LTE-A异构网中分流承载技术的设计与实现

方一鸣，李小文，张涵嫣

(重庆邮电大学 重庆市移动通信技术重点实验室，重庆 400065)

LTE-A异构网中分流承载技术的设计与实现

方一鸣，李小文，张涵嫣

(重庆邮电大学 重庆市移动通信技术重点实验室，重庆 400065)

3GPP在LTE-A异构网络中提出了小小区增强策略的分流承载技术，即在MeNB(Master eNB)的覆盖范围内部署SeNB(Secondary eNB)，二者共同组成E-UTRAN(Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network)系统架构中的接入网，为UE(User Equipment)提供联合的数据传输。通过对分流承载技术的研究，提供了其应用场景，制定了接收实体的重排序规则，并为分流承载设计了建立与去建立流程图，最后用TTCN-3(Testing and Test Control Notation version 3)测试系统的终端无线资源管理(Radio Resource Management，RRM)一致性测试平台对流程设计进行了验证。

分流承载技术；双连接；重排序机制；一致性测试

0 引言

随着移动通信技术的愈发成熟，终端的数据处理能力不断增强，移动分组业务正经历着巨大的变革。以LTE系统为例，在20 M带宽内可以支持下行最大速率100 Mbps的数据传输，而后继的LTE-A系统中，下行最大速率更是达到了1 Gbps[1]。由于数据业务量的膨胀式增长，通信网络的服务能力和部署策略面临着巨大的挑战。密集小区部署的提出极大地提升了网络的吞吐量，典型的应用场景是增大宏小区的覆盖范围，但这种场景会带来功率不均衡和频繁切换等问题导致信令负载过大，因此在3GPP Rel-12中引入双连接[2]的概念，即在宏基站的覆盖范围内部署小小区，终端可以同时利用宏基站和小基站的无线资源。

1 分流承载技术的介绍

分流承载，是在主基站的覆盖范围内或其边界处部署小小区，两者为用户设备提供联合的数据传输，此时UE处于双连接(Dual Connectivity)状态。早在Rel-10/11的研究阶段，3GPP就提出了通过聚合多个载波来达到更大的带宽，进而提供更高的数据传输速率。双连接与载波聚合最大的不同之处就是载波聚合是应用于理想回程链路而双连接技术应用于非理想回程链路[3]，并且相比于在载波聚合技术中只有一个基站管理宏小区和小小区，双连接技术中是两个基站分别管理宏小区和小小区。其中管理宏小区的基站成为宏基站，它与核心网中的移动性管理实体(Mobility Management Entity,简称MME)建有S1-MME接口，并被CN(Core Network)视作移动锚点。管理小小区的基站称为辅基站，其主要功能是为UE提供额外的无线资源的节点。

1.1 网络体系结构设计

分流承载技术的实现主要集中在用户平面设计上，针对用户平面的网络体系，本文给出了设计方案1，如图1所示。由图1可以看出，EPS承载数据包由服务网关通过S1-U接口发送给MeNB，MeNB将部分数据包通过Uu接口发送给UE，另一部分数据包通过宏基站与辅基站之间的数据接口传输给SeNB，并由SeNB通过Uu接口发送给UE。同一承载的数据包借助了2个基站无线资源进行发送，极大地提高了该承载的吞吐量。

图1 用户平面网络体系设计

1.2 协议栈架构设计

针对用户平面的协议栈架构，本文给出了设计方案2，如图2所示。

图2 用户平面协议栈架构设计

图2方案：分流承载用户平面具备2个独立的无线链路控制(Radio Link Control,RLC)层以及低层的各协议层。对于发送实体，依据确定的分流策略，数据包汇聚协议(Packet Data Convergence Protocol,PDCP)层将数据包一部分发送给分流节点的RLC层，另一部分数据包由自身的RLC层进行发送；对于接收实体，2个RLC层将接收到的数据包递交给统一的PDCP层进行处理[4]。固对于分流承载，发送实体具有路由功能，接收实体具有重排序功能[5]。

2 重排序机制设计

在传统的单连接场景中，接收实体只会收到一个RLC递交来的数据包，且数据包是通过PDCP的序列号(Sequence Number,SN)进行按序递交，对于RLC确定模式(Acknowledge Mode,AM)，数据包的递交更会是连续的、完整的[6]。而对于分流承载应用场景，由于2条传输链路的RLC彼此独立，虽然各RLC仍向PDCP递交有序的数据包，但对于接收实体，由于链路时延不同，从2个RLC接收到的数据包之间仍有可能是乱序的，因此，接收实体需要对数据包进行统一重排序处理[7]。重排序处理有以下几点需要注意：① 提高排序的有效性；② 排序方法需安全可靠；③ 需满足不同模式传输业务的需求，即有效性和稳定性在不同时候给予不同的侧重；针对需求本文设计了图3这种重排序机制，条件触发模块和定时计算模块实现流程如图4所示。条件关闭模块和超时处理模块实现流程如图5所示，传输实例如图6所示。

图3 重排序算法架构示意图

图4 条件触发模块和定时计算模块实现流程示意图

图5 条件关闭模块和超时处理模块实现流程示意图

图6 重排序传输实例示意图

设计机制：① 条件触发模块用于在接收实体接收到的PDCP PDU满足PDCP定时器开启条件时，开启定时器，并在定时器时长内进行数据接收并排序[8]。② 定时计算模块用于计算定时器开启的时长，定时器的时长与分流承载映射的RLC模式相关。在定时器开启计时期间，不再开启新的定时器进行计时。通过对定时器开启条件的设置和不同模式下定时器的时长设置进行数据包的接收和排序，接收实体PDCP对收到的乱序数据包予以等待，且不会因为等待时间过长而导致缓冲区阻塞。③ 条件关闭模块用于当满足接收实体PDCP的定时器关闭条件时，关闭定时器，并将完成排序的数据包处理后传输给上层[9]。④ 超时处理模块负责定时器超时后的处理过程，当分流承载映射到RLC AM模式，分流承载链路释放后，如果接收实体仍未收到需要的PDCP PDU包，它会向发送实体发送状态报告以请求定时器重启并重传数据。当分流承载映射到RLC UM模式，接收实体则直接将在定时器运行期间收到的PDU进行排序并递交给上层，不请求重传。

3 建立流程与去建立流程设计

本文的应用场景是UE与MeNB的连接一直存在，当UE所在源小区的负荷情况高于门限值且SeNB位于MeNB的覆盖范围内，即会发生分流承载的建立过程[10]。同理当负荷门限降低到门限值以下则发生分流承载去建立过程。针对分流承载的建立和去建立过程，本文给出图7和图8所示流程设计方案。

图7 分流承载建立过程流程图

图8 分流承载去建立过程流程图

建立过程设计方案：单连接模式时，UE周期性地将信号质量和负荷情况上报给MeNB，MeNB根据报告做出决策，发起分流承载建立过程。当SeNB接收到MeNB的分流承载建立请求，根据MeNB指示进行相应配置。之后UE接收到MeNB的RRC连接重配置请求，并根据指示进行相应重配，随后UE发起随机接入过程建立上行链路同步[5]。至此分流承载过程建立完成后，此时UE处于双连接模式。

去建立过程设计方案：双连接模式时，UE周期性地将信号质量和负荷情况上报给MeNB，MeNB根据报告做出决策，发起分流承载去建立过程。当SeNB接收到MeNB的分流承载去建立请求，根据MeNB指示进行相应配置。之后SeNB发送状态报告给MeNB以指示传输失败的数据包的SN号。随后UE接收到MeNB的RRC连接重配置请求并根据指示进行相应重配。至此分流承载过程去建立完成后，此时UE处于单连接模式，随后会对SeNB传输失败的数据包进行重传。

4 测试方法与结果

分流承载建立与去建立流程测试平台的搭建主要由6大部分组成，它们是安装了TTCN-3的PC，分别模拟主辅小区的测试仪表1、测试仪表2、开关箱、信道模拟设备以及被测体。在测试过程中，通过比较TTCN-3收到的UE消息与期望收到的消息内容的匹配程度，来判断RRC层是否满足RRM的一致性测试要求[11]。具体测试架构如图9所示。

图9 测试平台架构图

如图9所示，测试整体架构由被测系统和测试终端构成。PC通过TTworkbench平台来实现协议栈的NAS和RRC层的主要功能。SS由 Main Controller(MC)与TD-LTE系统处理单元 (TD-LTE Processing Unit，TDPU)组成。TDPU实现RRC子层以下的功能，MC负责PC与TDPU之间的数据转发和一些常用参数的显示[12]。

该流程的测试过程是基于消息的，其消息测试和设计流程也是一致的，测试流程符合RRC协议描述，且最终测试结果为success。该测试结果满足RRM一致性测试的要求，故认为此流程的设计是可行的。

5 结束语

移动通信系统发展至今，仅通过增强宏网络能力以提供经济、高效的服务已变得愈发困难，部署低功率节点从而提供小小区覆盖的网络策略逐渐成为了一个极其具备吸引力的解决方案。本文介绍了基于小小区覆盖网络策略的分流承载技术的基本原理，设计了排序算法及激活流程，最后通过TTCN-3测试语言证明了流程设计的正确性。

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Design and Implementation of Split Bearing Technique in Heterogeneous Networks Based on LTE-A

FANG Yi-ming,LI Xiao-wen,ZHANG Han-yan

(Chongqing Key Lab of Mobile Communications Protocol,Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065,China)

3GPP has proposed split bearing technique in LTE-A heterogeneous networks for enhanced small cell,in which SeNB is deployed in the coverage of MeNB,and both of them form the access network in E-UTRAN system and support united data transmission for UE.Based on an analysis of split bearing,the scenarios of split bearing technique are provided and the reordering mechanism is designed for the receiving entity.Finally,the radio resource management (RRM) conformance testing platform based on terminal TTCN-3 (Testing and Test Control Notation version 3) is used to test the process.

split bearing technique;dual connectivity;reordering mechanism;conformance test

10.3969/j.issn.1003-3114.2017.01.22

方一鸣，李小文，张涵嫣.LTE-A异构网中分流承载技术的设计与实现[J].无线电通信技术,2017,43(1):89-93.

2016-10-11

国家科技重大专项资助项目(2012ZX03001024)

方一鸣(1992—)，男，硕士研究生，主要研究方向：TD-LTE系统协议栈开发，RRM一致性测试仪表开发。李小文(1955—)，男，教授，研究员，研究生导师，主要研究方向：TD-SCDMA移动通信系统开发、 TD-LTE系统开发。

TN929.5

A

1003-3114(2017)01-89-5