5G时代，“超级上行”有多行？

提到5G，大家最直观的感受可能是相较于4G下载速率有明显的变快，下载速率是下行方向的速率，事实也正是如此，5G速率可以达到4G的10倍左右。

当然，除了下行速率，我们也应该关注上行速率。上行速率可以理解为用户上传文件时的速度，例如上传照片到各种网盘，甚至通过微信给朋友传送一个文件，这种行为的快慢就取决于网络的上行速率。

相对于4G时代，如果5G的上行速率提升、时延减小、覆盖范围扩大到足够的程度，那么远程控制、远程医疗、智慧安防、智能工厂、视频直播等各种各样的5G应用都得到有利的支撑，蓬勃的发展。

那么制约5G上行的因素都包括哪些呢？

• 上行带宽与时延的挑战

  5G NR的双工模式包括FDD和TDD。中国5G频段3.5G和2.6G，均采用TDD模式。

  5G初期，3.5G上下行时隙配比典型采用7:3或8:2，即整体资源70%的时间用于下行，30%的时间用于上行，因此下行单用户速率可以达到1.5Gbps，上行只有280Mbps。而手机收下行数据时，反馈确认应答需要等到上行时隙到来才能发送，因此造成7:3配比下最大时延约4.2ms，平均时延约2.5ms。

  随着5G toB业务发展，下行体验不变的情况下大幅提升上行体验并缩短时延，是对网络提出的新需求和挑战。

• 上行覆盖的挑战

  无线网络覆盖的短板在上行。基站功率可达200W，基站向手机发送信号时，下行覆盖距离不用担心。但手机的发射功率只有0.2W，手机向基站发射信号时，上行覆盖距离有限。

这就好比基站发射信号像用高音大喇叭喊话可以传几公里，手机发射信号像靠嘴喊只能传几百米，双方通信的距离就只能以手机发射信号的距离为准。

而且频段越高，覆盖距离越短，3.5G频段相比4G主力频段1.8G/2.1G频段覆盖少50%。

超级上行技术

针对以上5G NR上行方向传输的制约，3GPP在R15版本已经有相关的上行增强技术，主要包括SUL(SupplementaryUplink，补充上行)，CA（Carrier Aggregation，载波聚合）和EN-DC (EUTRA-NR DualConnection，4G-5G双连接）三类。

但是，以上三类上行增强技术都有其优点和不足。

• SUL主要用于小区边缘，用于提升上行覆盖，无法对上行近点的容量进行提升。

• CA可以提升下行吞吐率。但受限于终端的发射天线数量导致无法有效提升上行吞吐量。

• EN-DC只适用于NSA网络。

针对R15版本的三类技术，为了进一步提升上行方向的效率（包括速率、吞吐率、覆盖范围等），3GPP在R16引入了Uplink Tx Switching功能，在SUL、UL CA和EN-DC三种上行增强技术的基础上开启UplinkTx Switching功能，即为超级上行技术。

超级上行技术在3GPP标准中命名为Uplink Tx Switching（上行发射机切换），是5G Release 16中引入的新特性。超级上行技术通过终端发射机切换，在上行链路以时分复用方式使用低频FDD载波和高频TDD载波。从而在时频域充分聚合FDD上行多时隙和TDD上行大带宽的优势，最大化利用上行资源。

简单的讲，所谓超级上行，就是将TDD和FDD协同、高频和低频互补、时域和频域聚合，充分发挥3.5G大带宽能力和FDD频段低、穿透能力强的特点，既提升了上行带宽，又提升了上行覆盖，同时缩短网络时延。它是无线通信首个时频结合的技术，是面向toB/toC市场的最优速率/时延解决方案，是无线通信又一个里程碑式的创新，具有跨时代的意义。

提示：超级上行不仅需要在网络侧进行部署，也需要终端侧予以配合，需要支持超级上行的系列化终端。

工作模式和工作原理

我们先看一下终端（UE）上Tx（天线）的工作模式，分为Case1和Case2两种，Case1是指2Tx终端在载波1和载波2上分别以1Tx传输，Case2是指2Tx终端可以在其中一个载波上以2Tx传输。

Case1根据是否支持上行数据在两载波并发又分为Option1和Option2两种模式。下表Option2中的1P+1P表示上行数据可以在两载波并发传输。

下表中的Case2意味着R16中的Uplink Tx Switching功能，就是指Case1和Case2之间来回切换，用来达到有效提升上行吞吐量的目的。

下面我们以2.1G和3.5G组CA为例，来了解Uplink Tx Switching功能的工作原理。

此处简略回顾一下CA：

载波聚合（Carrier Aggregation，CA）是将2个或更多的载波单元（Component Carrier， CC）聚合在一起以支持更大的传输带宽。每个载波单元对应一个独立的小区。通常可以将1个载波单元等同于1个小区。使用载波聚合可以高效地利用零碎的频谱，支持更大的传输带宽，UE配置了载波聚合之后，能够同时与多个小区进行收发数据的操作，因此能够显著提升单用户峰值速率。同时还可以根据不同载波的无线特性，通过载波聚合技术，灵活选择相应载波进行数据的下发或上传，可增强上行覆盖。

现阶段大多数终端：

在单2.1G的FDD上只能单发（即使用了Case1的Option1模式）。

在单3.5G的TDD上可以进行双发（即使用了Case2模式）。

在2.1G+3.5G组合上行CA时即使用了Case1的Option2模式，其效果得到的是2.1G上行单流+3.5G上行单流。

在2.1G+3.5G组合上行CA，同时开启了Uplink Tx Switching功能（如下图所示），表示在3.5G的下行Slot上所对应的2.1G的Slot上使用Case1的模式进行上行数据传输，在3.5G的上行Slot上将天线从2.1G切换到3.5G上，进行Case2模式的传输。上行3.5G的上行Slot结束后，将天线转回到2.1G上，再进行2.1G上的Case1的模式上行数据传输。其效果得到的是2.1G上行单流+3.5G上行双流。此时上行传输速率可以明显提升（不过在2.1G上由于Switch时间的浪费会导致调度包数减少速率稍有降低）。

应用场景

载波聚合（CA）+Uplink Tx Switching

根据以上工作原理，结合实际应用，我们来看看在小区的近中点、中远点、远点，Uplink Tx Switching结合CA是怎样发挥作用的。

• 支持switchedUL或dual UL的UE，在小区近中点时，可以进行FDD 1Tx和TDD 2Tx的时分传输，即在FDD的UL时隙切换至TDD进行2Tx（UL MIMO）UL传输。

• 支持dual UL的UE，在小区中远点时，可以进行FDD 1Tx和TDD 1Tx的同时传输。

• UE处于小区远点时，超过TDD UL覆盖范围，这时只能进行FDD UL 1 Tx传输。

通过前面的介绍我们知道，在FDD+TDD的 UL CA场景中，UE的两根Tx天线在FDD载波和TDD载波上各自以 SISO的方式工作，可能速率不如在TDD载波上用 UL MIMO 传输数据。而在3GPP Release 16 中，UL CA结合Uplink Tx Switching，可以在NR FDD和TDD共同的上行覆盖区域内，在NR TDD载波上，利用TDD更大的带宽以及UL MIMO的方式，进一步提升上行吞吐率。

4G-5G双连接（EN-DC）+Uplink Tx Switching

EN-DC（E-UTRA-NR Dual Connectivity）指LTE和NR双连接，可让UE同时连接到5G(NR)和4G(LTE)网络，使运营商能同时使用两种网络技术的无线资源。

EN-DC工作在NSA（非独立组网）组网下，LTE和NR之间存在双连接业务场景。

EN-DC主要工作模式是UE通过LTE接入网络，再通过网络侧所下发的RRC重配消息让UE聚合NR载波，之后LTE载波和NR载波均可以承载数据业务的传输。

这里以LTE FDD+NR TDD为例，如下图所示。在LTE和NR的上行共同覆盖区域，UE可以在LTE载波和NR载波均发送上行数据，而受限于UE的发射功率以及NR TDD采用的高频段，此时NR的上行覆盖会小于LTE的上行覆盖范围，因此当UE处于小区边缘，虽然仍然可以接收网络侧下行的LTE以及NR数据，但是仅能够通过LTE载波发送上行数据，EN-DC通过这种低频LTE+高频NR的方式，有效地扩大了实际的网络覆盖范围。

EN-DC结合3GPP Release 16中引入的Uplink Tx Switching，在LTE和NR的共同覆盖区域，可以在NR TDD的上行时隙将UE切换至NR TDD载波进行上行调度，此时UE就可以在NR载波使用UL MIMO进行数据的传输。由于NR相比LTE具有更大的带宽、更高的频谱效率，因此可以提高上行传输速率。而在NR TDD载波的下行时隙和特殊时隙，则可以使用LTE FDD进行上行数据的传输。同样，当UE移动至小区远点，处在LTE和NR上行共同覆盖以外的区域，则通过LTE载波发送上行数据，保证5G网络有一个较大的覆盖范围。

补充上行（SUL）+Uplink Tx Switching

SUL（Supplementary Uplink，补充上行），是3GPP 在5G Release 15 中新增的技术。我们知道一个小区无论是FDD 还是TDD，都会分别包含一个上行载波和一个下行载波，并且同属一个频段内。在5G 时代，限制小区范围的往往是UE 的上行覆盖。于是业界就提出了SUL 技术，通过在一个NR 小区配置一个低频段的SUL 载波来保证实际现网中的上行覆盖范围。换句话说，在一个小区中会存在两个载波，以N41-N83 为例，既有N41 的NUL（Normal Uplink）载波，也有N83 的SUL 载波。SUL 频段组合都是高频的TDD+ 低频的SUL 载波组合。

当一个NR小区配置了SUL后，其具体接入所需的信息，包括SUL的频段、PointA、SCS 子载波间隔、带宽等，则是通过SIB1 消息广播给小区下的UE。

当支持SUL 的UE 在一个配置了SUL载波的NR小区发起初始接入的时候，该UE 会根据所检测到的SSB的RSRP与rsrp-ThresholdSSBSUL相比较（该参数通过SIB1 下发给UE）。如果SSB 的RSRP 小于rsrp-ThresholdSSB-SUL，说明UE 处于小区的边缘，那么UE 选择在SUL载波发起接入。而如果SSB的RSRP大于rsrp-ThresholdSSB-SUL，说明UE处于小区的中近点，则UE选择在NUL载波发起接入。

如下图所示，当处在NR NUL覆盖区域内的时候，UE 在NUL载波上进行上行数据传输，而当UE移动至小区远点，则动态切换至SUL（网络侧通过下发RRC重配消息指示）来进行数据发送，有效扩大了NR小区的覆盖范围。

但是在配置了SUL的小区中，UE同一时刻只能在一个载波上进行上行数据传输，不能同时在两条上行链路上发送上行，这样就会造成资源的浪费。因为NUL和SUL载波是同时工作的，而SUL载波只有在UE处于小区边缘的时候才发挥作用，那么通过Uplink Tx Switching，让UE通过时分的方式，复用NUL载波和SUL载波，从而能够有效的提升UE位于小区近点时的上行传输速率。

5G超级上行技术的诞生在众多应用领域里面发挥了优势，通过下面几个例子，看看5G超级上行技术究竟是如何帮助我们有效保障移动场景下的无缝安全作业、恶劣环境下的智能预警和实时监控，提升整体企业生产效率，改善安全健康生产环境。

• 爆破预警

  通过5G超级上行技术，可以实现爆破预警。5G超级上行实现了无人机多路4K高清视频回传，爆破警戒覆盖范围从原先500米扩大到了2公里，将原有2小时检查人力工作量，降低为半小时，生产效率大幅提升，并提高了爆破的安全性。在水泥仓裂纹等高清视频+AI检测等场景，5G超级上行也发挥了切实作用。

• 矿车自动驾驶

  矿山开采、矿车的自动驾驶、远程操控都需要高性能的5G网络传输，但矿山地形受开采进度影响，处于不断变化之中，无线网络部署难度较大。5G超级上行技术能够实现矿区道路和作业区域的有效连续覆盖及性能提升，保障各类工程机械的高清视频回传及远程操控需求。

• 赛事直播

  赛事直播对于上行速率要求较高，在2021年的厦门马拉松赛上，依托电信强大的5G网络覆盖及与5G超级上行技术，双方在厦门马拉松期间通过5G 8K VR直播等多种方式呈现这一盛况。

现在，除了生产方面的质的提升，5G超级上行技术的应用使用户在高清直播、网课等需要大数据上传的场景，都能获得更好的体验。

未来，超级上行技术将更多地应用到有大上行需求的业务场景中去。让我一起期待超级上行技术在更多的领域里面大放异彩吧！