圖片來自“東方IC”

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

對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)，分別是增強覆蓋、降低時延和提高效率。今天我們就來交流下「增強覆蓋」。

5G網(wǎng)絡(luò)會采用高頻段，一些問題也會隨之而來，比如說覆蓋上受限。要解決這個問題，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)里有個很重要的公式叫做香農(nóng)公式。通過這個公式，我們知道用戶的速率是跟兩個因素相關(guān)的：載波帶寬、信號質(zhì)量。

載波帶寬越寬，用戶速率越高;

信號質(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的測試頻段之一，可能今后還會用到更高的毫米波。頻段越高，可能會帶來越嚴重的問題：

第一個問題是高頻波長相比低頻傳播損耗更大、繞射能力更弱。

從上圖中可以看到，縱坐標是路程，橫坐標是覆蓋距離。同樣的覆蓋距離情況下， 3.5GHz會比28GHz和39GHz相差將近20個db。這就會導(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特點，越高的頻段、傳播損耗越大。

第二個問題是頻段越高，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，會造成覆蓋距離受限。

如何去解決這兩個問題?如何去提高覆蓋?

可能大家想到的第一點就是讓手機去提高它的發(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可以提高發(fā)射功率規(guī)格。讓手機功率抬高，可以提升上行信號的覆蓋效果。

但是我們想象一下，手機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性能很強的功放。同時考慮到手機的輻射、待機，因此不可能靠光靠這一個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，手機在內(nèi)圈時，距離基站近，這個時候手機距離基站比較近，完全是有多余的功率去發(fā)射信號的，這個時候不存在上行覆蓋受限的問題?？梢宰屖謾C采用高頻下行高頻上行，從而讓手機得到一個較高的速率。

但是如果手機來到了邊緣區(qū)域，會出現(xiàn)覆蓋瓶頸問題。這種情況下讓手機上行切換到低頻段上去發(fā)信號，但是下行依舊在高頻上收信號，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。藍色代表的是上行的頻段，紅色代表的是下行頻段。不管手機在什么位置，下行始終用3.5G赫茲，而上行是可以來回切換的。如果手機距離基站較近，可以讓手機優(yōu)先用3.5G;如果手機它距離基站較遠，可以讓手機優(yōu)先使用1.8G低頻去發(fā)信號。我們知道頻段越低，它的覆蓋效果越好。這個就是上下行的解耦。

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

在整個的TTI里面，綠色的是給LTE的，藍色的是共享給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)一個共享，名字叫上行的頻譜共享。而且在這幅圖里面，會發(fā)現(xiàn)在不同的TTI調(diào)度周期內(nèi)部、藍色和綠色的資源分配是動態(tài)的。比如說在TTI1里面，綠色資源就會相對少一點，藍色資源就會多一點;TTI2里面綠色資源多一點，藍色少一點。

可能有小伙伴會問，這種上行頻譜共享對我們LTE會不會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。