目录
第1章. 什么是多连接
1.1 多连接概述
1.2 多连接的聚合和分离点的分类
1.3 多连接好处
1.4 双连接的本质
1.5 多连接的控制面与数据面连接方法分类
1.6 1C+2U模式下数据承载的三种方式
1.7 分清各种场景的基本思路
1.8 关于终端与基站之间的无线控制信道
第2章 4G LTE宏基站与小基站的双连接
2.1 LTE双连接基础
2.2 LTE载波聚合与双连接的协议栈
2.3 LTE inner eNB的载波聚合CA
2.4 LTE inter eNB的载波聚合CA
2.4 LTE双连接DC与inter eNB的载波聚合CA
第3章 4G+5G双连接概述
第4章 option3双连接
4.1 选项3:NR基站为辅小区
4.2 选项3a
4.3 选项3x
第5章 option7双连接
5.1 选项7
5.2 选项7a
5.3 选择7x
第6章 option4双连接
6.1 选项4
6.2 选项4a
移动通信系统中,带宽越大,所能提供的吞吐量约高。
由于单个基站的带宽资源和覆盖范围有限,因此,集中多个小区或者多个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。
双连接是多连接的一种特例,多连接并非起源于4G+5G的非独立组网,早在LTE时代,就有了LTE宏基站与小基站的双连接部署。
本文主要讨论的是“双连接”。
LTE系统中,常用的多连接方式包括载波聚合、多点协作CoMP以及双连接等。而不同的多连接方式,其在协议栈中,聚合和分离的位置点是不相同的。
(1)在MAC层进行聚合与分离:载波聚合
载波聚合就采用了此方法。
在LTE 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。
(2)在PDCP层进行聚合与分离:双连接
双连接:DC, Dual-Connectivity,就采用了此方法。
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极高的问题,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。
本文重点阐述双连接的情形。
(3)在TCP层进行聚合与分离
这需要在应用服务器上实现,支持TCP数据可以通过不同的IP数据流进行传输,WiFi与蜂窝网的聚合就采用的这样方法。
(1)增加带宽,提升速率
(2)增加覆盖,通过增加低频连接,增加覆盖,避免因高频小区的距离短导致在不同小区之间的频繁切换。
之所示称为双连接,是指终端与两个基站同时建立各自的RRC连接,即同时建立2个RRC连接。
但只在主基站上,建立与核心网的控制信令承载;可以在两个基站上各自建立与核心网的数据承载。
重点提示:
这里的分类方法中提到的控制面板与数据面,是指终端到核心网数据承载,而不是终端到基站的无线控制信道和无线业务信道!!!
(1)2C+2U的全连接
在这种模式下,终端与核心网之前,在不同的基站,建立各自完整的信令面与数据面的承载。
应用:
优点:
缺点
(2)2C+U
应用:
优点:
缺点
(3)1C+2U的
应用:
优点:
(1)信令承载方式
(2)数据承载方式
(1)两个核心网
(2)两个基站
(3)每个基站为终端与核心网之间建立的两个连接(或称为承载),最大4个连接。
(4)每个基站与终端的两个RRC连接,最大4个连接。
(5)基站之间的互联互通的两个连接,最大2个连接。
(6)基站对数据汇集与分离的层面
也就是说,要说清双连接 ,需要说清上述6个方面的问题。
(7)三类PDCP数据流走向
无论是双连接,还是载波聚合,之所以终端与基站之间只需要一个UE专有的信令连接。
无论是4G还是5G, 蜂窝通信的所有无线资源(公共控制信道、专有控制信道、专有的数据信道)都是基站采用集中的方式进行统一分配的,并非由核心网分配。
相邻基站之间,只要MeNB与SeNB基站之间,协商好UE的无线资源的分配方案就可以了,可以不需要终端与基站之间进行无线资源的协商。
在MeNB基站与SeNB基站之间协商好之后,就可以通过MeNB控制信道通知UE。而MeNB与SeNB的协商,是通过X2接口进行的。
这就是为啥,终端与SeNB之间,可以不需要终端专有的控制信道,SeNB也能够帮助终端进行无线数据承载的根本原因。
再说SeNB还提供公共控制信道,SeNB可以通过公共控制信道向终端提供SeNB小区的公共信息。
(1)终端与核心网之间的UE专有信令连接:只需要在MeNB基站上建立即可。
(2)终端与基站的之间的RRC信令连接:各自独立,不共享
(3)终端与基站的之间的物理层控制信道:各自独立,不共享
LTE 在 R12 引入了双连接的概念,即用户可在无线资源控制(RRC,RadioResource Control)连接状态下同时利用两个基站独立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,并具有提高切换成功率、负载均衡等能力。
通过双连接技术,LTE宏站和小站可以利用现有的非理想回传(non-ideal backhaul)X2接口来实现数据汇集与分离,从而为用户提供更高的速率,以及利用宏/微组网提高频谱效率和负载平衡。
支持双连接的终端可以同时连接两个LTE基站,增加单用户的吞吐量。
MeNB:提供终端与核心网的信令承载,同时提供终端与核心网的数据承载的的基站,称为主eNodeB,主基站,
SeNB:不提供终端与核心网的信令承载,只提供终端与核心网的数据承载的的基站,称为次eNodeB,从基站等。
MeNB与SeNB之间的交互通过X2接口
双连接DC:发生在PDCP层
载波聚合CA:发生在MAC层
PCell(Primary Cell):主小区,同时提供终端与核心网信令连接、数据连接;同时提供L3 RRC连接, 也提供物理层控制和数据信道的小区。
SCell (Seconardary Cell):辅助小区,不提供终端与核心网信令连接、数据连接,也不提供L3 RRC连接,只提供物理层控制和数据信道的小区。
CG(Cell Group):小区组,在单一基站上,组成载波聚合CA的一个主小区和多个辅小区,形成一个小区组。
(1)MeNB:提供终端与核心网的信令承载,同时提供终端与核心网的数据承载的的基站,称为主eNodeB,主基站,
(2)SeNB:不提供终端与核心网的信令承载,只提供终端与核心网的数据承载的的基站,称为次eNodeB,从基站等。
(3)MeNB与SeNB之间的交互通过X2接口
(4)小区组MCG:驻留在MeNB基站上的小区组称为MCG
(5)小区组SCG:驻留在SeNB基站上的小区组称为SCG
MCG与SCG共同组成跨越两个基站的双连接。
基于 LTE 双连接,3GPP 提出了 LTE-NR 双连接技术,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 双连接技术的非独立组网模式可使 5G核心网和5G接入网分开、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独立组网阶段时,5G拥有自己的5G核心网,LTE-NR 双连接技术也会对扩展 5G 网络的覆盖、提升网络性能仍具有重要意义。
MR-DC: Multi-Radio DC, 4G+5G双连接的简称。
(1)双连接的核心网是4G
(2)双连接的核心网是5G
在选项3系列中,终端同时连接到5G NR和4G LTE,能同时提供4G LTE广覆盖的无线接入和5G NR高速的无线接入。
这种组网方式下,由于并没有5G的核心网,严格意义上讲,不完全是5G网络,只是提供了5G的无线接入,只能满足5G eMBB增强移动宽带场景的需要,无法满足5G的其他两个场景的需要:URLLC 超可靠低时延通信和mMTC 海量机器类通信。因此,只能算4.5G的网络。
在控制面上,选项3系列完全依赖现有的4G系统。
在用户面的锚定点上,有3、3a和3x三个不同的子选项。
选项3的特点如下:
● 5G基站的控制面和用户面均锚定于4G基站,也就是说4G基站是双连接的主节点。
● 5G基站不直接与4G核心网通信,它通过4G基站连接到4G核心网。
● 4G和5G数据流量在4G基站处分流后再传送到手机终端。
● 4G基站和5G基站之间的Xn接口需同时支持控制面和5G数据面流量,以及支持流量控制,并要求满足时延需求。
显然,选项3架构最大的问题是----4G基站压力很大。
由于4G和5G数据流量分流(或聚合)于4G基站,这意味着4G基站要同时处理4G+5G流量,5G的峰值速率是4G的几十倍,且原来的4G基站并非为5G高速率而设计,因此,4G基站必然会遭遇处理能力瓶颈问题。解决办法就是对4G基站进行硬件升级。
但升级4G基站是要花钱的,一定有运营商不愿意,因此,3GPP就又推出了两种选项——选项3a和3x。
选项3a和选项3的差别在于,5G的基站,直接与4G核心网的SGW建立连接 。
选项3a虽然减轻了4G基站的负担,也不用花很多钱对4G基站进行硬件升级,但存在新的缺点。
(1)网络架构
选项3x可以看成是选项3和选项3a的合体。
在选项3x下,
选项3x架构面向未来,它即解决了选项3架构下4G基站的性能瓶颈问题,无需对原有的4G基站进行硬件升级,也解决了选项3a架构下4G和5G基站各自为阵的问题。
对于一些低速数据流,比如VoLTE,还可以从4G核心网直接传送到4G基站。
目前为止,大多数运营商选择了选项3x。
(2)协议栈
(1)两个核心网
(2)两个基站
(3)每个基站为终端与核心网之间建立的两个连接(或称为承载),最大4个连接。
(4)每个基站与终端的两个连接,最大4个连接。
(5)基站之间的互联互通的两个连接,最大2个连接。
(6)基站对数据汇集与分离的层面
(7)三类PDCP数据流走向
选项7系列包括7、7a和7x三个子选项。
类似于选项3,可以把它看成是选项3系列的升级版,只是选项3系列连接4G核心网,而选项7系列则连接5G核心网,NR和LTE均迁移到新的5G核心网。
在空口一侧与选项3完全一致,可以看成是NSA向SA部署的过渡。
(1)网络架构
(2)协议栈
与选项3X一致,手机的锚点在4G基站,即使用4G建立控制面。
唯一的区别在于:
选项4系列包括4和4a两个子选项。
选项4系列要求一个全覆盖的5G网络,因而采用小于1GHz频段来部署5G的运营商比较青睐这种部署方式。
在这个选项中,4G的主要任务是进行网络覆盖。
在选项4系列下,4G基站和5G基站共用5G核心网,5G基站为主站,4G基站为从站。
(1)网络架构
选择4a与选择4的区别是4G LTE的基站可以直接与5G的核心网UPF直接建立数据连接。
5G核心网下的4a的网络架构,对应这LTE核心网下的选项3X。
(2)协议栈
与选项3X一致,主要的区别在于: