5G与LTE双连接技术架构的选择分析

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LTE与5G系统间的双连接技术，提高无线资源利用率，降低系统切换时延，提高用户和系统性能。

要实现LTE和5G间的双连接，就需要考虑如何选择双连接架构，考虑不同架构对4G和5G的用户面和控制面协议的影响。下面从双连接的概念、LTE/5G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予以分析。

1.LTE多连接及双连接技术简介

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，这种方式通常称之为多连接。LTE系统中，常用的多连接方式包括载波聚合、CoMP以及双连接等。

移动通信系统中，带宽越大，所能提供的吞吐量约高。R10版本中提出了LTE-A载波聚合技术，实现不同系统(FDD以及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，所以载波聚合技术可以提供较好的性能。但是，基站间采用xDSL、微波以及其他类似中继的链路时，传输时延就比较大，对载波聚合以及CoMP的性能会产生影响。因此，需要采用LTE R12版本中提出的双连接(Dual Connectivity)技术，提供基站间非理想传输条件下的性能解决方案。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。

1.1 LTE双连接控制面构架

LTE系统中，处于双连接模式下的UE，只在MeNB与MME之间存在一个S1-MME连接。提供S1-MME连接的eNodeB称为主eNodeB(即MeNB)，另一个eNodeB用于提供额外的资源，称为次eNodeB(即SeNB)。

每个eNodeB都能够独立管理UE和各自的小区中的无线资源。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中为双连接模式下的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不能被分担或者分割，也就是说，UE所需的全部RRC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的无线资源管理(RRM)功能在协调后，由MeNB产生最终的RRC消息发送到UE，如图2所示。UE认为所有RRC消息都只是由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。

图2 3GPP R12中双连接的RRC传送方案

1.2 LTE双连接用户面构架

LTE双连接中，数据面无线承载可以由MeNB或者SeNB独立服务，也可由MeNB和SeNB同时服务。仅由MeNB服务时称为MCG承载 (MCG：MeNB控制的服务小区组)，仅由SeNB服务时称为SCG承载 (SCG：SeNB控制的服务小区组)，同时由MeNB和SeNB服务时称为分离承载。如图3所示。

图3 用户不同承载分离类型及协议栈示意图

MCG承载是传统的承载模式。控制面信令通常总是由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。这种方式对基站间回程没有特殊要求，层2协议层也无需进行特殊配置，基站间不存在负荷分担功能，其峰值速率完全取决于MeNB和seNB自身的无线能力，切换过程中，需要核心网参与，并存在数据中断的问题。

图4双连接1a架构

分离(split)承载方式下，只在MeNB与核心网之间存在S1-U连接，所有下行数据流首先传送到MeNB，再经MeNB按照一定算法和比例进行分割后，由X2接口把部分数据发送给SeNB，最终在MeNB和SeNB上同时给UE下发数据，此架构称为3c方式，如图5所示。这种方式下，用户从2个系统中获取下行数据，便于实现负荷分担和资源协调功能，也有利于提高用户速率。另外，切换过程对核心网影响较小，且由于存在多条无线链路，所以切换时延低。其缺点在于，对基站间回程要求高，层2协议复杂性要求