Uplink switching，在通信业界有个更为广泛的名称：超级上行，这是3GPP在5G Release 16中引入的新特性。其主要原理是UE在两个载波（通常是低频+高频）进行上行传输的时候，通过时分的方式复用低频载波和高频载波，从而可以兼具低频穿透性好、全时隙可进行上行传输，以及高频大带宽的优势，进而可以更加充分的利用上行资源，提升上行覆盖和吞吐率。

根据国内某运营商发布的5G手机产品白皮书中的描述，uplink switching已经在2022年纳入推荐甚至是必选范围，相信在未来可以看到越来越多支持uplink switching终端的出现。

1.Uplink switching介绍
1.1 基于EN-DC的uplink switching
1.2 基于UL CA的uplink switching
1.3 基于SUL的uplink switching
2. 3GPP Release 17中的uplink switching
3.测试介绍
3.1 连接测试
3.2 RF测试

在介绍uplink switching之前，我们先来看一组上行吞吐率的对比。这里以5G SA（独立组网）的FDD和TDD为例，其中FDD载波带宽20M，TDD载波带宽100M，并且TDD时隙配比采用的是目前运营商主流的5ms单周期DDDDDDDSUU以及2.5ms双周期DDDSUDDSUU。

通过吞吐率的对比可以看出，虽然UE在FDD载波上每个时隙（slot）都可以传输上行数据，但是TDD载波凭借大带宽的优势，且支持UL MIMO（并不是每个FDD载波都支持UL MIMO），上行吞吐率要大大好于在FDD上的表现，通过改变上行占空比（2.5ms双周期对比5ms单周期），则可以进一步提升上行吞吐率。

以SA的UL CA组合FDD+TDD（其中TDD时隙配比为2.5ms双周期）为例，目前主流的UE最多只支持上行2Tx的传输，因此UE在FDD和TDD就只能分别以1Tx也就是UL SISO的方式传输数据，那么上行速率为307Mbps（120+187），要小于在TDD做UL MIMO时的375Mbps。

虽然通过在TDD进行UL MIMO的方式能够明显的提升上行吞吐率，但是由于TDD载波普遍处于高频段，比如N78为3.5GHz、N79为4.9GHz，根据信号衰减公式FSPL=32.45+20lgF+20lgD，其中FSPL=自由空间损耗(dB)，D=距离（km），F=频率(MHz），由公式可以知道，相同距离下，频率越高则衰减得越厉害，会导致5G小区覆盖受限。

此外，当前主流UE的最大发射功率为23dBm（0.2瓦）甚至是26dbm（0.4瓦，即power class 2的HPUE），远低于现网基站几百瓦的发射功率，因此决定最终实际5G小区覆盖范围的还是上行覆盖。

受限于发热、功耗以及电池续航，UE的发射功率会受到限制。如果既能采用低频载波（比如FDD）保证上行覆盖，又能在大带宽的TDD载波使用UL MIMO的方式提升吞吐率，就可以满足越来越多应用对上行传输的需求，包括随时随地上传录制的视频到各视频网站，或者是与家人朋友进行在线高清视频通话等。

那么3GPP Release 16所提出的uplink switching技术就可以很好的兼顾以上对覆盖和速率的需求。

这里假定UE支持使用2根Tx天线并且可以在两个不同的载波进行上行传输。还是以UL CA FDD+TDD为例，上图左边表示的是UE在FDD和TDD各以1Tx的方式传输数据，而通过uplink switching，UE可以在TDD的上行时隙切换至TDD载波使用2Tx也就是UL MIMO的方式传输数据，从而可以提升上行的吞吐率。根据TS 38.214的定义，uplink switching可以分为两种工作模式：switchedUL和dualUL，其中switchedUL指的是UE只能在两个载波通过时分的方式传输数据（比如在TDD的下行时隙通过FDD载波发送上行数据，在TDD的上行时隙则使用TDD载波发送上行数据），而dualUL则指的是UE不仅可以在两个载波通过时分的方式传输数据，也可以在两个载波各自用1Tx同时传输数据。

支持uplink switching的UE通过RRC层的信令UE Capability Information上报其相关的能力信息，这里需要注意的是，uplink switching能力是对应到某些特定的频段组合的，以UL CA为例，可能UE支持N28+N41的uplink switching，但是不支持N1+N78的uplink switching。

• uplinkTxSwitching-OptionSupport，只有当UE上报所支持的uplink switching能力后，网络侧才能对UE进行相应的调度，目前协议定义了switchedUL和dualUL两种调度方式，这里需要注意的是，UE可以在UL CA和SUL场景下同时支持switchedUL和dualUL，但是在EN-DC场景下要么支持switchedUL，要么只支持dualUL，而dualUL不适用于SUL，因为SUL和NUL载波不能同时进行上行传输，具体各场景的工作模式会在后续章节做具体的介绍。

uplinkTxSwitchingPowerBoosting，指的是在UL CA场景的uplink switching，UE的总功率一定的前提下（目前只支持UE为power class 3，也就是最大总功率为23dBm），UE可以在切换至支持UL MIMO的载波（一般是高频的TDD）后，提升3dB的发射功率，以此来增强覆盖能力。

uplinkTxSwitchingPeriod，因为uplink switching是一种时分的工作方式，因此3GPP协议定义了UE的Tx天线在两个不同载波进行切换的时间间隔。其中EN-DC场景下，UE可以支持35μs和140μs的切换时间间隔，而在UL CA和SUL场景下，UE则可以支持35μs、140μs和210μs的切换时间间隔。为了留出switching period的时间，网络侧需要在调度的时候根据UE支持的能力适当空出部分上行symbol用作切换间隔。

uplinkTxSwitching-DL-Interruption，在uplink switching中还引入了DL interruption的概念，也就是进行uplink switching时会对某些频段组合的下行传输造成影响，相应的描述来自TS 38.133:

When dynamic switching between two uplink carriers is conducted, UE is allowed to cause DL interruption of X OFDM symbols in NR downlink carrier(s) as indicated by uplinkTxSwitching-DL-Interruption. The DL interruption starts from the first OFDM symbol which fully or partially overlaps with the UL switching period located in either NR carrier 1 or carrier 2 as indicated in RRC signalling. The DL interruption lengths of X are defined in Table 8.2.2.2.10-1.

而在SUL+NR TDD、TDD+TDD的UL CA、TDD+TDD的EN-DC这三种场景则没有DL interruption，这是因为：

1. SUL载波只有上行，而没有下行；

2.TDD+TDD的UL CA和TDD+TDD的EN-DC场景下，两个TDD在进行上行切换的时候，此时下行是不工作的，因此也就没有DL interruption。

之后网络侧通过RRC重配消息将uplink switching相关的配置下发给UE，并通过DCI持续的对UE进行调度。

Uplink switching可以和EN-DC、UL CA以及SUL相结合，进一步提升5G UE的上行吞吐率，下面将对这三种不同的场景分别进行介绍。

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1.1 基于EN-DC的uplink switching

EN-DC，也就是NSA（非独立组网），其主要工作模式是UE通过LTE接入网络，再通过网络侧所下发的RRC重配消息让UE聚合NR载波，之后LTE载波和NR载波均可以承载数据业务的传输。

这里以LTE FDD+NR TDD为例，如下图所示，在LTE和NR的上行共同覆盖区域，UE可以在LTE载波和NR载波均发送上行数据，而受限于UE的发射功率以及NR TDD采用的高频段，此时NR的上行覆盖会小于LTE的上行覆盖范围，因此当UE处于小区边缘，虽然仍然可以接收网络侧下行的LTE以及NR数据，但是仅能够通过LTE载波发送上行数据，EN-DC通过这种低频LTE+高频NR的方式，有效地扩大了实际的网络覆盖范围。

EN-DC结合3GPP Release 16中引入的uplink switching，在LTE和NR的共同覆盖区域，可以在NR TDD的上行时隙将UE切换至NR TDD载波进行上行调度，此时UE就可以在NR载波使用UL MIMO进行数据的传输，由于NR相比LTE具有更大的带宽、更高的频谱效率，因此可以提高上行传输速率，而在NR TDD载波的下行时隙和特殊时隙，则可以使用LTE FDD进行上行数据的传输，同样，当UE移动至小区远点，处在LTE和NR上行共同覆盖以外的区域，则通过LTE载波发送上行数据，保证5G网络有一个较大的覆盖范围。

2.2 基于 UL CA 的 uplink switching 作为自 LTE 就引入的技术，CA （Carrier Aggregation，载波聚合）在 5G 时代依然获得了广泛的应用。与 EN-DC 类似，UE 在 PCC 完成随机接入后， 网络侧通过下发 RRC 重配消息中携带的包含了 SCC 的 SSB 的频点、NR 频段以及 NR 的带宽信息等一系列信息，用于指示 UE 在 SCC 发 起接入。

虽然从 RRC 层的信令流程来看比较相似，但 CA 是在 MAC 层进行数据分流，并且仅限于同一种无线制式下的多个载波聚合，而 DC （Dual-connectivity，双连接），包括 EN-DC（LTE+NR）和 NR-DC（NR 下的 sub6G+mmWave），则是在 PDCP 层进行数据分流。

根据频段组合的不同，CA 可以分为两类 ：

【Intra-Band CA】

在 3GPP Release 15 中，仅定义了 N77/N78/N79 三个 TDD 频段的 Intra-Band CA （带内 CA），在 3GPP Release 16 则定义了更多的 Intra-Band CA 组合，包括 N1/N7/N25 等 FDD 频段。通过进行载波聚合，可以获得类似 UL MIMO 的吞吐率翻倍增益。

【Inter-Band CA】

Inter-Band CA（带间 CA），既有 N3+N78 这类 FDD+TDD 的组合，也有 N41+N78 的 TDD+TDD 的组合，而在 3GPP Release 16 中则进一步定义 了三个 Band 的 CA 组合。

由于 Intra-Band CA 均为高频的 TDD 频段，因此会存在上行覆盖受限的问题，而 Inter-Band CA 定义了 FDD+TDD 的组合，当 UE 远离网络侧， 处在 NR TDD 上行覆盖以外的区域，则可以通过低频的 FDD 载波发送上行数据，扩大了 5G 小区的覆盖范围。

通过前面的介绍我们知道，在 FDD+TDD 的 UL CA 场景中，UE 的两根 Tx 天线在 FDD 载波和 TDD 载波上各自以 SISO 的方式工作，可能速 率不如在 TDD 载波上用 UL MIMO 传输数据，而在 3GPP Release 16 中，UL CA 结合 uplink switching，可以在 NR FDD 和 TDD 共同的上行覆盖 区域内，在 NR TDD 载波上，利用 TDD 更大的带宽以及 UL MIMO 的方式，进一步提升上行吞吐率。

2.3 基于SUL 的uplink switching

SUL（Supplementary Uplink，补充上行），是3GPP 在5G Release 15 中新增的技术，我们知道，一个小区无论是FDD 还是TDD，都会分别包含一个上行载波和一个下行载波，并且同属一个频段内。如前所述，在5G 时代，限制小区范围的往往是UE 的上行覆盖，于是，业界就提出了SUL 技术，通过在一个NR 小区配置一个低频段的SUL 载波来保证实际现网中的上行覆盖范围，换句话说，在一个小区中会存在两个载波，以N41-N83 为例，既有N41 的NUL（Normal Uplink）载波，也有N83 的SUL 载波。

如下是3GPP Release 16 的38101-1 中关于SUL 频段组合的定义，可以看到，都是高频的TDD+ 低频的SUL 载波组合。

当一个NR 小区配置了SUL 后，其具体接入所需的信息，包括SUL 的频段、PointA、SCS 子载波间隔、带宽等，则是通过SIB1 消息广播给小区下的UE。

当支持SUL 的UE 在一个配置了SUL 载波的NR 小区发起初始接入的时候，该UE 会根据所检测到的SSB 的RSRP 与rsrp-ThresholdSSBSUL相比较（该参数通过SIB1 下发给UE）：如果SSB 的RSRP 小于rsrp-ThresholdSSB-SUL，说明UE 处于小区的边缘，那么UE 选择在SUL载波发起接入，而如果SSB 的RSRP 大于rsrp-ThresholdSSB-SUL，说明UE 处于小区的中近点，则UE 选择在NUL 载波发起接入。

*** 需要注意的是，如果UE 不支持SUL 或者NR 小区所配置的SUL 频段时，则该UE 选择在NUL 载波上发起接入。

如下图所示，当处在NR NUL 覆盖区域内的时候，UE 在NUL 载波上进行上行数据传输，而当UE 移动至小区远点，则动态切换至SUL（网络侧通过下发RRC 重配消息指示）来进行数据发送，有效扩大了NR 小区的覆盖范围。

但是在配置了SUL 的小区中，UE 同一时刻只能在一个载波上进行上行数据传输，不能同时在两条上行链路上发送上行，这样就会造成资源的浪费，因为NUL 和SUL 载波是同时工作的，而SUL 载波只有在UE 处于小区边缘的时候才发挥作用，那么通过uplink switching，让UE 通过时分的方式，复用NUL 载波和SUL 载波，从而能够有效的提升UE 位于小区近点时的上行传输速率。

3. 3GPP Release 17 中的uplink switching

根据目前3GPP Release 17 的TS 38.214 中的描述，在UL CA 和SUL 场景，uplink switching 增加了2Tx 到2Tx 的切换，可以进一步提升UE 上行的吞吐率。

【UL CA 场景】

如下是协议中关于UL CA 场景下，新增的2Tx-2Tx 切换的描述：

【SUL 场景】

结合目前TS 38.101 中的信息，n80/84/95/96/97/98 这几个SUL 的频段在Release 17 支持了UL MIMO，因此可以在SUL 场景下，对应这几个SUL 的频段组合实现了2Tx 到2Tx 的切换。

4. 测试介绍

Keysight 公司基于UXM 5G 综测仪的TestApp 和PRT 均已实现对SUL 和uplink switching 的支持，在接下来的内容将会使用TestApp，介绍一下如何去进行SUL 和基于SUL 的uplink switching 的连接测试以及手动测试RF 指标。

4.1 连接测试

这里以N41+N83（SUL）的组合为例，介绍一下在配置了SUL 和基于SUL 的uplink switching 后，如何将UE 与仪表进行连接。

1) 在NR 小区界面勾选使能SUL，并配置包括频段、带宽等信息，然后把上行所用的载波也配置为SUL，由于UE 支持N41 下的UL 2*2 MIMO，因此在仪表侧也做对应的设置。

2) 在UL Tx Switching 中选择SUL，这里可以看到TestApp 界面已经支持了基于EN-DC、UL CA 和SUL 的uplink switching。

3) 然后将UL Tx Switching Option 配置为Switched UL。

4) UE 发起接入，由于此时并未使能基于SUL 的uplink switching 的调度，可以看到NR 小区的下行吞吐率正常，而上行业务则是调度在SUL 载波。

5) 那么接下来要测试基于SUL 的uplink switching，则需要在调度界面将上行由SUL 改为NUL/SUL。

6) 此时可以看到NR 小区的NUL 和SUL 载波同时在调度上行业务。

4.2 RF 测试

3GPP TS 38.521 已经定义了SUL 相关的RF 测试项，这里以6.2C.3 UE maximum output power for SUL 中的Test ID 1 为例，用N41-N83 组合介绍一下如何用UXM 进行SUL 的RF 测试，其中N41 带宽100MHz，SCS30k，N83 带宽30MHz，SCS 15k。

UE maximum output power 这一case 主要的目的是验证UE 最大功率的误差不超过规范定义的最大容限。过高的最大输出功率会干扰其它信道和系统，过低的最大功率会降低终端的覆盖范围。

2) 在Scheduling->Quick Config 页面，选取DL RMC 即可一键式按照3GPP 配置下行调度，这里UL Carrier to Schedule 要配置成SUL。

可以看到TDD UL-DL pattern 已经配置成5ms 单周期，其中7 个下行时隙，2 个上行时隙，特殊时隙为6 个下行symbol、4 个上行symbol。

3) 在PHY->PUSCH DMRS 页面，将SUL 的DMRS 配置为additional position 2。

4) 将上行调制方式配置成DFT-s-OFDM，然后开启PI/2 BPSK。

5) 上行调度设置成 MCS0（PI/2 BPSK），并且 RB allocation为inner ful（l 80@40）。

6) UE 完成接入后，用Link to X-Apps 开启RF 射频测量，并配置UE 发射最大功率，通过X-Apps 可以读取UE 此时在SUL 载波上的发射功率以及信号波形。

UXM 5G 采用高度整合的设计，不仅可以节省实验室空间，并能独自执行更广泛的测试，包括以下功能：

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• 每个射频端口均提供高带宽
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通过使用公共接口单元和远程射频探头前端（RRH），可以将频率范围扩展到高中频和毫米波。

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