◆任紅云

5G雙連接技術(shù)應(yīng)用分析

◆任紅云

（蘭州鐵路技師學(xué)院 甘肅 730050）

在5G網(wǎng)絡(luò)部署過(guò)程中，5G單元可以用作獨(dú)立的宏覆蓋網(wǎng)絡(luò)，也可以用作覆蓋和增加現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)帶寬的小站。無(wú)論采用何種網(wǎng)絡(luò)模式，均可利用雙連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)LTE與5G系統(tǒng)之間的連接應(yīng)用，進(jìn)而提升網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)無(wú)線電利用率，從而減少系統(tǒng)傳輸延遲，最后提高用戶和系統(tǒng)性能。

5G；雙連接技術(shù)；應(yīng)用分析

5G和LTE之間的雙連接具有額外的優(yōu)勢(shì)。這是通過(guò)實(shí)施有效的區(qū)域協(xié)調(diào)以及在不同標(biāo)準(zhǔn)、不同頻率范圍、不同站和不同業(yè)務(wù)需求之間靈活高效地分配資源。本文探討了5G LTE鏈路重復(fù)應(yīng)用的必要性，忽視了5G雙連接體系結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，并闡述了5G雙連接體系結(jié)構(gòu)的選擇，為5G雙連接技術(shù)的未來(lái)應(yīng)用提供了參考。

1 LTE/5G雙連接技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 LTE/5G雙連接部署場(chǎng)景

3gppremise-14定義了同質(zhì)網(wǎng)絡(luò)和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)典型LTE和5GNR部署方案。LTE和5G NR基站均為kol定位站點(diǎn)，提供相同的重疊覆蓋范圍。在這種情況下，LTE和5G NR是所有的宏觀臺(tái)站或所有的小臺(tái)站。在這種情況下，宏觀臺(tái)站和小型臺(tái)站同時(shí)分布。LTE可以提供宏覆蓋范圍，5G NR充當(dāng)提高覆蓋范圍和熱點(diǎn)容量的小站。LTE“宏站”和小型5G站可以共同定位，也可以不共同定位。對(duì)于聯(lián)合定位的小型站，通常是用長(zhǎng)光纖制造的，目的是在性能較差的情況下去除RH。

1.2 LTE/5G雙連接協(xié)議架構(gòu)

5G網(wǎng)的建設(shè)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程。初始階段，基于現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)和5G無(wú)線電系統(tǒng)的5G熱點(diǎn)可以連接到現(xiàn)有LTE核心網(wǎng)絡(luò)，從而快速部署和驗(yàn)證5G系統(tǒng)方案。完成5G核心網(wǎng)絡(luò)后，5G系統(tǒng)可以構(gòu)建獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。在這種情況下，LTE系統(tǒng)雖然可以提供高速數(shù)據(jù)服務(wù)和更高的服務(wù)質(zhì)量，但在覆蓋面不足的一些地方，LTE系統(tǒng)仍然可以提供更好的覆蓋面。

考慮到這些不同的5G部署方案，3gppremise-14定義了不同的LTE/5G雙連接型號(hào)：3/3a/3x、4/4a和7/7a/7x。在LTE/5G 3/3a/3x雙連接模式下，LTE和5G基站連接到LTE核心網(wǎng)絡(luò)，用戶在不同的雙連接模式下具有不同的用戶協(xié)議體系結(jié)構(gòu)。

MeNB或SeNB使用，也可以同時(shí)來(lái)自MeNB和SeNB。MCG載體（MCG是MeNB控制的一組服務(wù)細(xì)胞）、scG載體（SCG是SeNB控制的一組服務(wù)），以及單獨(dú)的梁和單獨(dú)的分離式承載。

2 5G雙連接技術(shù)應(yīng)用影響分析

5G網(wǎng)罩是4G網(wǎng)罩的子集。在此基礎(chǔ)上，網(wǎng)絡(luò)中可能存在長(zhǎng)時(shí)間的雙連接。由于傳統(tǒng)的2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有采用雙連接技術(shù)，因此在5G網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用雙連接技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、優(yōu)化、運(yùn)行和維護(hù)產(chǎn)生了全面影響。

2.1 雙連接對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃部署的影響

與傳統(tǒng)或5GSA網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)相比，采用雙連接提高了訪問(wèn)級(jí)別。例如，Option3/3a/3x在用戶局域網(wǎng)和控制局域網(wǎng)中都存在LTE連接和5G連接。因此，我們可以從EPC和UTRAN兩個(gè)方面解決雙聯(lián)應(yīng)用對(duì)規(guī)劃和部署的影響。

EPC包括對(duì)EPC評(píng)估、更新、規(guī)劃和擴(kuò)展。由于EPC版本更新的影響，現(xiàn)有的4個(gè)GEP需要更新，以確保數(shù)據(jù)敏感性和報(bào)告功能，升級(jí)后支持NR的主要網(wǎng)絡(luò)是EPC。

關(guān)于EPC處理能力的評(píng)估和擴(kuò)展，鑒于EPS處理能力屬于高帶寬5G，考慮當(dāng)前EPC處理能力是否能夠滿足引入NI后的需求，以及當(dāng)前EPS是否不足，有必要規(guī)劃和擴(kuò)展EPS。最后，關(guān)于KN接口的評(píng)估和擴(kuò)展，例如在S1-U接口引入NR后，如果5G終端的滲透率很高，則S1-U上的流量增加，以判斷S1-You的當(dāng)前帶寬是否可以滿足，如果S1-U的當(dāng)前帶寬不足，應(yīng)規(guī)劃S1-U的新帶寬，以及S1-U傳輸相關(guān)的S1-U帶寬的擴(kuò)展。

對(duì)于S1-Mrs接口，引入NR后，如果5G終端的滲透率較高，S1-ms的流量將會(huì)增加，因此需要評(píng)估S1-ms的當(dāng)前帶寬是否能夠滿足要求。如果S1-ms當(dāng)前帶寬不足，則需要規(guī)劃新的S1-U帶寬并擴(kuò)展S1-ms帶寬，這將導(dǎo)致S1-ms傳輸設(shè)備的擴(kuò)展。

UTRA包括對(duì)UTRA的評(píng)估、現(xiàn)代化、規(guī)劃和擴(kuò)展的影響。一是eNodeB的更新，必須更新，才能與NR相關(guān)的用戶級(jí)和控制級(jí)數(shù)據(jù)和信號(hào)處理兼容。二是，需要評(píng)估和擴(kuò)展eNodeB的處理能力。由于5G的實(shí)際速度很高，因此有必要驗(yàn)證eNodeB的當(dāng)前處理能力是否能夠滿足NR引入后的要求。如果eNodeB的當(dāng)前處理能力不足，則需要擴(kuò)展eNodeB硬件。最后是RAN接口的評(píng)估和擴(kuò)展。對(duì)于X2-C計(jì)劃，在雙連接方案中，信號(hào)控制級(jí)別由NR通過(guò)接口X2-C從gNB傳輸?shù)絜NodeB，然后通過(guò)S1-Mrs發(fā)送到EPC。因此，NR的引入需要對(duì)X2-C進(jìn)行新的規(guī)劃，以確保帶寬和其他QoS能夠滿足NR信號(hào)的傳輸要求。對(duì)于X2-U規(guī)劃，用戶數(shù)據(jù)必須借用eNodeB的Option3方案需要添加x2-U規(guī)劃，以確保帶寬和其他QoS能夠滿足NR數(shù)據(jù)傳輸要求。

2.2 雙連接對(duì)網(wǎng)絡(luò)承載的影響

從傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)媒體類型來(lái)看，采用5G雙連接技術(shù)使得媒體非常復(fù)雜。與傳統(tǒng)的2G/3G/4G和5GSA網(wǎng)絡(luò)相比，UE需要同時(shí)連接LTE和NR，相應(yīng)的5G介質(zhì)類型大幅增加。傳統(tǒng)的2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)的介質(zhì)類型可以被視為毫微微節(jié)點(diǎn)，介質(zhì)類型的增加極大地影響了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建模、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化以及操作和維護(hù)。

與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)相比，雙連接帶來(lái)的介質(zhì)類型的增加會(huì)使容量建模變得更加復(fù)雜，而隨著5G服務(wù)類型的增加，復(fù)雜性也會(huì)增加。在傳統(tǒng)的2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題中，由于只有一種媒體，問(wèn)題的主體是清楚的。

2.3 雙連接對(duì)容量的影響

雙連接技術(shù)適用于4G基站、覆蓋范圍不同的5G 3.5 GHz基站和28 GHz基站，也可應(yīng)用于4G和5G基站之間的情景。隨著雙連接的引入，從傳統(tǒng)LTE網(wǎng)絡(luò)的角度介紹了NR的容量增加的MR-DC。在這里，LTE-Advanced（LTE-A）和5G網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)測(cè)試和審查，以評(píng)估4G和5G之間的雙連接帶來(lái)的容量增長(zhǎng)。首先，在LTE-A-Carrier （ca）聚合單元上進(jìn)行雙連接測(cè)試，終端同時(shí)從兩個(gè)不同的eNodeB接收多個(gè)信號(hào)，速度約為當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)LTE的三倍。

其次，在outfield 5G中測(cè)試了雙連接技術(shù)，終端同時(shí)連接到基站3.5 GHz和基站28 GHz。根據(jù)3GPP的定義，NR容量是lte的20倍。根據(jù)雙連接驗(yàn)證測(cè)試結(jié)果，可以預(yù)計(jì)NR的引入將導(dǎo)致容量大幅增加。從傳統(tǒng)LTE網(wǎng)絡(luò)的角度來(lái)看，引進(jìn)雙連接后，為了適應(yīng)雙連接，無(wú)線電資源的管理增加了許多新的管理方案，如雙連接與非雙連接之間的eu上下文切換、不同站之間的MN切換、不同站之間的SN切換。由于大部分增加的過(guò)程都是由于雙連接造成的，因此傳統(tǒng)的2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)中沒(méi)有類似的過(guò)程，給網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。

2.4 5G建網(wǎng)初期雙連接架構(gòu)建議

根據(jù)4G網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)實(shí)情況，如果運(yùn)營(yíng)商選擇5G NA網(wǎng)絡(luò)快速分銷和銷售5G，EPC將在初始階段連接5G NR，可供選擇的選項(xiàng)為3/3a/3x。在這三種體系結(jié)構(gòu)中，Option3/3a/3x、Option3由于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)BBU有限、投資高和反向投資，因此很難為一般操作人員接受。因此，相對(duì)來(lái)說(shuō)，Option3x體系結(jié)構(gòu)是傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期從LTE逐步發(fā)展到NR的最佳選擇。

3 應(yīng)用分析

3.1 LTE-5GNR應(yīng)用場(chǎng)景

LTE-5GNR技術(shù)的應(yīng)用主要是對(duì)同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行連接。同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)主要是將固定區(qū)域基站內(nèi)重復(fù)數(shù)據(jù)進(jìn)行連接。后者主要是指在 LTE-5G NR 雙連接不同速率的狀態(tài)下，實(shí)行基站內(nèi)連接處理結(jié)構(gòu)的覆蓋范圍調(diào)整。即：關(guān)于 LTE-5G NR 雙連接空間中的部署場(chǎng)景調(diào)節(jié)，均是按照雙趨向連接法進(jìn)行互動(dòng)性連接，它是網(wǎng)絡(luò)無(wú)線資源利用調(diào)節(jié)的主要形式，起到了降低 LTE-5G NR 雙連接延時(shí)時(shí)長(zhǎng)，提高LTE-5GNR的性能的作用

3.2 LTE-5GNR雙連接對(duì)覆蓋的影響分析

引入LTE-5GNR雙連接后，在規(guī)劃階段分析LTE-5GNR網(wǎng)絡(luò)覆蓋面非常重要。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，頻段以高頻波段為主，高頻電磁波在傳播過(guò)程中損失較低，低頻電磁波路徑損失較大。

覆蓋“區(qū)計(jì)算”確定一個(gè)LTE站的覆蓋面積約為3.8 平方公里，一個(gè)NR站的覆蓋面積約為1.3 平方公里，同一位置的NR站的吞吐量遠(yuǎn)小于LTE站。如果LTE-5GNR在網(wǎng)格建設(shè)初期假設(shè)1： 1的比率，那么5G站將只獲得4G站的吞吐量。為了達(dá)到同樣的吞吐量，4G站、5G“宏站”和小型“覆蓋站”必須大規(guī)模添加。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在未來(lái)的5G網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)論網(wǎng)絡(luò)模式如何，5G和LTE系統(tǒng)之間的雙連接技術(shù)都可用于各種應(yīng)用方案，以減少延遲并提高吞吐量和可靠性。本文通過(guò)研究5G和LTE之間的雙連接技術(shù)特點(diǎn)，分析了5G和LTE之間的雙連接技術(shù)對(duì)未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)的影響，并為今后5G網(wǎng)絡(luò)中采用雙連接技術(shù)提供了參考。

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