Agregação dupla de frequência de tempo de 5g para enfrentar o desafio de implantação de rede de 3,5 GHz

Spectrum é o principal recurso no campo da comunicação móvel. O espectro 5g é distribuído em várias bandas de frequência, e cada banda tem suas próprias vantagens e desvantagens. A primeira onda mundial de rede 5g comercial usa principalmente 3,5 GHz (3,3 ~ 3,8 ghz, banda N78) e banda de onda milimétrica, e 2,6 GHz (2,496 ~ 2,69 ghz, banda n41). A banda de 3,5 GHz adota o modo TDD. Comparado com 1,8 GHz (banda 3) e outras bandas FDD comumente usadas em redes 4G, 3,5 GHz não só tem uma maior perda de penetração, mas também tem uma proporção menor de slots de uplink disponíveis. Em termos de atendimento aos requisitos de serviço 5g, existem três desafios: largura de banda do uplink, cobertura do uplink e atraso de transmissão.

Largura de banda de uplink

O modo TDD usa a mesma frequência para uplink e downlink e adota a transmissão duplex por divisão de tempo. A proporção de uplink e downlink na banda de 3,5 GHz da China é 3: 7, ou seja, 30% dos intervalos de tempo são usados ​​para o uplink e 70% dos intervalos de tempo são usados ​​para o downlink. Tomando a largura de banda de 100 MHz como exemplo, a largura de banda de uplink disponível é de apenas 30 MHz, o que é apenas 1,5 vez de uma portadora 4G.

Cobertura de uplink

Quanto mais alta a frequência, maior a perda de propagação espacial e menor a distância de cobertura. A perda de caminho do uplink de 3,5 GHz é 5dB maior do que a da banda de 2,1 GHz. Além disso, quanto maior a frequência, maior a perda de penetração, resultando em distância de cobertura mais curta.

Atraso de transmissão

Devido ao modo TDD uplink e transmissão de divisão de tempo de downlink, o terminal não pode enviar dados de uplink ao receber dados de downlink, o que leva a um atraso de espera adicional no processo de transmissão de uplink. Para a banda de 3,5 GHz com 30% do uplink, o tempo de espera é de 0-2ms, com um tempo médio de espera de 0,8ms. Da mesma forma, no sentido descendente, o tempo de espera é de 0-1 MS, com um tempo médio de espera de 0,2 Ms.

A dupla agregação de frequência de tempo melhora a capacidade de rede de 5g e o desempenho de cobertura

Combinado com as características do espectro e o status da indústria, como melhorar o desempenho do uplink de 5g com 2,1 GHz e 700 MHz se tornou um assunto importante na indústria. A ZTE propõe um esquema de agregação dupla de freqüência de tempo de 5g para ajudar as operadoras a melhorar de maneira eficaz o desempenho da rede 5g.

Esta tecnologia é baseada na agregação de portadoras, e aproveita as vantagens do FDD e do TDD para se complementar, de forma a melhorar o desempenho do uplink e downlink de 5g. O FDD tem baixa frequência e cobertura forte, e não há atraso de espera extra durante a transmissão do FDD, mas a largura de banda geralmente é pequena; O TDD tem grande largura de banda e tanto o uplink quanto o downlink estão maduros e a tecnologia MIMO é aplicada, mas a cobertura e o atraso são mais fracos do que o FDD. Depois de usar a tecnologia de agregação dupla de tempo-frequência de 5g, conforme mostrado na Figura 1, o terminal pode usar o espectro FDD + TDD para transmitir uplink e downlink no centro da célula (ponto próximo) para obter grande largura de banda e capacidade de baixo atraso; na extremidade da célula (ponto remoto), o terminal muda o uplink para FDD para melhorar a cobertura e o downlink mantém a agregação FDD + TDD,

A tecnologia de agregação dupla de frequência de tempo 5g coopera habilmente com o espectro FDD e TDD no domínio do tempo e no domínio da frequência. Com base no uso total da tecnologia madura e sem aumentar o custo adicional dos terminais, a tecnologia de programação e coordenação inter-operadora inovadora é introduzida para resolver os três desafios da rede de frequência única de 3,5 GHz e melhorar o desempenho da capacidade, cobertura e atraso.

1) Aumente a capacidade de 5g

Após a introdução da tecnologia de agregação dupla de frequência de tempo de 5g na rede de 3,5 GHz, com a ajuda da banda de frequência de 2,1 GHz, a largura de banda de uplink do terminal pode ser aumentada em 23% e a largura de banda de downlink pode ser aumentada em 28%. Se a operadora puder usar largura de banda de 50 MHz na banda de 2,1 GHz no futuro, o espaço de melhoria de uplink e downlink será expandido para 58% e 71%, com melhoria significativa de capacidade.

Geralmente, o número de canais de transmissão de uplink do terminal 5g é no máximo dois. A transmissão MIMO Uplink 2x2 pode ser usada na banda TDD e a largura de banda equivalente é duplicada. No entanto, se o terminal usa a tecnologia de agregação de portadora de uplink tradicional para conectar portadoras duplas FDD + TDD, FDD e TDD podem usar apenas um transmissor cada, enquanto o uplink TDD não pode usar transmissão MIMO 2x2. Portanto, a capacidade de uplink após a agregação pode não ser tão boa quanto não ativar a agregação de portadora. Para resolver esse problema, a tecnologia de agregação dupla de frequência de tempo 5g usa o modo round robin para garantir a capacidade MIMO 2x2 do uplink de portadora TDD na agregação de portadora FDD + TDD. Especificamente, no terminal de slot de uplink TDD, o transmissor duplo é usado para transmissão TDD 2x2 MIMO, enquanto no slot de downlink TDD, FDD é usado para transmissão de uplink imediatamente. Esse mecanismo de transferência rápida não apenas aumenta o timeslot disponível na direção do uplink para quase 100%, mas também não sacrifica a capacidade MIMO 2x2 do TDD.

Fig. 2 relação de intervalo de tempo de uplink e downlink e mecanismo de envio de rodada de uplink para agregação dupla de frequência de tempo de 5g

2) Aumentar a cobertura de 5g

Se 5g for implantado na banda de 3,5 GHz, o gargalo de cobertura aparecerá primeiro na direção upstream, mesmo se a cobertura downlink da rede ainda estiver OK. Esta"assimetria" de uplink e downlink restringe 3,5 GHz "cobertura"alcance e reduz a utilização da rede. Por meio da tecnologia de agregação dupla de frequência de 5g, o terminal pode conectar portadoras FDD e TDD ao mesmo tempo e continuar a desfrutar da grande largura de banda de downlink da portadora TDD na extremidade da célula, enquanto a transmissão de uplink pode mudar para a portadora FDD com melhor cobertura e não será mais separado do serviço de rede 5g devido à restrição de uplink.

Em comparação com a portadora TDD única, a portadora dupla tem maior alcance de serviço e taxa de downlink mais alta do que a portadora FDD única. 2.2.2.3 vezes mais do que a portadora única e uplink no downlink de 1GHz. A sinergia resulta na receita de 1 + 1 maior que 2.

3) Reduza o atraso de 5g

Na agregação dupla tempo-frequência de 5g, o terminal pode usar portadoras FDD e TDD para receber e receber seletivamente e tem um intervalo de tempo de transmissão disponível a qualquer momento sem espera extra, reduzindo assim o atraso de transmissão. Por exemplo, o atraso médio de transmissão do uplink de portadora única TDD de 3,5 GHz é de cerca de 2,2 ms, que pode ser reduzido para 1,5 ms em 31% após o uso da tecnologia de agregação dupla de tempo-frequência.

4) Rede flexível e fácil implantação

A tecnologia de dupla agregação de frequência de tempo pode ser aplicada a redes intersetoriais e entre estações, que apresentam grande flexibilidade. Os operadores não precisam forçar o FDD e o TDD a construir uma estação comum. Cada portadora FDD no lado da rede pode realizar agregação dupla de tempo-frequência com várias portadoras TDD ao mesmo tempo. Por outro lado, uma portadora TDD também pode realizar agregação dupla tempo-frequência com múltiplas portadoras FDD. Cada combinação de agregação é estabelecida dinamicamente para um terminal específico.

No caso de o FDD e o TDD de algumas operadoras não serem implantados na mesma estação, ou a cobertura do setor não ser completamente sobreposta, a ZTE propõe uma tecnologia de agendamento flexível para relaxar os requisitos, de modo que as operadoras possam facilmente aplicar agregação dupla de tempo-frequência. Essas tecnologias incluem o uso de livro de código estático e dois grupos PUCCH.

Em novembro de 2019, a ZTE concluiu a primeira verificação do esquema de agregação dupla de frequência de tempo de 5g da indústria com base nas bandas de frequência de 2,1 GHz e 3,5 GHz. Os resultados da verificação mostram que, em um bom ambiente de canal, a taxa de uplink de um único usuário pode ser aumentada em até 40% em comparação com a portadora única de 3,5 GHz. A tecnologia de polimerização dupla de tempo-frequência de 5g está em processo de padronização 3GPP e espera-se que o R16 seja concluído.