關鍵技術 五：LTE-A DC 雙連接配接 | 帶你讀《5G UDN（超密集網絡）技術詳解》之十四

第 2 章 LTE 微蜂窩和小小區技術

2.3.5　LTE-A 小小區開關

2.3.6　LTE-A DC 雙連接配接

雖然前述的載波聚合技術，能提供高效的無線頻譜資源之間的聚合，但在 LTE 網絡側，由于載波聚合技術架構要求多個分量載波之間，必須由同一個 MAC 實體進行統一的排程和資源管理，這就要求多個分量載波被同一基站所配 置管理，或者雖然跨不同的基站，但它們之間能用理想低延遲時間的回程鍊路（Ideal Backhual）相連，是以即使是兩個獨立 MAC 實體，它們之間也可進行實時的 無線資源協同操作。前面的 CoMP 技術中，已闡述了 CoMP 的應用條件要求， 對節點部署成本要求相對較高，是以跨站 CoMP 實際應用并不多。在現實的異 構網絡部署中，宏基站之間或者宏基站和微基站之間，可能來自不同的網絡設 備供應商（異廠家），或者它們之間通過更低成本的非理想回程鍊路（Non-Ideal Backhual）承載連接配接，這就使得載波聚合技術的應用受到很大限制，甚至載波 聚合根本不能正常工作。

為了能夠實作非理想回程鍊路相連接配接的基站之間的載波聚合（适用的 場景更廣泛），以提高系統容量、使用者平均吞吐率和峰值速率以及在異構微 蜂窩環境中的移動性能，LTE-A Rel-12 引入了雙連接配接技術（DC，Dual Connectivity），它使得終端和兩個異頻配置且有獨立 MAC 排程的基站，同時 分别建立無線鍊路（主 RL 和輔 RL），終端同時使用它們的無線資源進行上下 行資料傳輸。

LTE-A DC 工作模式下，終端的控制面信令無線承載（SRB，Signaling Radio Bearer）建立在主服務小區集合内（通常為宏小區），而使用者面資料無線 承載可建立在任一主或輔服務小區集合内。通過 LTE-A DC 技術，不僅 LTE 網絡下的無線資源能獲得更多的聚合而被利用，終端的平均吞吐率也能像載波 聚合那樣獲得提升，當終端在不同的輔小小區之間移動切換時，由于終端可以 始終保持與主節點 MeNB 的主無線鍊路，是以可保證主服務小區集合（MCG， Master Cell Group，可包含一個 Pcell 和若幹個 Scell）側的 SRB 及 DRB 上 資料傳輸不被中斷，進而使使用者通信體驗得到改善，同時輔服務小區集合側 （SCG，Secondary Cell Group，可包含一個 PScell 和若幹個 Scell）硬切換的 健壯性也增強。此外，MME 通過主 S1-C 連接配接錨定在主節點（MeNB）上，可 有效減少輔節點（SeNB）側的小小區切換改變而帶來的與核心網的信令互動，進而減少核心網側的信令負荷。LTE-A DC 也可與各個基站内的 CA/CoMP 等 技術聯合在一起應用，因為它們涉及不同的協定層操作。LTE-A 暫時不支援 終端和兩個同頻配置的基站之間進行雙連接配接操作，因為同頻工作的主輔服務小 區間的無線幹擾，極大地降低了系統性能的增益（注：5G NR 可以支援終端和 兩個同頻配置的 gNB 基站之間進行 NR 雙連接配接操作，因為通過波束賦形等增強 手段，同頻工作的主輔服務小區間的無線幹擾能被抑制）。

LTE-A DC 技術中，網絡側控制面和使用者面的架構如圖 2-11 所示。

LTE-A DC 操作下的兩個 eNB 分别為主節點 MeNB（Master eNB）和輔 節點 SeNB（Secondary eNB），它們通過普通的 X2 邏輯接口相連接配接，X2 接 口可由回程鍊路或者非回程鍊路回程傳輸承載。在 LTE-A DC 中，UE 通過 MeNB 與核心網控制面節點 MME 隻有唯一一個 S1-MME（S1-C）連接配接，終 端通過 MeNB 與核心網使用者面節點 SGW 可以有多個 S1-U 連接配接，另外終端還 能同時通過 SeNB 和 SGW 有多個 S1-U 連接配接（1A 使用者面分流架構）。MeNB 還可将 DRB 進行 MCG Split 承載分流操作，通過 X2-U 接口分流一部分 PDCP PDU 到 SeNB 側，讓 SeNB 輔助傳輸被分流的 PDCP PDU（3C 使用者面 分流架構）。注：LTE-A DC 不支援 SCG Split 承載分流操作，即 SeNB 不能 通過 X2-U 接口分流一部分 PDCP PDU 到 MeNB 側，讓 MeNB 輔助傳輸被分 流的 PDCP PDU（3X 使用者面分流架構）。

LTE-A DC 技術中，空口側下行和上行的控制面 / 使用者面架構分别如圖 2-12 和圖 2-13 所示。

在空口控制面 RRM 測量方面，終端在 MeNB/MCG 和 SeNB/SCG 兩側對 應的無線 RRM 測量，全由 MeNB 負責配置和管理，RRM 測量結果隻在 SeNB Addtion/Modification 等流程中傳遞給 SeNB，輔助 SeNB 生成 SCG 具體的配置。在空口 Measurement Gap 配置使用方面，LTE-A DC 采用 Single Measurement Gap，即隻配置給終端一套公共的 Measurement Gap，在 Measurement Gap 對應的時隙内，MeNB 和 SeNB 兩側和終端之間都不能進 行資料排程和傳輸。

在終端能力協調方面，由于 MeNB 和 SeNB 在無線資源排程和終端基 帶射頻能力使用消耗方面是獨立進行的，是以與無線資源排程動态緊密相 關 的 終 端 能 力（ 如，Maximum number of DL-SCH transport block bits received within a TTI，Maximum number of UL-SCH transport block bits transmitted within a TTI）需在 MeNB 和 SeNB 之間提前進行預分割劃 分。MeNB 負責硬分割劃分這些終端基帶能力，并将能力分割後的結果（SeNB 可使用的部分終端基帶能力）發送給 SeNB 使用。MeNB 在終端能力硬分割劃 分時，允許配置設定給 SeNB 的部分能力 +MeNB 自己使用的部分能力之和，稍微 超過終端的實際總能力。為了提高 UE 能力資源的使用率，可以假設：MeNB和 SeNB 會以極低機率同時使用消耗自身側的最大終端能力部分，否則，一旦 沖突發生，會導緻在該時刻兩側的資料傳輸都失敗。

在空口資料傳輸安全控制方面，如圖 2-14 所示，對于 LTE-A DC 中配 置的 SCG 承載，SeNB 側使用的根密鑰為 S-KeNB，用于繼續推導 SCG 承載 的加密密鑰 Kup，S-KeNB 是由 MeNB 自己維護的根密鑰 KeNB 及小小區計 數器（SCC，Small Cell Counter）聯合推導産生，并在生成 S-KeNB 後，在 SeNB Addtion/Modification 流程時發送給 SeNB 使用。每當 MeNB 不變但 SeNB 要變，SCC 都要随之更新和遞加 1。SCC 由 MeNB 在空口直接發送給 UE，UE 本地推導産生 SCG 側根密鑰 S-KeNB，和 SeNB 内的 S-KeNB 相匹 配。MeNB 切換變化而導緻的根密鑰 KeNB 改變，或者 SCC 達到最大值翻轉， 或者任何 SCG 承載對應的 PDCP SN 值達到最大值翻轉，均可觸發 S-KeNB 的更新過程，終端均要觸發 SCG Change 流程重新開機 SCG 使用者面。

從上述 LTE-A DC 在 RRM 相關配置、UE 能力協同、安全 S-KeNB 的産 生過程等方面可以看出，SeNB 側操作很大程度上受到 MeNB 的限制和控制， SeNB 除了在 MAC 排程 PHY 傳輸上擁有靈活自主權之外，其他 RRC 高層控 制方面基本都受到 MeNB 的強控制，筆者稱這種為單 RRC 模型，此時 SeNB 不具備獨立的 RRC 決策和配置能力（注：在後面 5G MR-DC 技術中，還有雙 RRC 模型，此時 SeNB SN 具備一定獨立的 RRC 決策和配置能力，這就能削 弱主輔節點之間的耦合綁定關系）。

總的來說，LTE-A DC 是一種具有裡程碑意義的關鍵小小區技術，它使終 端從過去的單無線鍊路工作方式，拓展到了雙無線鍊路工作方式，并且未來可 能進一步拓展到更多無線鍊路的工作方式。多鍊路意味着更多的無線資源被聚 合利用和更強的無線鍊路健壯性。LTE-A DC 的網絡側和空口側技術架構和主 要的工作方式，也為未來 5G NR 系統相關的多連接配接技術，如 MR-DC 奠定了 母胎雛形，後面讀者将會看到：它不僅适用于同 RAT 系統内的雙 / 多連接配接，還 可适用于多 RAT 系統之間的雙 / 多連接配接操作。

在傳統的單無線鍊路工作方式下，蜂窩網絡的部署都隻能以小區為中心， 處于服務小區不同實體位置的 UE，通常獲得不同的無線覆寫和容量供給性能。 随着 UE 的移動，這種變化常常又會影響到使用者的通信業務體驗，如資料傳輸 速率高低變化、無線鍊路健壯性變差、資料傳輸中斷等。5G UDN 部署為雙 / 多無線鍊路協作創造了客觀條件，蜂窩網絡的部署可以逼近以使用者為中心的終 極目标，即無論移動的 UE 處于網絡中服務小區間的何種位置，都可獲得多條 無線鍊路聯合的無線覆寫和容量供給。由于多條無線鍊路之間的性能均衡補充 作用，使用者的通信業務體驗相對更容易保持前後一緻，如資料傳輸速率保持穩 定、鍊路健壯性一直很好、無任何資料傳輸中斷等。

在未來 5G UDN 部署場景下，UE 在異構微蜂窩環境下的雙 / 多無線鍊路 協作能力，将會成為一種重要的能力标配，它不僅可以大大提高異構網絡的系 統容量和無線資源使用率，還能大大提升使用者對各種高性能通信業務的體驗期望，如超高的使用者峰值速率、超高穩定的平均資料吞吐率、極低的資料傳輸時 延和超可靠的無線鍊路健壯性等。有一些 5G 高性能要求蜂窩業務，如高清幻 真視訊、移動虛拟現實、大資料同步、無人駕駛控制等，甚至隻能在 5G UDN 部署下依賴多連接配接技術，才能順利地開展應用，是以 5G 異構微蜂窩網絡下的 CoMP 技術和雙 / 多連接配接技術，也必将得到進一步的發展提升。

2.3.7　LTE-A LAA 及 LWA 聯合互操作