一文了解5G SA超级上行频谱

1.1、背景

当前5G C-Band主要采用TDD组网，即上行和下行时分复用C-Band 频谱资源，一般采用8:2/7: 3/4: 1时隙配比，实际用于上行的时频资源有限，导致用户上行体验不佳。

超级上行通过将上行数据分时在Sub-3G频谱和C-Band频谱上发送，极大地增加了5G用户的上行可用时频资源。其原理为：在 C-Band频谱的上行时隙，使用C-Band频谱进行上行数据发送；在C-Band 下行时隙，使用空闲的Sub-3G频谱补充进行上行数据发送，实现上行数据可以在全时隙发送，以C-Band TDD 7：3时隙配比为例，如所示。

在5G早期商用场景下，如果没有单独的Sub-3G频谱资源供5G使用，可以通过开通LTE FDD和NR上行频谱共享功能来获取Sub-3G 频谱资源。

1. 2、应用场景

1.2.1、目标场景

超级上行应用于宏站场景。此场景中，超级上行技术使下行数据传输在C-Band频段，同时上行数据可以在C-Band和Sub-3G频段分时传输，增强C-Band上行容量和覆盖能力，提升用户体验速率并满足更高要求的业务需求。

1.2.2、超级上行频谱来源

超级上行所需的Sub3G频谱可以由频谱Refarming或者通过L-NR 上行频谱共享获得。现网密集城区LTE FDD上下行PRB利用率比例约为 1:3，越热点的区域上下行PRB利用率差值越大。

现网FDD上下行PRB利用率不平衡、上行PRB利用率偏低，为通过 LTE/NR上行频谱共享获得超级上行频谱提供了可行性。

1.3、方案价值

上行容量增益：Sub-3G上行频谱与C-band 频谱时分叠加使用，极大增加上行频谱资源，从而带来了5G小区的上行容量增益；

上行用户体验增益：超级上行用户使能上行全时隙调度，上行体验速率提升；

上行覆盖增益：3.5G传播损耗大，在远点覆盖受限，SUL Sub3G 传播特性优于C-band，在小区远点上行体验速率优于C-band，提升上行覆盖。

1.4、原理描述

1.4.1、超级上行

1.4.1.1、小区配置

超级上行开通前需要完成C-Band小区和Sub-3G小区配置。建立 Sub-3G小区通过MO NRDUCell配置，Sub-3G小区必须配置的参数如所示。

1.4.1.2、载波信息

为了保证UE在Sub-3G载波上正确接入和工作，gNodeB需要将 Sub-3G载波相关的信息发送给UE。包括如下信息：

帧结构、系统带宽、频点
Sub-3G 上行公共信道配置

− PRACH 配置

− PUSCH 公共配置

− PUCCH 公共配置

− 订阅系统消息配置：当系统消息发送策略gNBSibConfig. SibTransPolicy 配置为“ON_DEMAND” 时，会下发该配置。系统消息配置通过参数 MO gNBSibConfig 配置。

承载Sub-3G载波信息的消息如下：

空闲态接入时，通过SIB1（System Information Block 1）承载；
连接态接入时，通过RRC Reconfiguration消息承载。

说明：开启超级上行功能后，由于gNodeB会通过SIB广播SUL信息，下行SSB RB占用会轻微提升，下行峰值吞吐量可能会轻微降低。

1.4.1.3、随机接入

空闲态下，仅支持 UE 从C-Band 上发起随机接入。

随机接入，即 RA（Random Access），用于实现 UE 与gNodeB 之间建立和恢复上行同步。随机接入过程分为基于竞争的随机接入和基于非竞争的随机接入：

在基于竞争的随机接入过程中，接入前导由 UE 随机选定，不同 UE选择的前导可能冲突。gNodeB 基于竞争解决不同 UE 的接入，其结果具有随机性，并不能保证 100%成功。
在基于非竞争的随机接入过程中，接入前导由gNodeB分配给 UE，这些接入前导属于专用前导，因此UE不会发生前导冲突。但当专用资源不足时，gNodeB会指示 UE 发起基于竞争的RA。

1.4.1.4、上行TDM调度

超级上行生效后，下行链路承载在C-Band 载波，上行链路承载在C-Band和Sub-3G载波。由于C-Band 的子载波间隔为30kHz， Sub-3G载波的子载波间隔为15kHz，C-Band 载波与Sub-3G 载波的时隙数量比例是2:1，因此调度时需要考虑不同时序的调度。SRAN16.0 版本，对于C-Band 载波，仅支持时隙配比 7:3（通过参数 NRDUCELL.SlotAssignment 配置）；对于Sub-3G载波，仅C-Band下行时隙对应的Sub-3G时隙才可用。以时隙配比7:3进行示意。

超级上行调度时序：

NR引入了灵活的调度机制，协议引入k1和k2，以保证gNodeB 和UE间的调度时序不错乱。其中k1用于确定下行数传的HARQ时序， k2用于确定上行调度时序， k1和k2基于算法自动计算得到。gNodeB通过DCI（Downlink Control Information）消息将k1和k2参数下发给UE。其余调度算法与C-Band NR(TDD) 小区相同。

下行HARQ时序

在超级上行场景下，下行数传的ACK/NACK反馈时序为 N+k1。当 UE 在C-Band 时隙N收到下行数据时，会在时隙N+k1对应的C-Band上行时隙反馈ACK/NACK，如所示。

上行 HARQ 时序

超级上行支持在C-Band和Sub-3G间以TDM方式进行调度。网络侧通过C-Band动态指示UE在C-Band和Sub-3G上调度的资源，如所示。

当UE在C-Band时隙N收到包含C-Band上行调度资源的DCI（ downlink controlinformation）时，会在C-Band时隙N+k2对应的 C-Band上行时隙发送上行数据。

当UE在C-Band时隙M 收到包含Sub-3G上行调度资源的DCI时，会在C-Band时隙M+k2 对应的 Sub-3G 上行时隙发送上行数据。

1.4.1.5、上行功率控制

超级上行的C-Band和Sub-3G载波单独进行功率控制，基站通过 TPC（Transmit PowerControl）单独指示UE两个载波的功率调整值，UE也在两个载波上单独上报PHR（Power headroom report）值。

备注：TPC 参 DCI 中位域 TPC command for scheduled PUSCH。

超级上行的差异点在于Sub-3G没有下行链路，因此采用C-Band 下行链路进行路损估计。采用C-Band载波下行链路获得路损估计会大于实际路损情况，因此会导致Sub-3G上行发射功率过高，导致上行干扰提升。因此gNodeB会根据Sub-3G 和C-Band 载波下行的路损差调整如下值，通过SI消息下发。

P 0_pre ：gNodeB 期待接收到的 preamble 的初始功率
P 0_PUCCH ：gNodeB 期待接收到的 PUCCH 初始功率
P 0_PUSCH ：gNodeB 期待接收到的 PUSCH 初始功率

1.4.1.6、移动性管理

支持超级上行的UE 在NR小区间移动时，切换和重定向时需要重新选择C-Band 小区驻留。UE 的移动性管理分为系统内移动性管理和系统间移动性管理：

系统内移动性管理包含：同频切换、异频切换、异频重定向、异频盲重定向。本版本 NR 不支持系统内盲切换。
系统间移动性管理包含：异系统切换/重定向、异系统盲重定向。

同频切换：

当UE上报同频切换A3事件后，源gNodeB执行站内同频切换或站间同频切换流程。

基于C-Band下行RSRP选择目标同频小区驻留，并通过切换RRC 重配置消息指示UE 在目标gNodeB 发起切换并执行随机接入，与 TDD同频切换一致。

异频切换和重定向：

当UE上报异频切换A2和A5事件后，源gNodeB执行站内异频切换或站间异频切换流程。

基于C-Band下行RSRP选择目标异频小区驻留，并通过切换RRC 重配置消息指示UE在目标gNodeB发起切换/重定向并执行随机接入，与TDD异频切换一致。

说明：仅当UE不支持切换时，会根据测量结果选择信号质量最优小区所在的频点进行重定向。UE 是否支持异频切换，通过UE能力字段 handoverInterF表示。

异频盲重定向：

异频盲重定向只对服务小区进行测量，不对邻区进行测量。

当UE 测量到服务小区 RSRP 满足异频盲A2 事件时，则启动异频盲重定向将 UE 重定向到频率优先级最高的频点。由于没有测量，因此 UE 默认在选择的频点对应小区的 C-Band 上行发起随机接入。

1.4.2、LNR 上行频谱共享

LNR 上行频谱共享时上行 PUSCH、 PUCCH、 PRACH 信道分布示意图如下：

1.4.2.1、技术原理

LTE 和NR 上行频谱的动态共享功能是指 LTE 和NR 的上行物理信道基于业务优先级（ eNodeB 和 gNodeB 协商判断）和频谱优先级（通过参数 LteNrSpctShrCellGrp.LteNrUlSpectrumShrPriority 配置）分配频谱资源，如所示。

本功能通过：

支持SRS 基于LTE 和NR 的业务量在时域维度进行频谱资源的动态分配来提升资源利用率。
支持对上行各物理信道资源的协调调度来避免在 LTE 和NR 上行频谱共享过程中产生干扰。

其中，上行各物理信道资源的协调调度需确保 LTE 和 NR 的子帧对齐，通过 LTE 侧参数CellFrameOffset. FrameOffset 或 ENodeBFrameOffset. FddFrameOffset （如果 LTE 侧同时配置了这两个参数，则以参数 CellFrameOffset. FrameOffset 的取值为准）、 NR 侧参数gNodeBParam. FrameOffset 来配置。在此前提下， eNodeB 和gNodeB 对资源的协调调度方式如下：

NR 的PUCCH：固定预留 10 个RB 资源，对称部署在带宽的最两端。
LTE 的PUCCH：紧随 NR 的PUCCH 对称配置， PUCCH 在频域低频端的起始位置固定、在频域高频端的终止位置固定，具体请参见。LTE 的PUCCH占用的 RB 数通过参数配置确定或动态调整，具体请参见“eRAN 特性文档” 《物理信道资源管理》中关于 PUCCH 的介绍。本功能中， LTE的PUCCH 总RB 数要求不能超过 16 个，否则可能会对SRS 造成干扰，影响网络性能。

LTE 的PUCCH 起始/终止位置（动态共享）

以 15MHz 带宽为例，假设 LTE 的PUCCH 配置的 RB 数为 12，则占用的低频端 RB 资源为RB3~RB8、高频端 RB 资源为 RB66~RB71。

LTE 的PRACH：固定占用 6 个RB 资源，紧随 LTE 的PUCCH 在低频端部署。
NR 的PRACH：固定占用 6 个RB 资源， NR 的PRACH 紧随 LTE 的PUCCH高频端部署， NR 的PRACH 的频域起始位置通过 LTE 的PUCCH 配置确定。
LTE 和NR 的PUSCH：LTE 和NR 总的可用 PUSCH 资源 = 总的可用频谱资源 – LTE 和NR 的PUCCH 占用资源 – LTE 和NR 的PRACH 占用资源。LTE 和NR 总的可用 PUSCH 资源根据业务优先级和频谱优先级动态共享使用。

PUSCH 资源分配时优先考虑业务优先级，其次考虑频谱优先策略（通过参数LteNrSpctShrCellGrp. LteNrUlSpectrumShrPriority 配置）。

针对LTE 和NR 的业务类型区分优先级（例如：MSG3 业务优先级高于 GBR 业务），资源分配时优先满足高优先级业务需求。

对于相同优先级的业务（除了 MSG3 业务、 TTIB 等固定预留资源外），根据频谱优先策略进行资源分配。

LTE 优先时，表示优先分配频谱资源给 LTE 小区使用。
NR 优先时，表示优先分配频谱资源给 NR 小区使用。
LTE 和NR 公平时，表示根据 LTE 和NR 的业务需求，比例公平地分配共享频谱资源给 LTE 小区和 NR 小区使用。

LTE FDD 和NR 上行频谱共享中 NR 的PUCCH 的RB 数

1.4.2.2、功能配置

本功能需在 LTE 侧和NR 侧完成功能开关和相关参数的配置。

LTE 侧通过将参数 SpectrumCloud. SpectrumCloudSwitch 配置为“LTE_NR_UPLINK_SPECTRUM_SHR” 来开启本功能。同时，要进行如下参数配置：

− 将 LTE 小区加入频谱共享小区集：通过参数SpectrumCloud. LocalCellId 和SpectrumCloud. LteNrSpectrumShrCellGrpId 来配置。

− 配置 LTE 和NR 上行频谱共享模式为动态共享：通过参数LteNrSpctShrCellGrp. LteNrUlSpectrumShrMode 来配置（配置为“DYNAMIC_SHARING” ）。LTE 侧和NR 侧的上行频谱共享模式必须配置一致。

− 配置 LTE 和NR 频谱共享优先级：通过参数LteNrSpctShrCellGrp. LteNrUlSpectrumShrPriority 来配置。可根据网络规划来配置频谱共享优先级，包括：LTE 优先、 NR 优先或LTE 和NR 公平。例如：配置为 LTE 优先时，表示优先分配共享频谱资源给 LTE 小区使用。

− 配置 LTE 和NR 共载波共 CPRI 数据开关：通过参数LteNrSpctShrCellGrp. LteNrCoCarrCoCpriDataSw 来配置。仅当 LTE和NR 为CPRI MUX 组网时，该开关才允许打开。打开后，可以降低 CPRI 带宽要求。

− 配置时间同步：通过参数TASM. MODE 、 TASM. CLKSRC 、 PEERCLK. PN 、 PEERCLK. PNT 、 PEERCLK. PS 和 TASM. CLKSYNCMODE 来配置。本功能要求 LTE 小区和 NRSUL 小区之间保持时间同步。由于 NR SUL 小区已经与 NR C-Band 小区保持时间同步，因此：仅在 LTE 和NR 分离主控场景下，LTE 侧需将参考时钟源配置为对端 NR 侧的参考时钟源，并配置时钟同步模式为时间同步；在 LTE 和NR 共主控场景下， LTE 侧无需配置时间同步。

NR 侧通过打开参数 NRDUCellAlgoSwitch. SpectrumCloudSwitch 的子开关“LTE_NR_UL_SPECTRUM_SHARING_SW” 来开启本功能。同时，要进行如下参数配置：

− 配置 LTE 频谱共享小区集和 NR 频谱共享小区集的关联关系：通过参数 gNBDULteNrSpctShrCg. NrSpctShrCellGrpId 和gNBDULteNrSpctShrCg. LteSpctShrCellGrpId 来配置。

− 将 NR SUL 小区加入 NR 频谱共享小区集：通过参数NRDUCellSpctCloud. NrDuCellId 和NRDUCellSpctCloud. NrSpctShrCellGrpId 来配置。

− 配置上行频谱共享模式为动态共享：通过参数gNBDULteNrSpctShrCg. LteNrUlSpectrumShrMode 来配置（配置为“DYNAMIC_SHARING” ）。NR 侧和LTE 侧的上行频谱共享模式必须配置一致。

1.5、超级上行特性、增强上行容量和覆盖

园区业务场景区域分布多样化，如原水泥墙体 40CM 墙体衰减大、 ft间传送带区域路损大等存在 5G 体验感知风险，根据电信、水泥厂需求，开通超级上行特性，通过超级上行 3.5G 和 2.1G 高低频上行全时隙调度，增强上行覆盖和容量，整体提升客户5G 速率感知。