5G的速度,可能比4G還要慢?原來是因為動態頻譜共享

2020年,作為5G元年,5G網絡建設突飛猛進,5G手機也大量湧現。

可是,就算是買瞭最新的5G手機,並且開機後手機右上角顯示著大大的“5G”信號標識,可別著急為此欣喜若狂。實際用起來,網速卻可能比4G還慢!

5G的速度,可能比4G還要慢?原來是因為動態頻譜共享

明明都用上5G瞭啊!難道手機上這偌大的5G LOGO是假的?

1. 從5G頻譜說起

5G的頻譜分為兩段,低於6GHz的叫做Sub6G,也就是FR1(Frequency Range 1),高於6GHz的毫米波頻段叫做mmWave,也就是FR2(Frequency Range 2)。

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Sub6G這段頻譜,還有FDD和TDD頻段之分。這種分法從2G,3G和4G繼承而來,FDD的歷史悠久,一般頻段較低,700M,800M,900M,1800M,2100M等主流頻段都是FDD的;而TDD的頻段相對較高一些,比如2.3GHz,2.6GHz,3.5GHz,4.9GHz等等。

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這些TDD頻段的帶寬大,且能很好地支持Massive MIMO這種5G核心技術,因此能提供高速上網服務(也就是eMBB),是“貨真價實的5G”。

在中國,移動在2.6GHz上的160MHz帶寬,聯通和電信在3.5G上各有100MHz帶寬,都具備部署5G超高速業務的條件。

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然而這真材實料的5G也有缺點,首先是頻段高覆蓋差,尤其是上行,要覆蓋好必須建設更多的站點;其次就是射頻單元必須使用Massive MIMO才能體現優勢,基帶單元自然也要使用新平臺來支持5G的高速率,就導致來成本高,部署慢的問題。

而FDD頻段呢?這些頻段一般都被2G,3G或者4G占用,可用帶寬很小,且FDD頻譜上的Massive MIMO實現困難,因此就算部署瞭5G,速度其實也就跟4G差不多。可以稱之為“名不副實的5G”。

雖然FDD的5G名不副實,但其也是有優點的,那就是,現網3G或者4G的頻段給5G分上一點,原有基站的硬件不用大動,隻需來個軟件升級,就可以支持5G瞭!

雖然帶寬小,網速慢,但是頻段低覆蓋好啊!話說現在5G手機已經鋪天蓋地地湧現,用戶最不爽的事情就是買瞭5G手機卻隻能用4G。如果部署瞭FDD模式的低頻5G,5G手機就可以無處不在地顯示5G信號的LOGO瞭。而且成本還更低!

因此,FDD頻段的5G雖然速度不快,但可以快速,低成本地讓5G實現大面積覆蓋,對於品牌宣傳的作用無疑是巨大的。因此國外很多運營商都打算這麼搞,中國的三大運營商也不例外。

在FDD上搞5G的需求明確瞭,可是FDD頻譜都被4G占用著呢,如果全部拿來做5G,勢必導致4G速度變慢,用戶體驗降低;而5G則在初期用戶少,網絡空閑著白白浪費。這可咋辦?

如果5G能跟4G共享頻譜就好瞭!這樣一來,一段頻譜上既是4G也是5G,4G用戶來瞭就提供4G服務,5G用戶來瞭就提供5G服務,動態靈活調整不浪費該多好!

在上述需求的驅動下,3GPP在R15協議中,就引入4/5G動態頻譜共享這個技術。該技術有個專有名稱叫DSS,全稱Dynamic Spectrum Sharing,高通的X55基帶也是支持的。

5G的速度,可能比4G還要慢?原來是因為動態頻譜共享

2. DSS是怎樣實現的?

首先我們看看純4G使用,不進行頻譜共享的初始狀態是什麼樣的。如下圖所示,整整20M的帶寬完全歸4G用,幹凈利落。

5G的速度,可能比4G還要慢?原來是因為動態頻譜共享

再進一步,4G給5G分一半頻譜,但4G和5G獨立運行,井水不犯河水。

5G的速度,可能比4G還要慢?原來是因為動態頻譜共享

這樣一來,4G的資源被生生砍掉瞭一半,速度自然也就下降瞭一半,網絡負荷壓力山大,用戶體驗自然是惡化瞭。而5G呢,由於用戶少,網絡空閑導致頻譜浪費,並且,由於用戶對於5G的期望很高,那點頻譜能提供的速度自然是讓人失望的。真是兩頭不討好。

那麼能不能在空閑的時候關閉5G載波,以保證4G的體驗呢?很抱歉不行,因為FDD 5G低頻屬於覆蓋層啊,關掉之後連5G的兜底覆蓋就都沒瞭。

靜態分配不靠譜,就必須要5G和4G實時動態頻譜共享出山瞭。

5G的速度,可能比4G還要慢?原來是因為動態頻譜共享

這裡說的實時,也叫TTI級別的頻譜共享。TTI的全稱是Transmission Time Interval,也就是傳輸時間間隔的意思。

FDD 5G和4G一般采用相同的子載波間隔,也就是15KHz。這樣一來,4G每毫秒一個子幀,5G也是每毫秒一個子幀(含一個時隙)。兩者這一毫秒都含有14個OFDM符號。

5G的速度,可能比4G還要慢?原來是因為動態頻譜共享

因此,4G和5G的TTI是一樣的,每毫秒調度一次,動態刷新對於頻譜的分配,誰話務多就給誰分的頻譜多,誰話務少就給誰分的頻譜少,頻譜利用率自然就提升瞭。

但是,理想和現實畢竟還是有區別的。4G在整個帶寬內包含瞭各種控制信道和參考信號,必須要持久不變地占用某些資源。5G這樣需要固定占用資源的信道少一些,但也不可能沒有。

5G的速度,可能比4G還要慢?原來是因為動態頻譜共享

這樣一來,信道的沖突不可避免。要解決就隻能是大傢都犧牲一點速度,在時頻資源的使用上相互避讓,盡量和諧共處。

據業界的測試結果,DSS下4G的損失在大約在10%以下,5G的損失可達25%。因此,激活DSS之後,頻譜效率實際是下降的,用戶體驗速率當然也是下降的。當然這也沒辦法,魚和熊掌不可兼得。

傳統的DSS隻考慮瞭4G和5G之間的動態頻譜共享,而實際上,大多數頻段都是三種制式的。比如1800M可同時用於2G,4G和5G,2100M可同時用於3G,4G和5G,因此多種制式之間的動態頻譜共享方案也就呼之欲出瞭。

中興在原先的Magic Radio Pro方案上進行來瞭擴展,提出瞭Super DSS方案,可以支持2G/4G/5G或者3G/4G/5G之間的動態頻譜共享。

5G的速度,可能比4G還要慢?原來是因為動態頻譜共享

華為也擴展瞭原先的CloudAir方案,提出瞭Hybrid DSS方案,支持的場景包括:5G大帶寬場景,5G使用大於20MHz連續大帶寬頻譜,4G使用20MHz帶寬;靈活帶寬場景,支持存量FDD頻譜非標準帶寬,如19.8MHz的5G;三模共存場景,同時支持三個制式的動態頻譜共享2G/4G/5G、3G/4G/5G或者NB-IoT/4G/5G三個制式並存的情況。

最後,DSS是要用NSA還是SA的部署方式呢?答案是都可以,不過對用戶體驗的影響不同。

在SA模式下:如果5G隻有通過DSS實現的單載波,由於低頻覆蓋較好,手機很有可能就會長時間駐紮在這個窄帶寬,低速率的5G上,用戶體驗並不好。而實際上4G可能有好幾個載波,使用載波聚合後的速率更高!

在NSA模式下:手機可以通過雙連接同時使用這個5G載波和多個4G載波,體驗速率快於SA,但由於DSS要處理信道沖突,實際網速跟部署5G前的純4G網絡相比,速度也降低瞭。

註意,如果某運營商隻部署FDD的5G,才會出現上述用戶體驗不佳的問題。而中國實際是FDD和TDD並舉,FDD主打覆蓋,TDD主打容量,兩者優勢互補相互扶持,5G用戶體驗改善的。

最後,總結下DSS的價值:

1、快速,低成本地引入5G,解決5G的“有無”問題;

2、支持新發佈的5G終端,讓用戶看到5G LOGO,保留用戶,方便進行市場活動;

3、FDD 5G和大帶寬的TDD 5G進行載波聚合,增強上行覆蓋。

好瞭,本期的介紹就到這裡,希望對大傢有所幫助。

非常感謝能堅持看到最後。

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