5G时频双聚合应对3.5GHz网络部署挑战
频谱是移动通信领域的核心资源。5G频谱分布在多个频段，每个频段各有优缺点。全球首波商用5G网络主要使用更高的3.5GHz（3.3~3.8ghz，N78频段）和毫米波频段，以及2.6GHz（2.496~2.69ghz，n41频段）频段。3.5GHz频段采用TDD模式。与4G网络常用的1.8GHz（频段3）等FDD频段相比，3.5GHz不仅穿透损耗更高，可用上行时隙比例也更小。在满足5G业务需求方面，存在上行带宽、上行覆盖和传输时延三大挑战。
上行带宽
TDD模式上下行使用同频，采用时分双工传输。中国3.5GHz频段上下行比例为3:7，即30%的时隙用于上行，70%的时隙用于下行。以100MHz带宽为例，可用上行带宽仅为30MHz，仅为4G单载波的1.5倍。
上行覆盖
频率越高，空间传播损耗越大，覆盖距离越短。3.5GHz上行路径损耗比2.1GHz频段高5dB。此外，频率越高，穿透损耗越大，导致覆盖距离越短。
传输延迟
由于TDD模式上下行时分传输，终端在接收下行数据时无法发送上行数据，导致上行传输过程中产生额外的等待延迟。对于上行占30%的3.5GHz频段，等待时间为0-2ms，平均等待时间为0.8ms。同样，在向下方向，等待时间为0-1毫秒，平均等待时间为0.2毫秒。
时频双聚合提升5G网络容量和覆盖性能
结合频谱特点和行业现状，如何提升2.1GHz和700MHz的5G上行性能成为业界的热点话题。中兴通讯提出5G时频双聚合方案，帮助运营商有效提升5G网络性能。
该技术基于载波聚合，利用FDD和TDD的优势形成互补，从而提升5g上下行性能。FDD频率低，覆盖强，FDD传输时没有额外的等待延迟，但带宽通常较小；TDD带宽大，上下行都成熟，应用了MIMO技术，但覆盖和时延比FDD弱。采用5G时频双聚合技术后，如图1所示，终端可以使用FDD+TDD频谱在小区中心（近点）进行上下行传输，获得大带宽和低延迟能力；在小区边缘（远端），终端将上行切换到FDD提高覆盖，下行保持FDD+TDD聚合，
5G时频双聚合技术巧妙地将FDD和TDD频谱在时域和频域上进行了配合。在充分利用成熟技术、不增加终端额外成本的基础上，引入创新的载波间协调调度技术，解决3.5GHz单频组网三大挑战，提升容量、覆盖和时延性能。
1) 增加5g容量
将5G时频双汇聚技术引入3.5GHz网络后，借助2.1GHz频段，终端上行带宽可提升23%，下行带宽可提升28%。如果运营商未来能够在2.1GHz频段使用50MHz带宽，上下行提升空间将进一步扩大至58%和71%，容量提升显着。
一般5G终端的上行传输通道数最多为2个。上行2x2 MIMO传输可用于TDD频段，等效带宽翻倍。但是，如果终端采用传统的上行载波聚合技术连接FDD+TDD双载波，FDD和TDD各只能使用一个发射机，而TDD上行不能使用2x2 MIMO传输。因此，聚合后的上行容量可能不如不激活载波聚合。为了解决这个问题，5G时频双聚合技术采用轮询模式，保证FDD+TDD载波聚合中TDD载波上行的2x2MIMO能力。具体来说，在TDD上行时隙终端中，双发射机用于TDD 2x2 MIMO传输，而在TDD下行时隙中，FDD立即用于上行传输。这种快速切换机制不仅将上行方向的可用时隙增加到接近100%，而且没有牺牲TDD 2x2 MIMO能力。
图2 5G时频双聚合上下行时隙关系及上行轮发机制
2) 增强5g覆盖
如果5G部署在3.5GHz频段，覆盖瓶颈首先会出现在上行方向，即使网络下行覆盖还可以。这"不对称" 上下行限制3.5GHz "覆盖面"范围并降低网络利用率。通过5G时频双聚合技术，终端可以同时连接FDD和TDD载波，在小区边缘继续享受TDD载波的大下行带宽，同时上行传输可以切换到具有更好的FDD载波覆盖范围，不再因上行限制而与5G网络服务分离。
与单TDD载波相比，双载波比单FDD载波具有更大的服务范围和更高的下行速率。在1GHz下行链路中是单载波和上行链路的2.2.2.3倍。协同作用导致 1 + 1 大于 2 的收入。
3) 减少5g延迟
在5G时频双聚合中，终端可以使用FDD和TDD载波选择性接收和接收，并且随时有可用的传输时隙，无需额外等待，从而降低传输时延。例如，3.5GHz TDD单载波的平均上行传输时延约为2.2ms，采用时频双聚合技术后可降低31%至1.5ms。
4) 组网灵活，部署方便
时频双聚合技术可应用于扇区间和站间网络，具有很大的灵活性。运营商不必强制 软驱 和 TDD 建立公共站。网络侧每个FDD载波可以同时与多个TDD载波进行时频双聚合。反之，一个TDD载波也可以与多个FDD载波进行时频双聚合。每个聚合组合都是针对特定终端动态建立的。
在部分运营商的FDD和TDD不在同一站部署，或者扇区覆盖不完全重叠的情况下，中兴通讯提出灵活调度技术放宽要求，让运营商可以轻松应用时频双聚合。这些技术包括使用静态码本和两个 PUCCH 组。
2019年11月，中兴通讯完成了业界首个基于2.1GHz和3.5GHz频段的5G时频双聚合方案验证。验证结果表明，在良好的信道环境下，单用户上行速率较3.5GHz单载波最高可提高40%。5G时频双聚合技术正在3GPP标准化进程中，预计完成R16。
