜資源給5G共享。

在整個(gè)的TTI里面，綠色的是給LTE的，藍(lán)色的是共享給5G的。也就是說5G的上行頻段是用LTE里共享出來的多余的資源給我用的。那這樣的話雙方出現(xiàn)一個(gè)共享，名字叫上行的頻譜共享。而且在這幅圖里面，會(huì)發(fā)現(xiàn)在不同的TTI調(diào)度周期內(nèi)部、藍(lán)色和綠色的資源分配是動(dòng)態(tài)的。比如說在TTI1里面，綠色資源就會(huì)相對(duì)少一點(diǎn)，藍(lán)色資源就會(huì)多一點(diǎn);TTI2里面綠色資源多一點(diǎn)，藍(lán)色少一點(diǎn)。

可能有小伙伴會(huì)問，這種上行頻譜共享對(duì)我們LTE會(huì)不會(huì)造成很大的容量犧牲?現(xiàn)網(wǎng)中LTE的上行的利用率是很低的。所以我們有足夠的條件拿出來共享給 5G 使用，就是上下行的解耦，或者叫上行的頻譜共享。這就能從根本上去解決上行覆蓋受限問題。