应对冲击:5G发布16将如何提高数据速率

文章作者:Jessy Cavazos

5G新无线电(NR)发布16建立在由发布15，提高了延迟和带宽的标准，同时增加了其他功能。关于载波聚合(CA)和双连接(DC)的5G规范将使不同频率范围和操作模式的数据速率能够增加，但我们谈论的是多大的增长?另外，是否有其他更新有助于5G系统容量的增加?

本文总结了最新的3^{理查德·道金斯}生成合作项目（3GPP）标准版本解释了CA和DC等关键概念，并且在示例中，量化了15和16之间的数据速率增加。您还将瞥见这些趋势为您和您的解决方案提供了挑战。

简单地说，发布16

版本16是对版本15的增强的集合。此次发布还将5G的触角延伸到新的垂直领域，包括NR无牌照(NR- u)、NR车辆到一切(V2X)侧链，以及对工业物联网(IIoT)的支持。

该释放在频率范围内的频率范围（FR1）上增加了410 MHz至7.125 GHz和频率范围2（FR2）的CA功能，该频率范围为毫米波（MMWAVE）频率。版本16在FR1和FR2中带来了许多新的乐队组合，移动网络运营商剥离乐队并增加了他们提供的服务数量。还有多输入/多输出（MIMO）增强功能，包括FR2的256正交幅度调制（QAM）的下行链路调制。

图1提供了3GPP第16版关键特性的概要。

图13GPP第16版带来了容量和运营方面的增强，同时将5G的触角延伸到新的垂直领域。来源:Keysight技术

CA和DC概念

第16版的主要目标之一是提高不同频率范围和操作模式的数据速率。区分CA和DC对于理解Release 16如何实现这一目标非常重要。两者结合了多个组件运营商的吞吐量。区别在于组件载波来自的基站。在CA的情况下，相同的基站产生来自组件载波的信号。使用直流时，不同的基站产生信号。该因素影响协议栈中形成的吞吐量，如图所示图2．

图2CA和DL在协议栈的不同层结合了组件运营商的吞吐量。来源:Keysight技术

CA和DC也有很多不同的口味。4G无线支持单运营商传输，并提供CA和DC能力。另一方面，5G在独立(SA)模式下提供了相同的功能，但取决于频率范围，有一些方面需要考虑。此外，5G还允许NR中一个或多个组件载波的组合，DC中一个或多个组件载波的组合。这种能力产生了大量的潜在组合。

图34G和5G技术提供了一系列CA和DC选项。来源:Keysight技术

此外，CA和DC的频谱也存在差异。频带组合可以是频带内连续、频带内不连续或频带间。频带内连续意味着不同的分量载波在频谱中是一起的。频带内不连续是指各分量载波之间至少有一个间隙，但它们在同一频带内。频带间是指一个组件载波可以在一个频带内，而其他载波可以在不同的频带内。

图4CA和DC技术使用三种类型的频带组合。来源:Keysight技术

最后，记住不同的5G网络架构使用DC。图5显示前四个选项。选项2使用5G核心网络(5GC)。在非独立(NSA)模式下，选项3使用演化包核心(EPC)网络。控制平面由4G基站负责与设备通信，但可以有一个来自LTE的数据平面和一个来自NR的数据平面，在选项4中，由5G基站的5GC负责控制平面。

图55G技术为DC提供了四种主要架构选择。来源:Keysight技术

量化发布16的数据速率增加

记住这些关键概念后，现在让我们关注本文的关键问题:数据速率增加。从FR1开始，对于频带内连续组合，聚合带宽从发布15中的200 MHz增加到发布16中的300 MHz。

发布16还包括上行和下行CA，用于频带内不连续组合，并在FR1内增加频带间DC(发布15仅支持FR1和FR2之间的DC)。

在FR2，第16版将频段内非连续组合的频率分离级别从1.4 GHz提高到2.4 GHz。该释放还在下行链路上添加了非对称带宽，并使用了一个与对称带宽和上行CA相邻的频率分离类。

版本16还具有FR2间间组合的下行CA。这种新功能构成了重大挑战，因为它需要处理来自不同分量载波的独立光束。

总的来说，释放释放16增加了跨越FR1和FR2的频带组合及其复杂性，而且还通过组合FR1和FR2来增加。但是，在数据速率方面是什么意思？

例1:带内非连续独立CA FR2

让我们以带内不相邻的独立CA FR2为例，并满足以下条件:

• 120 kHz子载波间隔
• 每个组件载波的400 MHz通道带宽
• MIMO 2 x2通信
• 时分双工(TDD)槽位格式28，以最大限度地提高下行吞吐量

在第15版中，这种情况的最大波段组合是CA-n260(3A)波段组合。这种组合允许同一频带内的三个分量载波之间至少有一个间隙。由于Release 15的最大通道带宽为400mhz，您可以实现1.2 GHz的总聚合带宽。最大频率分离级别为1.4 GHz，最大调制为64QAM，最大吞吐量约为9 Gbps。

在相同的条件下，Release 16可以使吞吐量增加一倍以上。带宽组合改为CA-n260(6A)，允许6个组件载波，使总聚合带宽增加到2.4 GHz。使用最大频率分离类2.4 GHz和256QAM调制，系统容量急剧增加到24 Gbps的最大吞吐量。

令人印象深刻，但FR2的独立部署还不常见，设备支持400mhz的最大带宽是一个挑战。然而，即使在非独立架构中，版本16中的吞吐量增加也是值得注意的。

例2:带内不连续的NSA DL

保持相同的子载波间隔 - MIMO 2x2和Slot-Format配置，如前一个示例，并且仅将每个分量载波的通道带宽更改为100 MHz - 版本16中的最大吞吐量仍然超过15的两倍．

通过这些条件，频带组合变为第15版的DC_2A-N260（4A）。该组合允许四个分量载波，转换为400MHz的总聚合带宽。使用1.4 GHz和64QAM调制的最大频率分离类，最大吞吐量仅达到大约3 Gbps。

通过释放释放16，频带组合变为DC_2A-N260（8A）。该频带组合允许八个而不是四个分量载波，因此可以实现800 MHz的可实现聚合带宽。使用2.4GHz的最大频率分离类 - 而不是1.4 GHz和256QAM调制 - 现在的最大吞吐量达到8 Gbps。

发布16个设计挑战

无论是SA模式还是NSA模式，第16版都大幅增加了系统容量。然而，复杂性也呈指数增长，因为频带组合的数量更大，有更多的组件载波，频带的数量也更高。

在FR1 SA模式下，所有CA类型(带内连续、带内非连续和带间)的组合数量都在增加，尤其是带间。波段间组合是第15版的12倍以上。

在NSA模式下，第16版定义的波段组合数量是第15版定义的波段组合数量的4倍多，波段间组合数量从900个左右增加到4000多个。复杂度也随着同一频带组合中多达6个不同频带的组件载波的数量呈指数增长。

在FR2时，这种增加甚至更大，因为在这些频率上有更多的频谱可用。NSA模式下可以合并的组件运营商数量达到17个DL组件运营商。在SA模式中也有增加，在版本16中定义了一些频带，它将进一步增长释放17．

此外，在FR1+FR2的情况下有更多的波段组合。CA的频带组合数量是Release 15的25倍以上，下行可聚合的组件运营商数量达到10个，上行可聚合的组件运营商数量达到9个。对于NSA来说，在第16版中，乐队组合的数量从大约300个增加到9000多个。

这种复杂性带来了新的挑战。工程师需要处理更高的频率和更高的带宽。过滤器设计和性能优化与第16版变得更加复杂。工程师需要处理多个分量载波，有时在不同的频带中以及协议栈中的高吞吐量。如果您正在使用FR2间下行链路CA案例，您需要独立管理光束，如果您正在进行MIMO增强功能，则必须处理多个天线面板。

克服这些挑战的方法是存在的。它们涵盖了整个设备工作流，并跨越了所有测试领域——协议、RF和性能指标。例如，高通(Qualcomm)和联发科(MediaTek)最近就使用了KeysightS8701A协议研发工具包管理5G CA的频谱要求。您可以在网络研讨会中查看Qualcomm释放16册处理的演示视频CA，RF＆MMWAVE与5G Rel-16的进步．

这篇文章最初发表于edn.．

杰西CAVAZOS.是Keysight行业解决方案营销团队的一部分。