Agrégation double fréquence 5g pour relever le défi du déploiement du réseau 3,5 GHz

Le spectre est la ressource principale dans le domaine de la communication mobile. Le spectre 5g est réparti sur plusieurs bandes de fréquences, et chaque bande a ses propres avantages et inconvénients. La première vague de réseau commercial 5g au monde utilise principalement une bande plus élevée de 3,5 GHz (3,3 ~ 3,8 GHz, bande N78) et d'ondes millimétriques, et une bande de 2,6 GHz (2,496 ~ 2,69 GHz, bande n41). La bande 3,5 GHz adopte le mode TDD. Comparé à 1,8 GHz (bande 3) et aux autres bandes FDD couramment utilisées dans les réseaux 4G, 3,5 GHz a non seulement une perte de pénétration plus élevée, mais a également une plus petite proportion d'emplacements de liaison montante disponibles. Pour répondre aux exigences du service 5g, il existe trois défis : la bande passante de la liaison montante, la couverture de la liaison montante et le délai de transmission.

Bande passante de liaison montante

Le mode TDD utilise la même fréquence pour la liaison montante et la liaison descendante, et adopte une transmission duplex par répartition dans le temps. La proportion de liaison montante et de liaison descendante dans la bande 3,5 GHz de la Chine est de 3:7, c'est-à-dire que 30% des tranches de temps sont utilisées pour la liaison montante et 70% des tranches de temps sont utilisées pour la liaison descendante. En prenant une bande passante de 100 MHz comme exemple, la bande passante de liaison montante disponible n'est que de 30 MHz, ce qui n'est que 1,5 fois la 4G à porteuse unique.

Couverture de la liaison montante

Plus la fréquence est élevée, plus la perte de propagation spatiale est importante et plus la distance de couverture est courte. La perte de trajet de la liaison montante 3,5 GHz est supérieure de 5 dB à celle de la bande 2,1 GHz. De plus, plus la fréquence est élevée, plus la perte de pénétration est importante, ce qui entraîne une distance de couverture plus courte.

Délai de transmission

En raison de la transmission par répartition dans le temps en mode TDD et en liaison descendante, le terminal ne peut pas envoyer de données de liaison montante lors de la réception de données de liaison descendante, ce qui entraîne un délai d'attente supplémentaire dans le processus de transmission de liaison montante. Pour la bande 3,5 GHz avec 30% de la liaison montante, le temps d'attente est de 0 à 2 ms, avec un temps d'attente moyen de 0,8 ms. De même, dans le sens descendant, le temps d'attente est de 0-1 MS, avec un temps d'attente moyen de 0,2 Ms.

La double agrégation de fréquence temporelle améliore la capacité du réseau 5g et les performances de couverture

Combiné aux caractéristiques du spectre et au statut de l'industrie, comment améliorer les performances de la liaison montante 5g avec 2,1 GHz et 700 MHz est devenu un sujet brûlant dans l'industrie. ZTE propose un schéma de double agrégation temps-fréquence 5g pour aider les opérateurs à améliorer efficacement les performances du réseau 5g.

Cette technologie est basée sur l'agrégation de porteuses, et utilise les avantages du FDD et du TDD pour former une complémentarité, afin d'améliorer les performances des liaisons montantes et descendantes 5g. FDD a une faible fréquence et une couverture élevée, et il n'y a pas de délai d'attente supplémentaire pendant la transmission FDD, mais la bande passante est généralement faible ; TDD a une large bande passante, et les liaisons montantes et descendantes sont matures, et la technologie MIMO est appliquée, mais la couverture et le délai sont plus faibles que FDD. Après avoir utilisé la technologie de double agrégation temps-fréquence 5g, comme illustré à la figure 1, le terminal peut utiliser le spectre FDD + TDD pour transmettre des liaisons montantes et descendantes au centre de la cellule (point proche) afin d'obtenir une large bande passante et un faible délai ; au bord de la cellule (point distant), le terminal bascule la liaison montante vers FDD pour améliorer la couverture, et la liaison descendante maintient l'agrégation FDD + TDD,

La technologie d'agrégation double temps-fréquence 5g coopère habilement avec les spectres FDD et TDD dans le domaine temporel et le domaine fréquentiel. Sur la base de l'utilisation complète d'une technologie mature et sans augmentation des coûts supplémentaires des terminaux, une technologie innovante de coordination et de planification inter-opérateurs est introduite pour résoudre les trois défis de la mise en réseau à fréquence unique de 3,5 GHz et améliorer les performances de capacité, de couverture et de délai.

1) Augmenter la capacité de 5g

Après l'introduction de la technologie d'agrégation double temps-fréquence 5g dans le réseau 3,5 GHz, avec l'aide de la bande de fréquence 2,1 GHz, la bande passante montante du terminal peut être augmentée de 23% et la bande passante descendante peut être augmentée de 28%. Si l'opérateur peut à l'avenir utiliser une bande passante de 50 MHz dans la bande de 2,1 GHz, l'espace d'amélioration des liaisons montantes et descendantes sera encore étendu à 58 % et 71 %, avec une amélioration significative de la capacité.

Généralement, le nombre de canaux de transmission de liaison montante du terminal 5g est au maximum de deux. La transmission Uplink 2x2 MIMO peut être utilisée en bande TDD, et la bande passante équivalente est doublée. Cependant, si le terminal utilise la technologie traditionnelle d'agrégation de porteuses de liaison montante pour connecter les doubles porteuses FDD + TDD, FDD et TDD ne peuvent utiliser qu'un seul émetteur chacun, tandis que la liaison montante TDD ne peut pas utiliser la transmission 2x2 MIMO. Par conséquent, la capacité de liaison montante après agrégation peut ne pas être aussi bonne que de ne pas activer l'agrégation de porteuses. Afin de résoudre ce problème, la technologie d'agrégation double temps-fréquence 5g utilise le mode round robin pour assurer la capacité 2x2 MIMO de la liaison montante de la porteuse TDD dans l'agrégation de porteuse FDD + TDD. Plus précisément, dans le terminal de fente de liaison montante TDD, le double émetteur est utilisé pour la transmission TDD 2x2 MIMO, tandis que dans la fente de liaison descendante TDD, FDD est utilisé pour la transmission de liaison montante immédiatement. Ce mécanisme de transfert rapide augmente non seulement l'intervalle de temps disponible dans le sens de la liaison montante à près de 100 %, mais ne sacrifie pas non plus la capacité TDD 2x2 MIMO.

Fig. 2 Relation d'intervalle de temps en liaison montante et en liaison descendante et mécanisme d'envoi d'arrondi en liaison montante pour une double agrégation de fréquence de 5g

2) Améliorer la couverture 5g

Si la 5g est déployée dans la bande 3,5 GHz, le goulot d'étranglement de la couverture apparaîtra d'abord dans le sens amont, même si la couverture de la liaison descendante du réseau est toujours correcte. Cette"asymétrie" de liaison montante et descendante restreint le 3,5 GHz "couverture"gamme et réduit l'utilisation du réseau. Grâce à la technologie d'agrégation double temps-fréquence 5g, le terminal peut connecter simultanément les porteuses FDD et TDD et continuer à profiter de la large bande passante descendante de la porteuse TDD à la périphérie de la cellule, tandis que la transmission montante peut basculer sur la porteuse FDD avec une meilleure couverture, et il ne sera plus séparé du service réseau 5g en raison de la restriction de la liaison montante.

Par rapport à une seule porteuse TDD, la double porteuse a une plus grande plage de service et un taux de liaison descendante plus élevé que la seule porteuse FDD. 2.2.2.3 fois plus que celle des monoporteuses et des liaisons montantes en liaison descendante 1GHz. La synergie se traduit par un chiffre d'affaires de 1 + 1 supérieur à 2.

3) Réduire le délai de 5g

Dans la double agrégation temps-fréquence 5g, le terminal peut utiliser des porteuses FDD et TDD pour recevoir et recevoir de manière sélective, et dispose d'un intervalle de temps de transmission disponible à tout moment sans attente supplémentaire, réduisant ainsi le délai de transmission. Par exemple, le délai de transmission moyen en liaison montante d'une seule porteuse TDD à 3,5 GHz est d'environ 2,2 ms, ce qui peut être réduit à 1,5 ms de 31 % après l'utilisation de la technologie de double agrégation temps-fréquence.

4) Mise en réseau flexible et déploiement facile

La technologie de double agrégation temps-fréquence peut être appliquée au réseau intersectoriel et interstation, qui présente une grande flexibilité. Les opérateurs n'ont pas à forcer FDD et TDD à construire une station commune. Chaque porteuse FDD côté réseau peut effectuer une double agrégation temps-fréquence avec plusieurs porteuses TDD en même temps. Inversement, une porteuse TDD peut également effectuer une double agrégation temps-fréquence avec plusieurs porteuses FDD. Chaque combinaison d'agrégation est établie dynamiquement pour un terminal spécifique.

Dans le cas où les FDD et TDD de certains opérateurs ne sont pas déployés dans la même station, ou la couverture du secteur ne se chevauche pas complètement, ZTE propose une technologie de planification flexible pour assouplir les exigences, afin que les opérateurs puissent facilement appliquer la double agrégation temps-fréquence. Ces technologies incluent l'utilisation d'un livre de codes statique et de deux groupes PUCCH.

En novembre 2019, ZTE a achevé la première vérification du schéma d'agrégation temps-fréquence 5g du secteur sur la base des bandes de fréquences 2,1 GHz et 3,5 GHz. Les résultats de la vérification montrent que dans un bon environnement de canal, le taux de liaison montante d'un seul utilisateur peut être augmenté jusqu'à 40 % par rapport à une seule porteuse de 3,5 GHz. La technologie de double polymérisation temps-fréquence 5g est en cours de normalisation 3GPP et R16 devrait être achevée.