解析5G超级上行技术

基于UL CA的uplink switching

作为自LTE就引入的技术，CA（Carrier Aggregation，载波聚合）在5G时代依然获得了广泛的应用。与EN-DC类似，UE在PCC完成随机接入后， 网络侧通过下发RRC重配消息中携带的包含了SCC的SSB的频点、NR频段以及NR的带宽信息等一系列信息，用于指示UE在SCC发起接入。虽然从RRC层的信令流程来看比较相似，但CA是在MAC层进行数据分流，并且仅限于同一种无线制式下的多个载波聚合，而DC（Dual-connectivity，双连接），包括EN-DC（LTE+NR）和NR-DC（NR下的sub6G+mmWave），则是在PDCP层进行数据分流。

根据频段组合的不同，CA可以分为两类 ：

• Intra-Band CA

在3GPP Release 15中，仅定义了N77/N78/N79三个TDD频段的Intra-Band CA（带内CA），在3GPP Release 16则定义了更多的Intra-Band CA组合，包括N1/N7/N25等 FDD频段。通过进行载波聚合，可以获得类似UL MIMO的吞吐率翻倍增益。 

• Inter-Band CA

Inter-Band CA（带间CA），既有N3+N78这类FDD+TDD的组合，也有N41+N78的TDD+TDD的组合，而在3GPP Release 16中则进一步定义 了三个Band的CA组合。

由于Intra-Band CA均为高频的TDD频段，因此会存在上行覆盖受限的问题，而Inter-Band CA定义了FDD+TDD的组合，当UE远离网络侧，处在NR TDD上行覆盖以外的区域，则可以通过低频的FDD载波发送上行数据，扩大了5G小区的覆盖范围。

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 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。

基于SUL 的uplink 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。如前所述，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。

如下是3GPP Release 16的38101-1中关于SUL频段组合的定义，可以看到，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。

*** 需要注意的是，如果UE不支持SUL或者NR小区所配置的SUL频段时，则该UE选择在NUL载波上发起接入。

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 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。

3GPP Release 17中的uplink switching

根据目前3GPP Release 17的TS 38.214中的描述，在UL CA和SUL场景，uplink switching增加了2Tx到2Tx的切换，可以进一步提升UE上行的吞吐率。

• UL CA场景

如下是协议中关于UL CA场景下，新增的2Tx-2Tx切换的描述：

• SUL场景

结合目前TS 38.101中的信息，n80/84/95/96/97/98这几个SUL的频段在Release 17支持了UL MIMO，因此可以在SUL场景下，对应这几个SUL的频段组合实现了2Tx到2Tx的切换。

测试介绍

KEYSIGHT公司基于UXM 5G综测仪的TestApp和PRT均已实现对SUL和uplink switching的支持，在接下来的内容将会使用TestApp，介绍一下如何去进行SUL和基于SUL的uplink switching的连接测试以及手动测试RF指标。

1. 连接测试

这里以N41+N83（SUL）的组合为例，介绍一下在配置了SUL和基于SUL的uplink switching后，如何将UE与仪表进行连接。

1) 在NR小区界面勾选使能SUL，并配置包括频段、带宽等信息，然后把上行所用的载波也配置为SUL，由于UE支持N41下的UL 2*2 MIMO，因此在仪表侧也做对应的设置。

2) 在UL Tx Switching中选择SUL，这里可以看到TestApp界面已经支持了基于EN-DC、UL CA和SUL的uplink switching。

3) 然后将UL Tx Switching Option配置为Switched UL。

4) UE发起接入，由于此时并未使能基于SUL的uplink switching的调度，可以看到NR小区的下行吞吐率正常，而上行业务则是调度在SUL载波。

5) 那么接下来要测试基于SUL的uplink switching，则需要在调度界面将上行由SUL改为NUL/SUL。

6) 此时可以看到NR小区的NUL和SUL载波同时在调度上行业务。

2. RF测试

3GPP TS 38.521已经定义了SUL相关的RF测试项，这里以6.2C.3 UE maximum output power for SUL中的Test ID 1为例，用N41-N83组合介绍一下如何用UXM进行SUL的RF测试，其中N41带宽100MHz，SCS30k，N83带宽30MHz，SCS 15k。

1）UE maximum output power这一case主要的目的是验证UE最大功率的误差不超过规范定义的最大容限。过高的最大输出功率会干扰其它信道和系统，过低的最大功率会降低终端的覆盖范围。

2) 在Scheduling->Quick Config页面，选取DL RMC即可一键式按照3GPP配置下行调度，这里UL Carrier to Schedule要配置成SUL。

可以看到TDD UL-DL pattern已经配置成5ms单周期，其中7个下行时隙，2个上行时隙，特殊时隙为6个下行symbol、4个上行symbol。

3) 在PHY->PUSCH DMRS页面，将SUL的DMRS配置为additional position 2。

4) 将上行调制方式配置成DFT-s-OFDM，然后开启PI/2 BPSK。

5) 上行调度设置成MCS0（PI/2 BPSK），并且RB allocation为inner ful（l 80@40）。

6) UE完成接入后，用Link to X-Apps开启RF射频测量，并配置UE发射最大功率，通过X-Apps可以读取UE此时在SUL载波上的发射功率以及信号波形。

UXM 5G采用高度整合的设计，不仅可以节省实验室空间，并能独自执行更广泛的测试，包括以下功能：

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通过使用公共接口单元和远程射频探头前端（RRH），可以将频率范围扩展到高中频和毫米波。