尽管5G移动网络已普遍具备主流水平的下行性能，但上行性能仍是许多应用的瓶颈。5G上行的核心挑战在于：个人用户设备代替移动基站成为数据发送端，而用户设备的输出功率远不及移动基站。一方面，用户设备的可用电池容量有限，另一方面，用户设备需严格满足保障人体安全的辐射控制要求（例如比吸收率SAR），导致用户设备的输出功率受限。
5G引入了新的高频频段（通常在3.5GHz左右），在实现超高速下行的同时，也抬高了用户设备的上行门槛——相比4G低频段，高频信号更容易被障碍物衰减。。为有效解决这一难题，5G最新标准已纳入上行增强特性。
为何上行性能对消费者日益重要？
当前，主流运营商的网络已经承载着诸多形态的上行业务，从网络直播、联网安防、企业远程虚拟专网，到传统的消息或邮件附件共享。与此同时，AI和网络切片正在带动个人消费者以及企事业应用的快速发展。对运营商而言，提升上行性能是未来实现网络质量差异化、避免“管道化”的先决条件。
Meta推出的Ray-Ban智能眼镜是上行性能价值的典型例证。该眼镜搭载Meta的视觉AI功能：用户与AI交互时，只需注视某物体并提问，，眼镜会拍照并上传图片到云端进行深度分析。这类照片大小通常为5-10MB，需要高速上行来缩小响应时延。此外，Meta还集成了基于智能手机的“Be My Eyes”服务，为视障用户与真人志愿者之间提供实时连接，帮助这些用户了解适应周围环境。目前，“Be My Eyes”服务已覆盖全球150多个国家，惠及约80万视障用户，连接850多万志愿者。
Meta目前正在测试一项名为“Live AI”的新功能，旨在提升这类视觉AI的用户体验。用户启动Live AI会话后，智能眼镜会持续上传图像至云端；当用户问及周围环境时，系统可借助提前获取的图像快速做出回应。这类应用所产生的数据量远高于“按需拍照上传”方式，且其他智能眼镜厂商很可能快速跟进。
5G-A上行助力“超然苏超”
中国拥有全球最大的5G-A网络。尽管中国职业足球近年经历转型期，但今春江苏省城市足球联赛（简称“苏超”）的兴起却呈现另一番景象。苏超现场观赛规模庞大，每场比赛吸引上万名现场观众，同时还有大量观众通过线上直播观看比赛，甚至一度有超过80万人关注某场比赛的门票销售情况。在抖音平台，今年相关话题的总浏览量更是超过了8.2亿次。
苏超联赛现场观众人数超3万
赛事对体育场馆内的移动网络性能提出了极高的要求，尤其是上行性能。与传统的蜂窝网络标准相比，5G-A技术支持更高密度用户设备接入，并显著提升了上行能力。苏超联赛的移动网络流量构成中，上行流量占比超过40%，其中80%来源于现场解说、微信短视频、照片分享等实时互动，有力说明了优质移动网络对于提升观赛体验的重要性。
中国三大电信运营商充分发挥5G-A的优势，通过3载波聚合技术部署多个网络频段，并利用辅助上行和高效调度机制，显著提升了网络性能，上行峰值速度高达240Mbps，保障球迷畅享赛事。
非消费者应用同样需要强大的上行性能
上行性能的重要性同样体现在网络切片服务中。许多网络切片服务本就专为实现上行速率、时延和下载性能等网络保障而设计。例如，在应急响应场景中，现场人员需要上传事故现场视频，以便控制中心或救援队伍快速评估险情并采取措施。
另一个网络切片的应用场景是5G在公共场所用作回传网络。由于此类场景通常采用共享网络资源的方式，为确保每个最终用户都能获得10Mbps或20Mbps的上行性能，整个回传链路需要支持该速率的倍数速率，因为该链路需同时服务于多个用户设备。以列车场景为例，即便部分用户通过Wi-Fi连接，而非5G直连，整列车厢所需的合并上行速率仍需达到数百兆，甚至可能高达500Mbps。
与其他网络应用相比，物联网应用通常具有更多的对称性能需求：传感器数据共享、远程机械操控、安全应用等皆需稳定上行。无人机管控通常需要25Mbps的典型目标上行速率；自动驾驶同样对上行性能要求较高——当本地自动驾驶系统出现故障时，或恶劣天气导致自动驾驶系统无法正常工作时，远程真人安全驾驶员必须能够快速、可靠地接管控制。
5G新标准显著提升上行性能
最近几代移动网络技术的发展，通过载波组合或频段组合来提升整体网络吞吐量，从而提高网络速率。在下行方向，设备通常支持6载波聚合甚至更多。而在上行方向，由于用户设备自身的限制，通常只能实现单载波或至多双载波聚合。
另一种提高速率的方法是MIMO空分复用。MIMO空分复用将额外的数据流叠加在单个载波上，提高有效容量和传输速度。这种方法主要应用于TDD频段，TDD是应用于高频频段的一种常见双工模式，能有效提升5G网络容量并实现超高下载速度。
运营商还可通过增加上行时隙占比来提升TDD频段的上行容量和速率，这种方式已长期应用于4G网络的TDD频段。然而，该方法通常会牺牲一部分下行容量，因此在许多场景下也并非理想的解决方案。
除此之外，上行载波聚合技术也是关键首段。该技术自最初的5G标准（3GPP R15）起即已支持，但实际应用受限，主要源于两方面因素：一是运营商在5G非独立组网阶段仍大量依赖4G频段；二是由于FDD与TDD频段在上行聚合中的技术限制。随着5G独立组网的逐步推广，运营商将有能力整合多个5G频段用于上行传输，从而显著提升上行性能。
现阶段，运营商可通过配置专用的辅助上行（SUL），与具备上下行双工能力的主频段协同部署，从而提供额外的专用上行容量。与动态调整时隙的方式相比，SUL技术通过引入额外的专用上行频段，可在不牺牲下行性能的基础上实现上行容量与速率的提升。尽管SUL技术在中国已得到广泛应用，这类专用频谱在全球范围内的部署仍面临较大限制。
3GPP R16针对5G上行载波聚合的技术瓶颈提出了多项改进。其中，上行发射通道切换技术（Uplink-Tx Switching）通过将上行载波聚合与单频段的额外空间层相结合，实现上行性能的进一步提升。其核心原理是：在TDD频段用于下行传输的时隙内，设备上行天线依然工作在FDD频段；当TDD调度切换到上传时隙时，设备双天线均切换到MIMO模式下的TDD频段，以最大化上传性能。
3GPP R17和R18进一步增强了上行发射通道切换技术。例如，R17增加了FDD频段双天线同时传输的选项。相比单频段单天线，双频段可以灵活地调用两个天线，进一步提高了性能。而R18甚至支持四频段切换。如果运营商在TDD频段有两个连续载波，则可以利用TDD 2x2 MIMO上行连续载波聚合功能，实现FDD上行2流+TDD 4流间的切换。
TDD和FDD频段并用的另一个关键优势在于，FDD低频天然具备的更高的覆盖能力以及更广的信号发射范围，可有效弥补移动设备在TDD高频段上传输时面临的电量和功率限制。FDD通常覆盖1GHz以下及1GHz至2.2GHz之间的大部分频段，而TDD则覆盖这些频段之上的大部分频段。
3GPP R18还提供了一种上行发射通道切换技术的替代方法，即上行3Tx天线传输（Uplink 3-Transmit）。与发射通道切换不同，该方法实现双载波同时传输。然而，其限制在于需要修改用户设备硬件设计，且通常仅适用于具备三个配套天线的FWA场景。
最新版本的3GPP标准进一步增强了跨频段载波聚合的能力，能够有效整合非连续分配的频谱资源，尤其适用于那些在特定频段内拥有大量带宽但频谱分配不连续的运营商。
L4S保障高负载下的低延迟
L4S（Low Latency, Low Loss, Scalable Throughput）技术是5G-A网络提升上行性能的另一项关键特性。作为一项已在固定网络中广泛应用的技术，L4S现已合入3GPP R18移动网络标准。其设计目标是在路由器高负荷工作时，仍能保障网络随时响应。
通常情况下，当网络负载过重时，延迟会显著增加。L4S通过提升网络在高负载和高缓冲区占用下的响应能力，不仅有助于改善上行性能，也对下行性能有所提升。目前，美国T-Mobile等运营商已开始L4S早期部署。与其他技术类似，L4S不仅提升上行性能，对于实时通信、游戏和XR等应用场景亦具重要意义。
5G SA是提升5G上行性能的基础
随着网络从早期非独立组网（NSA）逐步向独立组网（SA）演进，运营商已经具备部署上述3GPP新特性的能力，从而优化上行性能。5G-A标准进一步要求网络运行于SA模式。随着网络向SA转变，FDD低频段被用于TX切换，有助于进一步提升上行速率。对于刚刚开始部署SA网络的运营商而言，应提前规划演进路线图，以支持这些新特性，实现差异化的网络质量和服务体验，从而在竞争中脱颖而出。
(作者：Ian Fogg CCS, Insight网络创新总监）
原文链接： https://www.ccsinsight.com/blog/why-5g-advanced-is-the-unseen-backbone-of-ai-economy/
