Warum brauchen wir das "große Aufwärtsstreben"?
In letzter Zeit haben Mobilfunkanbieter in verschiedenen Teilen Chinas in enger Folge 5G-A-Tarife eingeführt, was eine beachtliche Welle der 5G-A-kommerziellen Nutzung ausgelöst hat.
Beim Werben für 5G-A fällt einem Wort immer wieder aus dem Mund der Anbieter, das als Kernmerkmal von 5G-A vorgestellt wird.
Dieses Wort lautet: „Hoher Upload“.
Die Anbieter sagen: „Im Vergleich zu 5G bietet 5G-A eine zehnfache theoretische Geschwindigkeitssteigerung und wird die mobile Kommunikation in eine Ära von '10 Gigabit Download und 1 Gigabit Upload' führen. Ein hoher Upload wird die Bedürfnisse der Nutzer im Zeitalter der Künstlichen Intelligenz erfüllen und ein neues Netzwerk-Erlebnis bieten.“
Warum betonen die Anbieter nun aber plötzlich die Wichtigkeit eines „hohen Uploads“? Welche technologischen Hintergründe und Marktbedürfnisse stecken dahinter? Und wie wird 5G-A technisch einen „hohen Upload“ realisieren?
In diesem Artikel möchte ich heute mit Ihnen eingehend über dieses Thema sprechen.
Warum ist der traditionelle Upload so langsam?
Unter einem „hohen Upload“ versteht man eine höhere Upload-Geschwindigkeit.
Wir wissen alle, dass mobile Endgeräte wie Mobiltelefone nicht nur Daten von der Basisstation empfangen, sondern auch Daten an die Basisstation senden. Das Erste ist der Download, das Zweite der Upload.
Die Kommunikationsgeschwindigkeiten von Download und Upload sind seit jeher ungleich. Die Upload-Geschwindigkeit ist deutlich langsamer als die Download-Geschwindigkeit.
Der Grund ist einfach: Die zellulare Mobilkommunikation basiert auf einer zentralisierten Architektur, bei der eine Basisstation Hunderte oder Tausende von Endgeräten bedient.
Die Basisstation hat eine um drei Größenordnungen höhere Funkausgangsleistung als das Mobiltelefon, was bedeutet, dass das Signal stärker und die Reichweite größer ist.
5G-Basisstation
Stellen Sie sich vor, es ist ein Lehrer auf einem Sportplatz, der mit N Schülern spricht. Um von allen Schülern gehört zu werden, benutzt der Lehrer ein Mikrofon. Die Schüler haben aber kein Mikrofon. Deshalb können die Schüler leicht den Lehrer verstehen, aber der Lehrer hat Schwierigkeiten, die Schüler zu hören.
Was das Mobiltelefon betrifft, hat es nicht nur eine geringe Sendeleistung, sondern auch eine begrenzte Anzahl von Antennen. Normalerweise haben Mobiltelefone eine 2T4R- (2 Sende- und 4 Empfangsantennen) oder 1T2R-Konfiguration (1 Sende- und 2 Empfangsantennen), was ebenfalls ein Ungleichgewicht darstellt.
Moderne mobile Kommunikationssysteme sind bei der Entwicklung zugunsten des Downloads optimiert. Beispielsweise beträgt in der Rahmenstruktur von 5G TDD das Verhältnis von Upload- zu Download-Zeitscheiben normalerweise 3:7, was bedeutet, dass es mehr Download- als Upload-Zeitscheiben gibt.
Darüber hinaus muss das Mobiltelefon nach dem Empfang von Download-Daten noch Upload-Bandbreite nutzen, um Bestätigungsnachrichten zurückzusenden, was die Upload-Fähigkeit weiter einschränkt.
Betrachtet man die verschiedenen technologischen Generationen, so betragen die theoretischen Upload- und Download-Geschwindigkeiten von 4G (FDD LTE) 50 Mbps bzw. 150 Mbps, während die von 5G NR 200 - 300 Mbps (Upload) und 1,5 - 2 Gbps (Download) betragen (je nach Frequenzband und Konfiguration). Man kann deutlich sehen, dass sowohl bei 4G als auch bei 5G die Upload-Geschwindigkeit deutlich niedriger ist als die Download-Geschwindigkeit.
Warum brauchen wir eine Verbesserung des Uploads?
Die Schwäche des Uploads gegenüber dem Download ist durch die zentrale Architektur des Kommunikationsnetzes bedingt. In gewisser Weise handelt es sich auch um ein „historisches Problem“.
Zu Beginn der Entwicklung der Mobilkommunikation wurde diese hauptsächlich für die Kommunikation zwischen Menschen verwendet, und die Dienstleistungen bestanden hauptsächlich aus Telefonaten und SMS. Obwohl diese Art der Kommunikation auf Punkt-zu-Punkt basiert, waren die Anforderungen an die Kommunikationsbandbreite gering.
Später kam es mit dem Aufstieg des Internets zu einer zunehmenden Anzahl von Websites und Inhaltsanbietern. Die Form der Inhalte hat sich von Texten zu Multimedia-Inhalten wie Audio und Video entwickelt. Das gesamte Netzwerk hat sich zu einer zentralisierten Geschäftsarchitektur gewandelt.
In einer solchen Architektur besteht der Großteil der Kommunikationsbedürfnisse darin, Multimedia-Inhalte von einem Datencenter an ein Mobilendgerät zu übertragen. Dies ist offensichtlich ein Download-Bedarf, weshalb die mobile Kommunikationsnetze in dieser Zeit eher auf die Verbesserung der Download-Fähigkeiten ausgerichtet waren.
Heute hat sich die Zeit jedoch drastisch verändert.
Durch die ständige Verbesserung von Kameratechnologien verfügen Endgeräte über eine starke Fähigkeit zur Bildaufnahme, was neue Dienstleistungen wie Hochdefinition-Videotelefonie, Videokonferenzen und Livestreams hervorgebracht hat. Diese Dienstleistungen stellen höhere Anforderungen an die Upload-Fähigkeit des mobilen Kommunikationsnetzes. Das Geschäftsmodell des Netzwerks hat begonnen, sich von einem „Download-dominierten“ zu einem „gleichgewichtigen Download- und Upload-Modell“ zu wandeln.
Neben Mobiltelefonen hat auch das sich ständig entwickelnde Internet der Dinge (IoT) höhere Anforderungen an die Upload-Fähigkeit. Die Geschäftstypen des IoT umfassen Steuerung und Datenerfassung. Auch bei der Datenerfassung besteht ein großer Bedarf an der Übertragung von Daten von Videogeräten (z. B. Industrie-Kameras, Verkehrskameras, Sicherheitskameras usw.).
Das IoT hat eine größere Anzahl von Endgeräten, und in einigen industriellen Szenarien (z. B. intelligente Fertigung) ist die Auflösung der erfassten Videos extrem hoch. Dies erfordert nicht nur eine höhere Upload-Geschwindigkeit, sondern auch eine geringere Upload-Latenz.
Wenn man sagt, dass die Video-Dienstleistungen nur eine erste Prüfung der Upload-Fähigkeit darstellen, dann wird die rasch aufstrebende mobile Künstliche Intelligenz diese Prüfung noch schwieriger machen.
KI ist ein typisches datengesteuertes Geschäft. KI-bezogene Dienstleistungen wie KI-Assistenten, Echtzeitübersetzung, Bilderkennung usw. erfordern die Übertragung einer großen Menge an Rohdaten (z. B. Sprache, Video, Umgebungsinformationen) an die Cloud zur Verarbeitung. Einige KI-Anwendungen erfordern multimodale Interaktionen (Text, Sprache, Video, AR usw.) und stellen unterschiedliche Anforderungen an die Bandbreite, Latenz und Stabilität der Upload-Verbindung.
Wie man sieht, entwickelt sich die KI-Endgeräteanwendung immer stärker hin zu einer Agenten-zentrierten Interaktionsweise. In 80 % der Agenten-Interaktionsszenarien ist der Upload-Bedarf höher als der Download-Bedarf.
Neben den KI-Anwendungen im Verbraucherbereich werden die Branchen-KI-Anwendungen eine noch größere Herausforderung für die Upload-Fähigkeit darstellen. Eine riesige Menge an Szenariodaten muss an die Cloud übertragen werden, um nach der Verarbeitung als Trainingsdaten für große Modelle zu dienen.
Beispielsweise müssen selbstfahrende Fahrzeuge im Fahrzeugnetzwerk-Szenario pro Sekunde bis zu mehreren Gigabyte an Umgebungsdaten hochladen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass unter dem Mehrfachendruck von Video- und KI-Dienstleistungen die Verbesserung der Upload-Fähigkeit des mobilen Kommunikationsnetzes dringend erforderlich ist. Die Fokussierung auf die Verbesserung der Upload-Fähigkeit und die Schaffung einer Upload-Geschwindigkeit im Gbps-Bereich in der neuen mobilen Kommunikationstechnologie 5G-A ist inzwischen ein allgemeines Konsens in der Branche.
Wie kann man die Upload-Fähigkeit verbessern?
Wie wird 5G-A nun einen „hohen Upload“ realisieren?
In den frühen Stadien von 5G hat man bereits begonnen, sich Gedanken darüber zu machen, wie man die Upload-Fähigkeit verbessern kann.
Beispielsweise wurde in 5G die SUL-Technologie (Supplementary Upload, zusätzlicher Upload) eingeführt. Durch die Nutzung des niedrigen Frequenzbands von LTE FDD (z. B. 1,8 GHz) für den Upload und des hohen Frequenzbands von NR TDD für den Download kann man in gewissem Maße das Problem des Upload-Bottlenecks an entfernten Orten aufgrund der schwachen Sendeleistung des Mobiltelefons lösen.
SUL (zusätzlicher Upload)
Ein weiteres Beispiel ist die Anpassung der Rahmenstruktur, um die Anzahl der Upload-Zeitscheiben zu erhöhen, wodurch die Upload-Geschwindigkeit um ein Vielfaches gesteigert werden kann. Oder man kann die Carrier-Aggregation (CA) für den Upload nutzen, um die Upload-Fähigkeit zu verbessern.
Im Jahr 2019 haben Huawei und China Telecom gemeinsam die „Super-Upload“-Technologie veröffentlicht, die durch die Koordination von TDD/FDD, die Komplementierung von Hoch- und Niederfrequenz sowie die Aggregation von Zeit- und Frequenzbereich das Problem des fehlenden Upload-Bandbreite und der begrenzten Reichweite löst.
In der Ära von 5G-A hat die Branche auf der Grundlage dieser Versuche noch tiefere Forschungen angestellt.
Schauen wir uns einige der neuesten Fortschritte an:
Kürzlich hat Zhejiang Mobile in Zusammenarbeit mit Huawei und anderen Einheiten in Hangzhou die erste groß angelegte Feldtest-Netzwerkkonfiguration der F/A SUL-Technologie (Supplementary Uplink, zusätzlicher Upload) in China abgeschlossen.
Mit der F/A SUL-Technologie wird durch die Einbindung des gesamten Upload-Spektrums im F-Band (1880 - 1900 MHz) oder A-Band (2010 - 2025 MHz) während der Download-Zeitscheiben der Ankerbasisstation (in diesem Pilotprojekt 4,9 GHz) ein „Upload auf verschiedenen Frequenzen gleichzeitig“ ermöglicht, wodurch das Problem des begrenzten Upload-Ressourcen in traditionellen TDD-Verbindungen überwunden wird.
Durch diesen Test wurde eine maximale Upload-Geschwindigkeit von über 1 Gbps pro Einzelnutzer auf kommerziellen Endgeräten erreicht, was die Upload-Fähigkeit der F/A SUL-Technologie beweist und die Grundlage für die kommerzielle Netzwerkkonfiguration in der nächsten Phase legt.
Die erste groß angelegte Antennenanordnung AAU der Branche für F/A SUL
Im vergangenen Monat haben Zhejiang Telecom, Zhejiang Unicom und Huawei gemeinsam die innovative kommerzielle Validierung eines 1,8 GHz + 2,1 GHz Dual-Band 8T8R-Basisstation abgeschlossen, bei der die Upload-Geschwindigkeit eines einzelnen 5G-Nutzers 1,1 Gbps überschritten hat.
Die in dieser kommerziellen Validierung verwendete 1,8 GHz + 2,1 GHz Dual-Band 8T8R-Basisstation verfügt über eine große Bandbreite von 95 MHz für Upload und Download im Frequenzdivision-Duplex (FDD). Durch die gemeinsame Wirkung der Upload-Carrier-Aggregation (CA) und der Single-User-Multiple-Input-Multiple-Output-Technologie (SU-MIMO) wird die Upload-Fähigkeit der Basisstation effektiv verbessert.
Am 19. Juni, während der MWC Shanghai 2025, haben China Telecom und Huawei gemeinsam eine Joint-Innovation-Pressemitteilung für 5G-A „Intelligentes Sammeln für hohen Upload“ abgehalten. Die von ihnen vorgeschlagene „Intelligentes Sammeln für hohen Upload“-Technologie ist sehr bemerkenswert.
Diese Technologie umfasst drei Innovationen: intelligente Spektrum-Aggregation, intelligente Zellen-Koordination und intelligente Link-Verwaltung. Sie nutzt die Upload-Reichweite von Mehrfachantennen voll aus und kombiniert die verteilte UCN-Technologie (User-Centric Network, nutzerzentriertes Netzwerk) und die Echtzeit-Sharing aller Ressourcen in Zeit- und Frequenzbereich. Durch die Einführung von drahtloser KI-Technologie wird ein drahtloses Netzwerk für die KI-Dienstleistungen aufgebaut.
