5G時頻雙聚合應對3.5GHz網絡部署挑戰
頻譜是移動通信領域的核心資源。5G頻譜分佈在多個頻段，每個頻段各有優缺點。全球首波商用5G網絡主要使用更高的3.5GHz（3.3~3.8ghz，N78頻段）和毫米波頻段，以及2.6GHz（2.496~2.69ghz，n41頻段）頻段。3.5GHz頻段採用TDD模式。與4G網絡常用的1.8GHz（頻段3）等FDD頻段相比，3.5GHz不僅穿透損耗更高，可用上行時隙比例也更小。在滿足5G業務需求方面，存在上行帶寬、上行覆蓋和傳輸時延三大挑戰。
上行帶寬
TDD模式上下行使用同頻，採用時分雙工傳輸。中國3.5GHz頻段上下行比例為3:7，即30%的時隙用於上行，70%的時隙用於下行。以100MHz帶寬為例，可用上行帶寬僅為30MHz，僅為4G單載波的1.5倍。
上行覆蓋
頻率越高，空間傳播損耗越大，覆蓋距離越短。3.5GHz上行路徑損耗比2.1GHz頻段高5dB。此外，頻率越高，穿透損耗越大，導致覆蓋距離越短。
傳輸延遲
由於TDD模式上下行時分傳輸，終端在接收下行數據時無法發送上行數據，導致上行傳輸過程中產生額外的等待延遲。對於上行佔30%的3.5GHz頻段，等待時間為0-2ms，平均等待時間為0.8ms。同樣，在向下方向，等待時間為0-1毫秒，平均等待時間為0.2毫秒。
時頻雙聚合提升5G網絡容量和覆蓋性能
結合頻譜特點和行業現狀，如何提升2.1GHz和700MHz的5G上行性能成為業界的熱點話題。中興通訊提出5G時頻雙聚合方案，幫助運營商有效提升5G網絡性能。
該技術基於載波聚合，利用FDD和TDD的優勢形成互補，從而提升5g上下行性能。FDD頻率低，覆蓋強，FDD傳輸時沒有額外的等待延遲，但帶寬通常較小；TDD帶寬大，上下行都成熟，應用了MIMO技術，但覆蓋和時延比FDD弱。採用5G時頻雙聚合技術後，如圖1所示，終端可以使用FDD+TDD頻譜在小區中心（近點）進行上下行傳輸，獲得大帶寬和低延遲能力；在小區邊緣（遠端），終端將上行切換到FDD提高覆蓋，下行保持FDD+TDD聚合，
5G時頻雙聚合技術巧妙地將FDD和TDD頻譜在時域和頻域上進行了配合。在充分利用成熟技術、不增加終端額外成本的基礎上，引入創新的載波間協調調度技術，解決3.5GHz單頻組網三大挑戰，提升容量、覆蓋和時延性能。
1) 增加5g容量
將5G時頻雙匯聚技術引入3.5GHz網絡後，借助2.1GHz頻段，終端上行帶寬可提升23%，下行帶寬可提升28%。如果運營商未來能夠在2.1GHz頻段使用50MHz帶寬，上下行提升空間將進一步擴大至58%和71%，容量提升顯著。
一般5G終端的上行傳輸通道數最多為2個。上行2x2 MIMO傳輸可用於TDD頻段，等效帶寬翻倍。但是，如果終端採用傳統的上行載波聚合技術連接FDD+TDD雙載波，FDD和TDD各只能使用一個發射機，而TDD上行不能使用2x2 MIMO傳輸。因此，聚合後的上行容量可能不如不激活載波聚合。為了解決這個問題，5G時頻雙聚合技術採用輪詢模式，保證FDD+TDD載波聚合中TDD載波上行的2x2MIMO能力。具體來說，在TDD上行時隙終端中，雙發射機用於TDD 2x2 MIMO傳輸，而在TDD下行時隙中，FDD立即用於上行傳輸。這種快速切換機制不僅將上行方向的可用時隙增加到接近100%，而且沒有犧牲TDD 2x2 MIMO能力。
圖2 5G時頻雙聚合上下行時隙關係及上行輪發機制
2) 增強5g覆蓋
如果5G部署在3.5GHz頻段，覆蓋瓶頸首先會出現在上行方向，即使網絡下行覆蓋還可以。這"不對稱" 上下行限制3.5GHz "覆蓋面"範圍並降低網絡利用率。通過5G時頻雙聚合技術，終端可以同時連接FDD和TDD載波，在小區邊緣繼續享受TDD載波的大下行帶寬，同時上行傳輸可以切換到具有更好的FDD載波覆蓋範圍，不再因上行限製而與5G網絡服務分離。
與單TDD載波相比，雙載波比單FDD載波具有更大的服務範圍和更高的下行速率。在1GHz下行鏈路中是單載波和上行鏈路的2.2.2.3倍。協同作用導致 1 + 1 大於 2 的收入。
3) 減少5g延遲
在5G時頻雙聚合中，終端可以使用FDD和TDD載波選擇性接收和接收，並且隨時有可用的傳輸時隙，無需額外等待，從而降低傳輸時延。例如，3.5GHz TDD單載波的平均上行傳輸時延約為2.2ms，採用時頻雙聚合技術後可降低31%至1.5ms。
4) 組網靈活，部署方便
時頻雙聚合技術可應用於扇區間和站間網絡，具有很大的靈活性。運營商不必強制 軟驅 和 TDD 建立公共站。網絡側每個FDD載波可以同時與多個TDD載波進行時頻雙聚合。反之，一個TDD載波也可以與多個FDD載波進行時頻雙聚合。每個聚合組合都是針對特定終端動態建立的。
在部分運營商的FDD和TDD不在同一站部署，或者扇區覆蓋不完全重疊的情況下，中興通訊提出靈活調度技術放寬要求，讓運營商可以輕鬆應用時頻雙聚合。這些技術包括使用靜態碼本和兩個 PUCCH 組。
2019年11月，中興通訊完成了業界首個基於2.1GHz和3.5GHz頻段的5G時頻雙聚合方案驗證。驗證結果表明，在良好的信道環境下，單用戶上行速率較3.5GHz單載波最高可提高40%。5G時頻雙聚合技術正在3GPP標準化進程中，預計完成R16。
