5G最新标准：纳米级“舞蹈”提升手机八成上行速率
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有没有过这样的体验？ |
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在5G网络环境下看次直播，屏幕里主播的演示却“卡”出天际？明明是5G手机，可为什么开视频会议时却无法共享我的高清视频？随着5G日益普及，人们逐渐习惯于秒速看大片，可一旦需要实时视频互动，效果却依然一言难尽。 |
这并非你的5G网络出了问题，而是你和网络那边的主播，跑在两条并不对称的5G高速公路“车道”上。广为人知的5G特性之一“高带宽”，有一个潜在定语“下载”，隐藏的台词是“上行速率还不够快”。
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当然，5G不会让你失望。在北京时间7月3日冻结的5G第一个演进版本标准R16中，出现了一个新名词——UL Tx switching(上行发射机切换)，作为R16中引入的新特性，它可以将上行峰值速率提升40%到80%，该核心标准由中国电信引领完成。在中国，它还有另一个更加通俗的名字——“超级上行”。
近日，《IT时报》记者独家专访中国电信研究院超级上行3GPP标准团队，解读何为“超级上行”。
01
难两全的5G NR模式
4G改变生活，5G改变社会。这句耳熟能详“5G广告语”所透露的意味是，5G更像生产工具，它改变的是整个社会生产模式，但在5G第一阶段，出于快速商用的考量，有些关键问题并未解决，比如超高清视频回传、视频监控等需要的高上行带宽和远程医疗、工业互联网、无人驾驶需要的低网络时延，这些问题留给了R16标准去解决。
众所周知，5G NR（New Radio，新空口）模式包括FDD和TDD。FDD是频分双工，上下行在两条独立的频率信道上传送，好处是互不干扰、资源对等、覆盖范围广，但缺点是带宽较窄，700M、800M、900M、1.8G、2.1G等主流频段属于FDD。
TDD是时分双工，上下行按时间比率分配。一般分配比率是7:3或8:2，比如当用户上网时，有点像过独木桥，5毫秒中，3.5毫秒用来下载数据，1.5毫秒用来上传。这种模式的好处是带宽大，2.3GHz、2.6GHz、3.5GHz、4.9GHz等频段都属于TDD，缺点便是上行“吃亏”，而且高频覆盖范围小，离基站较远，手机很可能便连接不到5G网络，而掉入4G频段。
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一种方案是在手机里装3套发射机。比如用两套TDD发射机和一套FDD发射机，便可以让TDD交叉完成上行下行，确保带宽，同时用FDD确保上行覆盖和时延。但至少在目前，此方案并不可行。
“增加手机发射机会带来成本、散热、功耗等问题，简单来说，就是手机会变贵、容易发烫、耗电比较快。”一位业内人士告诉《IT时报》记者，在移动通信发展的几十年历程中，手机里只有一套上行发射机，一直到5G时代，手机才进入两套发射机时代。
进入R15阶段后，虽然有2个上行载波，可每个载波只能有1套上行发射机，比如2.1G低频单发+3.5GHz中频单发，无法同时使用上行双流MIMO技术，上行峰值速率也无法提速。
所以，必须另辟蹊径。
02
在手机发射机上“跳舞”
根据中国电信向3GPP国际标准组织提交的技术文稿，在刚刚冻结的R16标准中，超级上行可将上行峰值速率提升40%到80%。粗略估算，理论上行峰值速率可达380Mbps到500Mbps，与最高测试可达1.5Gbps的下载速率相比，虽然还不能完全对称，但已基本满足现有应用对高上行带宽的需求。
据记者此前了解，用VR直播一台晚会时，300Mbps的上行带宽可以在遭遇瞬间突发流量时仍旧保持网络稳定。
4G/5G为频率来源，SA中均采用NR 图源/网络
让手机等5G终端用2套发射机实现3套发射机的功能，便是5G R16超级上行的“秘密”。
据了解，这套名为UL Tx switching(上行发射机切换)的标准，关键词便是switching（切换），手机发射机在两个载波间不断动态切换，相当于在TDD旁边开了一条FDD车道，在TDD的下行时间，由FDD承担上行，而在TDD的上行时间，便“双箭齐发”，实现3.5GHz上行双流或者3.5GHz+2.1GHz各一流，确保上行实时高速在线。
这更像是一场“看不见的舞蹈”，上网指令发出后，信号在两套不同载波发射机上“跳舞”，每次跳跃的时间间隔可能只有几十纳秒。
03
“不见面”的云端标准
受疫情影响，国际标准组织3GPP取消了今年所有的面对面会议，所有沟通交流乃至刚刚结束的RAN全会，全部采用电子邮件和线上会议结合的方式。
R16是3GPP史上第一个通过非面对面会议审议完成的技术标准。对于中国电信超级上行3GPP标准团队来说，这更是一次特殊的标准之路。
在2019年6月举行的MWCS大会（世界移动大会-上海）上，中国电信首次发布5G超级上行技术创新方案，此后超级上行3GPP标准的启动、推进工作便进入快车道。
2019年8月，中国电信首次向3GPP提交超级上行技术提案；2019年9月，通过超级上行3GPP立项；至今年7月，完成核心标准的制定，正好一年的时间。
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《IT时报》记者了解到，一年间3GPP RAN小组会和全会共召开了10次，其中今年5次都是线上会议，由于主要成员遍布亚洲、欧洲和美洲，时差是一开始要共同克服的难题，“最后选择了彼此相对都能接受的时间段，中国的晚上8点到11点，欧洲的中午12点到下午3点，不过在美国圣地亚哥的高通就有点痛苦，这个时间段是早上5点到8点。”
在超级上行标准一年的推进和制定过程中，中国电信担任了该标准工作的报告人、主持、引导技术讨论并牵头技术规范的撰写，提交及通过提案数占相关总提案数的60%，这意味着庞大的沟通协调工作。
不仅会议前要和海内外核心参与公司开展一对一的电话会议；会议期间还需要根据实时变化的情况，持续不断地开展沟通，聚合技术观点和推进思路。
3GPP圈里流行一句话，早起跟美国代表多聊一会儿，晚睡跟欧洲代表多聊一会儿。据记者了解，仅在最后一次RAN全会上，超级上行在3GPP官方邮件列表中一周内便有125封讨论邮件。
除了时差，由于产品能力和技术路线的不同，网络、终端厂家对性能和复杂度评价视角的不同，超级上行标准制定过程中也常常有激烈而广泛的争论，但最终基于共识（Consensus）与妥协（Compromise）的3GPP传统理念，这些问题都得以解决。
随着3GPP标准的完成，后续中国电信将继续与业界一道，合力推进超级上行的产业进程。一般会经过实验室、外场测试、同厂家、异厂家等多个环节，从正常节奏来看，电信运营商、网络设备厂商、芯片与终端厂商应该已经在根据标准调整自己的原有方案，测试将很快开始。
作者／IT时报记者 郝俊慧
编辑／挨踢妹
排版／冯诚杰
图片／网络
来源／《IT时报》公众号vittimes
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