5G與LTE雙連接技術(shù)架構(gòu)選擇

【摘 要】為了深入理解LTE向5G的演進過程中雙連接技術(shù)的作用，從3GPP R12版本中的LTE雙連接的技術(shù)特點出發(fā)，說明了5G與LTE雙連接應(yīng)用的必要性、用戶面與控制面架構(gòu)選擇思路、MeNB與SeNB選擇方法及分流方式等問題，并對未來5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)部署、5G與LTE系統(tǒng)的共存及LTE向5G網(wǎng)絡(luò)的演進方式和策略選擇方法進行了初步分析。

【關(guān)鍵詞】5G LTE 多連接 雙連接 載波聚合

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2017.02.006 中圖分類號：TN929.5 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-1010（2017）02-0027-05

引用格式：孟穎濤. 5G與LTE雙連接技術(shù)架構(gòu)選擇[J]. 移動通信， 2017，41（2）： 27-31.

1 引言

未來的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，可以采用5G作為宏覆蓋獨立組網(wǎng)，也可以采用5G微小區(qū)進行熱點覆蓋。無論采用哪種組網(wǎng)方式，都可以通過5G與LTE系統(tǒng)間的雙連接（Dual Connectivity）技術(shù)來提高無線資源利用率，降低系統(tǒng)切換時延，從而提升用戶和系統(tǒng)性能。

要實現(xiàn)5G與LTE間的雙連接，就需要考慮如何選擇雙連接架構(gòu)，并考慮不同架構(gòu)對5G與LTE的用戶面和控制面協(xié)議的影響。下面將從雙連接的概念、5G與LTE間雙連接應(yīng)用的必要性、用戶面和控制面架構(gòu)的選擇思路等方面進行分析。

2 LTE多連接及雙連接技術(shù)簡介

在異構(gòu)無線系統(tǒng)中，不同類型的基站協(xié)同組網(wǎng)時，由于單個基站的帶寬資源和覆蓋范圍有限，因此集中多個小區(qū)或者基站的無線資源來為用戶提供服務(wù)，更易于滿足用戶的容量需求和覆蓋要求，這種方式通常稱為多連接。在LTE系統(tǒng)中，常用的多連接方式包括載波聚合、CoMP（Coordinated Multiple Points Transmission/Reception，多點協(xié)作傳輸）以及雙連接等。

移動通信系統(tǒng)中，帶寬越大，所能提供的吞吐量就越高。R10版本中提出了LTE-A載波聚合技術(shù)，實現(xiàn)不同系統(tǒng)（FDD、TDD）、不同頻段、不同帶寬間頻帶的組合使用，以便利用更大的帶寬來提升系統(tǒng)性能。載波聚合技術(shù)中，多個載波主要在MAC層（媒體接入層）進行聚合，多個分量載波共享MAC資源，MAC層需要支持跨載波調(diào)度，控制載波間的時域和頻域聯(lián)合調(diào)度。

基站間采用時延較小的光纖鏈路時，基站間協(xié)同調(diào)度的性能可以得到保證，所以載波聚合技術(shù)能夠提供較好的性能。但是，基站間采用xDSL（x Digital Subscriber Line，各類型數(shù)字用戶線路）、微波以及其他類似中繼的鏈路時，傳輸時延較大，對載波聚合以及CoMP的性能影響也較大，因此需要采用LTE R12版本中提出的雙連接技術(shù)，它是基站間非理想傳輸條件下的性能解決方案。在這種方式下，為了規(guī)避MAC層調(diào)度過程中的時延和同步要求，數(shù)據(jù)在PDCP（Packet Data Convergence Protocol，分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議）層進行分割和合并，隨后將用戶數(shù)據(jù)流通過多個基站同時傳送給用戶，從而有助于實現(xiàn)用戶性能提升，對用戶總體吞吐量和切換時延都有幫助。

2.1 LTE雙連接控制面架構(gòu)

LTE系統(tǒng)中，處于雙連接模式下的UE（User Equipment，用戶終端）可以同時從兩個eNodeB中接收數(shù)據(jù)。其中，一個eNodeB與MME（Mobility Management Entity，移動性管理實體）之間存在S1-MME連接，提供S1-MME連接的eNodeB稱為MeNB（Master eNodeB，主eNodeB）；另一個eNodeB用于提供額外的資源，稱為SeNB（Secondary eNodeB，次eNodeB）。

每個eNodeB都能夠獨立管理UE和各自小區(qū)中的無線資源，MeNB與SeNB之間的資源協(xié)調(diào)工作經(jīng)由X2接口上的信令消息來傳送。圖1為雙連接模式下UE的控制面連接示意圖。其中，S1-MME終結(jié)在MeNB，MeNB與SeNB之間經(jīng)由X2-C（X2 Control，X2控制面）接口來互連。

圖1 雙連接技術(shù)控制面連接示意圖

LTE雙連接系統(tǒng)中，SRB（Signalling Radio Bearer，信令無線承載）不能被分擔(dān)或者分割，也就是說，UE所需的全部RRC（Radio Resource Control，無線資源控制）信令消息和功能都由MeNB進行管理，如公共無線資源配置、專用無線資源配置、測量和移動性管理等。R12規(guī)范中，MeNB與SeNB的RRM（Radio Resource Management，無線資源管理）功能在協(xié)調(diào)后，由MeNB產(chǎn)生最終的RRC消息發(fā)送到UE，UE認為所有RRC消息都是由MeNB發(fā)送的，因此也只對MeNB進行回應(yīng)。RRC消息在底層如何傳送，取決于用戶面解決方案。具體如圖2所示：

圖2 3GPP R12中雙連接的RRC傳送方案示意圖

2.2 LTE雙連接用戶面架構(gòu)

LTE雙連接中，數(shù)據(jù)面無線承載可以由MeNB/SeNB獨立服務(wù)或者由MeNB和SeNB同時服務(wù)。僅由MeNB服務(wù)時稱為MCG（MeNB Controlled Group，MeNB控制的服務(wù)小區(qū)組）承載，僅由SeNB服務(wù)時稱為SCG（SeNB Controlled Group，SeNB控制的服務(wù)小區(qū)組）承載，同時由MeNB和SeNB服務(wù)時稱為分離（Split）承載。具體如圖3所示。

MCG承載是傳統(tǒng)的承載模式，控制面信令通常是由MeNB承載來傳輸?shù)摹?/p>

SCG承載方式下，同一數(shù)據(jù)承載（上行和下行）由核心網(wǎng)控制分配到MeNB或者SeNB中。MeNB與SeNB都存在S1-U（S1-User，S1用戶面）連接，數(shù)據(jù)流在核心網(wǎng)分割后，經(jīng)由MeNB和SeNB獨立進行傳送，SeNB起到負荷分擔(dān)的作用，這種架構(gòu)也稱為1a方式，如圖4所示。