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LTE-NR双连接关键技术及应用

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技术创新

2018年第10期

LTE-NR双连接关键技术及应用

收稿日期：2018-07-31

Key Technologies and Applications of LTE-NR Dual Connectivity

LTE-NR 双连接对5G 网络快速部署以及网络性能深度优化具有重要意义。对R15定义的LTE-NR 双连接关键技术进行了详细的描述，重点阐述了LTE-NR 双连接技术的主要性能增益，针对不同结构的LTE-NR 双连接技术的应用场景进行了讨论。

NR ；双连接；承载分离

LTE-NR dual connectivity is important for the rapid deployment of 5G networks and the deep optimization of 5G network performance. The key technologies of LTE-NR dual connectivity deﬁ ned in R15 are described in detail. The main performance gain of LTE-NR dual connectivity is elaborated. The application scenarios for the LTE-NR dual connectivity technologies with different structures are discussed.

NR; dual connectivity; bearing split

（广东南方电信规划咨询设计院有限公司，广东深圳 518038）

(Guangdong Southern Planning & Designing Institute of Telecom Co., Ltd., Shenzhen 518038, China)

doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2018.10.007 中图分类号：TN929.5 文献标志码：A 文章编号：1006-1010(2018)10-0034-06引用格式：江巧捷,于佳. LTE-NR双连接关键技术及应用[J]. 移动通信, 2018,42(10): 34-39.

【摘要】

【关键词】

江巧捷，于佳

JIANG Qiaojie, YU Jia

[Abstract]

1 引言

3G P P 在R 10标准中引入了载波聚合（C a r r i e r A g g r e g a t i o n ，C A ）技术[1]，通过聚合多个成分载波（C o m p o n e n t C a r r i e r ，C C ）同时为一个用户终端（User Equipment ，UE ）服务，使得传输速率得到极大提升[2]。在这类场景中，要求宏基站与微基站保持严格的时间同步，因此需要利用理想的回程（backhaul ）相连接。为实现非理想回程连接下的载

波聚合，LTE 在R12引入了双连接的概念[3]，即用户可在RRC （Radio Resource Control ）连接状态下同时利用两个基站的物理资源进行传输。LTE 双连接扩展了载波聚合的应用，能够有效提升网络容量，并能提高切换成功率及负载均衡等能力[4-5]。

3GPP 基于LTE 双连接提出了LTE-NR 双连接技术[6]，定义了4G 、5G 紧密互操作的技术规范，开创性地将RAT 间的互操作过程下沉至网络边缘。对于5G 来说，基于LTE-NR 双连接技术的非组网模式可使5G 核心网和接入网分步部署，有利于5G 的快速部署和应用。当5G 部署进入到较为成熟的组网阶段，LTE-

[Key words]

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NR 双连接技术对扩展5G 网络的覆盖，提升网络性能仍具有重要意义。

本文首先介绍了LTE 双连接技术；然后通过分析LTE 双连接与LTE-NR 双连接的异同，介绍LTE-NR 双连接的关键技术；最后，在此基础上分析了LTE-NR 双连接的突出优势，并分析了主要的应用场景。

2 LTE 双连接技术

LT E 双连接技术中，U E 同时与两个基站连接，分别称为主基站（Master eNB ，MeNB ）和辅基站（S e c o n d a r y e N B ，S e N B ）。双连接可实现载波聚合。不同的是，载波聚合承载在M A C （M e d i u m Access Control ）层分离，需要MAC 层对两个接入点的物理层资源进行同步调度。双连接的承载分离在PDCP （Packet Data Convergence Protocol ）层进行，两个接入点可进行物理层资源的调度，不需要严格同步，因此可采用非理想的回程链路连接MeNB 和SeNB 。

2.1 控制面

R 12定义的LT E 双连接中，仅M e N B 与M M E （Mobility Management Entity ）有S1接口的连接，SeNB 与MME 之间不存在S1连接，如图1所示。MeNB 通过X 2-U 接口与S e N B 进行协调后产生R R C 消息，然后转发给UE 。UE 对RRC 消息的回复同样只发送给MeNB 。因此，在LTE 双连接中UE 只保留一个RRC 实体，系统信息广播、切换、测量配置和报告等RRC 功能都由MeNB 执行。

图1 LTE 双连接控制面示意图

了主小区

Group ，MCG ）和辅小区群（Secondary Cell Group ，SCG ），并根据分离和转发方式的不同，将数据承载分为三种形式：

◆MCG 承载：MCG 承载从核心网的S-GW 路由到MeNB ，并由MeNB 直接转发给UE 。也就是传统的下行数据转发方式。

◆SCG 承载：SCG 承载从核心网的S-GW 路由到SeNB ，再由SeNB 转发给UE 。

◆Split 承载：Split 承载在基站侧进行分离，可由MeNB 或SeNB 向UE 转发，也可由MeNB 和SeNB 按分离比例同时为UE 服务。

R12定义了两种数据承载转发结构：（1）1a 结构

如图2（a ）所示，1a 结构中MeNB 与SeNB 都通过S 1接口与S -G W 连接。数据承载在核心网进行分离，并发送给MeNB 或SeNB ，经由MeNB 转发给UE 的即为MCG 承载，由SeNB 转发给UE 为SCG 承载。MeNB 或SeNB 之间的X2回程链路上只需要交互协同所需的信令，不需要进行数据分组的交互，所以回程链路的负载较小。同时双连接不需要MeNB 和SeNB 之间的严格时间同步，因此总体上1a 结构对X2回程链路的要求较低。

数据承载通过MeNB 或SeNB 向UE 传送，因此峰值速率取决于MeNB 和SeNB 单站的传输能力。当UE 发生移动时，小区切换需要核心网参与，切换效率较低，并存在数据中断的问题。

（2）3c 结构

如图2（b ）所示，3c 结构中只有MeNB 与核心网（S-GW ）通过S1-U 接口连接，因此数据承载只能由核心网发送给MeNB 。MeNB 对承载进行分离，将全部或部分承载通过X2-U 接口发送给SeNB 。由于需要

数据分组的交互，3c 结构要求X2回程链路有较高的容量。

3c 结构中数据承载可由MeNB 或SeNB 发送给UE ，也可由MeNB 和SeNB 同时发送给UE ，因此下行传输的峰值速率可获得显著提升。另外，SeNB 分担了MeNB 的承载，可用于负载均衡，有利于提升密集部署异构UE 发生移动时，3c 结构的切换过UE 同时连接了两个

MCG bearer

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协议。在R12

从全球段28 GHz 、39 GHz 等毫米波频段的固定无线接入；另一类是3.4 GHz —3.8 GHz 高频频段，例如我国确定的5G 首发频段为3.5 GHz 。可见，相比于过去的移动通信系统，5G 盖，也无法使平。为此，NR LT E 覆盖。LT 3.1 LTE-NR 与LT E 双E-UTRA 和5G 的NR 两种不同的无线接入技术的互操作。也就是说，在LTE-NR 双连接中，UE 可同时与一个4G 基站（eNB ）和一个5G 基站（gNB ）连接，在4G 网络和5G 网络的紧密互操作之下获得高速率、低延迟的无线传输服务。与LTE 双连接类似，LTE-NR 双连接将作为控制面锚点的基站称为主节点（Master Node ，

3T R A E N -

5G 提供但并不与5G 核心网5GC 连接，因此在R15中被称为en-gNB 。3GPP 提出了多种5G 网络结构备选方案[7-8]。其中，除了组网的option 2之外，目前最受关注的系列和5GC 与4G ng-结构可

对应非组网的option 7系列网络架构。

（3）N R -E -U T R A D u a l C o n n e c t i v i t y （N E -DC ）：核心网接入5GC ，主节点为5G 基站gNB ，辅节点为升级的LTE 基站ng-eNB 。基于NGEN-DC 的组网结构符合3GPP 提出的option 4网络架构的技术特点。

表1总结了R15中定义的三种LTE-NR 双连接结构。

（a ）1a 结构（b ）3c 结构

MCG bearer

QoS Flows

Split Bearer

MCG Bearer

SCG Bearer

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表1 R15中定义的三种LTE-NR 双连接结构

双连接结构主节点类型辅节点类型核心网类型

网络结构EN-DC eNB en-gNB EPC option 3系列NGEN-DC ng-eNB gNB 5GC option 7系列NE-DC

gNB

ng-eNB

5GC

option 4系列

3.2 控制面

LT E -N R 双连接的控制

（a ）表示的是EN-DC EPC 与作为主节点的eNB 以节点以X2-C

接口连接。图3

NGEN-DC 和NE-DC 网5GC 与主节点以NG-C 间以Xn-C 面协议依然以LTE DC 和NE-DC 由于接入了5G 核心网，相应的接口协议也采用了5G 双连接中的UE RRC Xn-C 节点与UE 之间的可在辅节点与UE 辅节点可地配置测量报告，发起切换等，具有较高的自主性。但是，辅节点不能改变UE 的RRC 状态，UE 中只维持与主节点一致的RRC 状态。

3.3 用户面

与LTE 双连接相同，LTE-NR 双连接中的数据承载也分为MCG 承载、SCG 承载和Split 承载三种分离双连接用户面与LTE 双连接相比有两点较4所示，在LTE-EN-DC 结构中的MCG 承载之外，Split 承载以及NGEN-DC 和NE-DC 两种结承载均在NR PDCP 子层中分离。另外，和NE-DC 两种结构接入了5GC ，因此QoS 流与数据承载映射的SDAP （Service Data Adaptation Protocol ）子层，如图4（b ）所示。

5G 传输的数据流量较4G 基站中进行分离，4G 基站资源，将会

（a ）EN-DC （b ）NGEN-DC （c ）NE-DC

图3 LTE-NR 双连接控制面示意图

MCG bearer

2QoS Flows

Split Bearer

MCG Bearer

SCG Bearer

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4 LTE-NR 双连接应用

LTE-NR 双连接技术可在容量、覆盖、效率等多方面为网络带来性能增益，主要体现在以下几个方面：

（1）增强覆盖。LTE-NR 双连接技术中，UE 可同时与LTE 基站和5G 基站建立RRC 连接。在5G 基站无法覆盖的区域，UE 可通过与LTE 盖水平较差的阶段，LTE-NR 强对5G 网络具有重要意义。

（2中，无论是1a 结构还是3c 效果。

（3）负载均衡。在主节点负载过重的情况下，可利用SCG 承载或可作为辅节点为

LTE 能的场景是当节点的gNB （4继承了LTE 连接后再建立新的RRC 连接。LTE-NR 双连接技术中UE

建立了两个RRC 连接，因而可以降低硬切换过程中的失败率。另外，由于辅节点可进行测量，触发重选，因此切换的效率相比于LTE 双连接更高。

（5）降低小区间干扰。在LTE-NR 双连接中，由于LTE 与5G NR 工作在不同的频段上，因而可借助不同UE

的小区间同频干扰。

NGEN-DC 和NE-DC

三种结构的LTE-NR LTE-NR 双连接技术适用

提供超出LTE

峰值速率的高速业务。但受到主节点eNB 和核心网EPC 性能的，EN-DC 无5G NR 相关技术进5GC ，只需根适用范围和经济效5G 网络结构，、mMTC 的5G 新业务。NGEN-DC 结构中，网络的覆盖能力主要依靠LTE

（a ）EN-DC （b ）NGEN-DC & EN-DC

图4 LTE-NR 双连接用户面示意图[6]

QoS Flows

Split Bearer MCG Bearer SCG Bearer

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江巧捷：高级工程师，硕士学位，现任职于广东南方电信规划咨询设计院有限公司，主要从事通信工程管理及移动通信新技术研究工作。

于佳：博士毕业于哈尔滨工业大学（深圳），现任职于广东南方电信规划咨询设计院有限公司网研中心，主要从事5G 关键技术、部署策略等方面的研究工作

。

作者简介

网络，NR 无须实现连续覆盖，但主要的5G 新业务只在具有NR 覆盖的范围内可实现。NGEN-DC 结构中，虽然5G 用户可持续地保持接入状态，但5G 业务的支持能力是不连续的。实际应用中需针对具体的业务需求进行部署。NGEN-DC 结构有助于快速开展5G 业务应用，适用于5G 小规模商用阶段。NGEN-DC 结构需建设5GC ，可根据应用需求进行NR 部署，同时需要对eNB 进行升级。在实现连续覆盖时，虽然NR 建设成本相对较低，但eNB 升级的成本非常高。此外，当5G NR 发展相对成熟时，为了向组网的5G 网络演进，需要进行大量的割接等工作。因此，虽然可基于NGEN-DC 技术快速实现5G 的连续覆盖，但这种结构不适合大规模商用。

（3）NE-DC

NE-DC 同样具有完整的5G 网络结构，可支持多样的5G 新业务。NE-DC 中，eNB 作为辅节点可扩展NR 的覆盖范围、帮助填补盲点，但需要NR 基本实现连续覆盖。EN-DC 适用于大规模5G 商用阶段。甚至当5G 组网能够满足覆盖需求的情况下，EN-DC 也为5G 网络提供负载均衡、干扰协调等功能。EN-DC 适用于5G 网络建设较为成熟的阶段，需要5GC 的建设和大规模的NR 覆盖。但相比于NGEN-DC ，eNB 设备升级的成本较低，并且无需后续的割接等工作。

5 结束语

本文从网络结构、控制面和用户面架构三方面对R15中定义的LTE-NR 双连接技术进行了介绍。通过与LTE 双连接技术的对比，分析LTE-NR 双连接技术的主要性能增益。本文对LTE-NR 双连接技术的三种结构（EN-DC 、NGEN-DC 和NE-DC ）分别进行了深入探讨，分析了不同结构的LTE-NR 双连接技术适用的应用场景。

参考文献：

[1] 3GPP TS 36.300. Evolved Universal Terrestrial Radio

Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) V10.0.0[S]. 2010.

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based component carrier allocation in LTE-Advanced wireless communication system[C]//2012 International Conference on Wireless Communications and Signal Processing (WCSP), 2012: 1-6.

[3] 3GPP TS 36.300. Evolved Universal Terrestrial Radio

Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) V12.4.0[S]. 2014.[4] 杜忠达. 双连接关键技术和发展前景分析[J]. 电信网技

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[6] 3GPP TS 38.300. Evolved Universal Terrestrial Radio

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system V14.0.0[R]. 2016.

[8] R3-161809. Analysis of migration paths towards RAN for

new RAT[R]. 2016.★下载本文

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