5G与LTE双连接技术架构选择

【摘 要】为了深入理解LTE向5G的演进过程中双连接技术的作用，从3GPP R12版本中的LTE雙连接的技术特点出发，说明了5G与LTE双连接应用的必要性、用户面与控制面架构选择思路、MeNB与SeNB选择方法及分流方式等问题，并对未来5G网络的建设部署、5G与LTE系统的共存及LTE向5G网络的演进方式和策略选择方法进行了初步分析。

【关键词】5G LTE 多连接 双连接 载波聚合

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2017.02.006 中图分类号：TN929.5 文献标志码：A 文章编号：1006-1010（2017）02-0027-05

引用格式：孟颖涛. 5G与LTE双连接技术架构选择[J]. 移动通信， 2017，41（2）： 27-31.

1 引言

未来的5G网络建设中，可以采用5G作为宏覆盖独立组网，也可以采用5G微小区进行热点覆盖。无论采用哪种组网方式，都可以通过5G与LTE系统间的双连接（Dual Connectivity）技术来提高无线资源利用率，降低系统切换时延，从而提升用户和系统性能。

要实现5G与LTE间的双连接，就需要考虑如何选择双连接架构，并考虑不同架构对5G与LTE的用户面和控制面协议的影响。下面将从双连接的概念、5G与LTE间双连接应用的必要性、用户面和控制面架构的选择思路等方面进行分析。

2 LTE多连接及双连接技术简介

在异构无线系统中，不同类型的基站协同组网时，由于单个基站的带宽资源和覆盖范围有限，因此集中多个小区或者基站的无线资源来为用户提供服务，更易于满足用户的容量需求和覆盖要求，这种方式通常称为多连接。在LTE系统中，常用的多连接方式包括载波聚合、CoMP（Coordinated Multiple Points Transmission/Reception，多点协作传输）以及双连接等。

移动通信系统中，带宽越大，所能提供的吞吐量就越高。R10版本中提出了LTE-A载波聚合技术，实现不同系统（FDD、TDD）、不同频段、不同带宽间频带的组合使用，以便利用更大的带宽来提升系统性能。载波聚合技术中，多个载波主要在MAC层（媒体接入层）进行聚合，多个分量载波共享MAC资源，MAC层需要支持跨载波调度，控制载波间的时域和频域联合调度。

基站间采用时延较小的光纤链路时，基站间协同调度的性能可以得到保证，所以载波聚合技术能够提供较好的性能。但是，基站间采用xDSL（x Digital Subscriber Line，各类型数字用户线路）、微波以及其他类似中继的链路时，传输时延较大，对载波聚合以及CoMP的性能影响也较大，因此需要采用LTE R12版本中提出的双连接技术，它是基站间非理想传输条件下的性能解决方案。在这种方式下，为了规避MAC层调度过程中的时延和同步要求，数据在PDCP（Packet Data Convergence Protocol，分组数据汇聚协议）层进行分割和合并，随后将用户数据流通过多个基站同时传送给用户，从而有助于实现用户性能提升，对用户总体吞吐量和切换时延都有帮助。

2.1 LTE双连接控制面架构

LTE系统中，处于双连接模式下的UE（User Equipment，用户终端）可以同时从两个eNodeB中接收数据。其中，一个eNodeB与MME（Mobility Management Entity，移动性管理实体）之间存在S1-MME连接，提供S1-MME连接的eNodeB称为MeNB（Master eNodeB，主eNodeB）；另一个eNodeB用于提供额外的资源，称为SeNB（Secondary eNodeB，次eNodeB）。

每个eNodeB都能够独立管理UE和各自小区中的无线资源，MeNB与SeNB之间的资源协调工作经由X2接口上的信令消息来传送。图1为双连接模式下UE的控制面连接示意图。其中，S1-MME终结在MeNB，MeNB与SeNB之间经由X2-C（X2 Control，X2控制面）接口来互连。

图1 双连接技术控制面连接示意图

LTE双连接系统中，SRB（Signalling Radio Bearer，信令无线承载）不能被分担或者分割，也就是说，UE所需的全部RRC（Radio Resource Control，无线资源控制）信令消息和功能都由MeNB进行管理，如公共无线资源配置、专用无线资源配置、测量和移动性管理等。R12规范中，MeNB与SeNB的RRM（Radio Resource Management，无线资源管理）功能在协调后，由MeNB产生最终的RRC消息发送到UE，UE认为所有RRC消息都是由MeNB发送的，因此也只对MeNB进行回应。RRC消息在底层如何传送，取决于用户面解决方案。具体如图2所示：

图2 3GPP R12中双连接的RRC传送方案示意图

2.2 LTE双连接用户面架构

LTE双连接中，数据面无线承载可以由MeNB/SeNB独立服务或者由MeNB和SeNB同时服务。仅由MeNB服务时称为MCG（MeNB Controlled Group，MeNB控制的服务小区组）承载，仅由SeNB服务时称为SCG（SeNB Controlled Group，SeNB控制的服务小区组）承载，同时由MeNB和SeNB服务时称为分离（Split）承载。具体如图3所示。

MCG承载是传统的承载模式，控制面信令通常是由MeNB承载来传输的。

SCG承载方式下，同一数据承载（上行和下行）由核心网控制分配到MeNB或者SeNB中。MeNB与SeNB都存在S1-U（S1-User，S1用户面）连接，数据流在核心网分割后，经由MeNB和SeNB独立进行传送，SeNB起到负荷分担的作用，这种架构也称为1a方式，如图4所示。