5G双连接技术应用分析

2021-03-06任红云

网络安全技术与应用 2021年3期

◆任红云

5G双连接技术应用分析

◆任红云

（兰州铁路技师学院甘肃 730050）

在5G网络部署过程中，5G单元可以用作独立的宏覆盖网络，也可以用作覆盖和增加现有LTE网络带宽的小站。无论采用何种网络模式，均可利用双连接技术实现LTE与5G系统之间的连接应用，进而提升网络系统无线电利用率，从而减少系统传输延迟，最后提高用户和系统性能。

5G；双连接技术；应用分析

5G和LTE之间的双连接具有额外的优势。这是通过实施有效的区域协调以及在不同标准、不同频率范围、不同站和不同业务需求之间灵活高效地分配资源。本文探讨了5G LTE链路重复应用的必要性，忽视了5G双连接体系结构的特点，并阐述了5G双连接体系结构的选择，为5G双连接技术的未来应用提供了参考。

1 LTE/5G双连接技术简介

1.1 LTE/5G双连接部署场景

3gppremise-14定义了同质网络和异构网络的两个典型LTE和5GNR部署方案。LTE和5G NR基站均为kol定位站点，提供相同的重叠覆盖范围。在这种情况下，LTE和5G NR是所有的宏观台站或所有的小台站。在这种情况下，宏观台站和小型台站同时分布。LTE可以提供宏覆盖范围，5G NR充当提高覆盖范围和热点容量的小站。LTE“宏站”和小型5G站可以共同定位，也可以不共同定位。对于联合定位的小型站，通常是用长光纤制造的，目的是在性能较差的情况下去除RH。

1.2 LTE/5G双连接协议架构

5G网的建设是一个循序渐进的过程。初始阶段，基于现有LTE网络和5G无线电系统的5G热点可以连接到现有LTE核心网络，从而快速部署和验证5G系统方案。完成5G核心网络后，5G系统可以构建独立的网络。在这种情况下，LTE系统虽然可以提供高速数据服务和更高的服务质量，但在覆盖面不足的一些地方，LTE系统仍然可以提供更好的覆盖面。

考虑到这些不同的5G部署方案，3gppremise-14定义了不同的LTE/5G双连接型号：3/3a/3x、4/4a和7/7a/7x。在LTE/5G 3/3a/3x双连接模式下，LTE和5G基站连接到LTE核心网络，用户在不同的双连接模式下具有不同的用户协议体系结构。

MeNB或SeNB使用，也可以同时来自MeNB和SeNB。MCG载体（MCG是MeNB控制的一组服务细胞）、scG载体（SCG是SeNB控制的一组服务），以及单独的梁和单独的分离式承载。

2 5G双连接技术应用影响分析

5G网罩是4G网罩的子集。在此基础上，网络中可能存在长时间的双连接。由于传统的2G/3G/4G网络中没有采用双连接技术，因此在5G网络中应用双连接技术对网络规划、优化、运行和维护产生了全面影响。

2.1 双连接对网络规划部署的影响

与传统或5GSA网络体系结构相比，采用双连接提高了访问级别。例如，Option3/3a/3x在用户局域网和控制局域网中都存在LTE连接和5G连接。因此，我们可以从EPC和UTRAN两个方面解决双联应用对规划和部署的影响。

EPC包括对EPC评估、更新、规划和扩展。由于EPC版本更新的影响，现有的4个GEP需要更新，以确保数据敏感性和报告功能，升级后支持NR的主要网络是EPC。

关于EPC处理能力的评估和扩展，鉴于EPS处理能力属于高带宽5G，考虑当前EPC处理能力是否能够满足引入NI后的需求，以及当前EPS是否不足，有必要规划和扩展EPS。最后，关于KN接口的评估和扩展，例如在S1-U接口引入NR后，如果5G终端的渗透率很高，则S1-U上的流量增加，以判断S1-You的当前带宽是否可以满足，如果S1-U的当前带宽不足，应规划S1-U的新带宽，以及S1-U传输相关的S1-U带宽的扩展。

对于S1-Mrs接口，引入NR后，如果5G终端的渗透率较高，S1-ms的流量将会增加，因此需要评估S1-ms的当前带宽是否能够满足要求。如果S1-ms当前带宽不足，则需要规划新的S1-U带宽并扩展S1-ms带宽，这将导致S1-ms传输设备的扩展。

UTRA包括对UTRA的评估、现代化、规划和扩展的影响。一是eNodeB的更新，必须更新，才能与NR相关的用户级和控制级数据和信号处理兼容。二是，需要评估和扩展eNodeB的处理能力。由于5G的实际速度很高，因此有必要验证eNodeB的当前处理能力是否能够满足NR引入后的要求。如果eNodeB的当前处理能力不足，则需要扩展eNodeB硬件。最后是RAN接口的评估和扩展。对于X2-C计划，在双连接方案中，信号控制级别由NR通过接口X2-C从gNB传输到eNodeB，然后通过S1-Mrs发送到EPC。因此，NR的引入需要对X2-C进行新的规划，以确保带宽和其他QoS能够满足NR信号的传输要求。对于X2-U规划，用户数据必须借用eNodeB的Option3方案需要添加x2-U规划，以确保带宽和其他QoS能够满足NR数据传输要求。

2.2 双连接对网络承载的影响

从传统网络媒体类型来看，采用5G双连接技术使得媒体非常复杂。与传统的2G/3G/4G和5GSA网络相比，UE需要同时连接LTE和NR，相应的5G介质类型大幅增加。传统的2G/3G/4G网络的介质类型可以被视为毫微微节点，介质类型的增加极大地影响了网络规划建模、网络优化以及操作和维护。

与传统的网络体系结构相比，双连接带来的介质类型的增加会使容量建模变得更加复杂，而随着5G服务类型的增加，复杂性也会增加。在传统的2G/3G/4G网络问题中，由于只有一种媒体，问题的主体是清楚的。

2.3 双连接对容量的影响

双连接技术适用于4G基站、覆盖范围不同的5G 3.5 GHz基站和28 GHz基站，也可应用于4G和5G基站之间的情景。随着双连接的引入，从传统LTE网络的角度介绍了NR的容量增加的MR-DC。在这里，LTE-Advanced（LTE-A）和5G网络经过测试和审查，以评估4G和5G之间的双连接带来的容量增长。首先，在LTE-A-Carrier （ca）聚合单元上进行双连接测试，终端同时从两个不同的eNodeB接收多个信号，速度约为当前标准LTE的三倍。

其次，在outfield 5G中测试了双连接技术，终端同时连接到基站3.5 GHz和基站28 GHz。根据3GPP的定义，NR容量是lte的20倍。根据双连接验证测试结果，可以预计NR的引入将导致容量大幅增加。从传统LTE网络的角度来看，引进双连接后，为了适应双连接，无线电资源的管理增加了许多新的管理方案，如双连接与非双连接之间的eu上下文切换、不同站之间的MN切换、不同站之间的SN切换。由于大部分增加的过程都是由于双连接造成的，因此传统的2G/3G/4G网络中没有类似的过程，给网络优化带来了新的挑战。

2.4 5G建网初期双连接架构建议

根据4G网络的现实情况，如果运营商选择5G NA网络快速分销和销售5G，EPC将在初始阶段连接5G NR，可供选择的选项为3/3a/3x。在这三种体系结构中，Option3/3a/3x、Option3由于现有网络BBU有限、投资高和反向投资，因此很难为一般操作人员接受。因此，相对来说，Option3x体系结构是传统运营商在网络建设初期从LTE逐步发展到NR的最佳选择。

3 应用分析

3.1 LTE-5GNR应用场景

LTE-5GNR技术的应用主要是对同构网络结构以及异构网络数据进行连接。同构网络主要是将固定区域基站内重复数据进行连接。后者主要是指在 LTE-5G NR 双连接不同速率的状态下，实行基站内连接处理结构的覆盖范围调整。即：关于 LTE-5G NR 双连接空间中的部署场景调节，均是按照双趋向连接法进行互动性连接，它是网络无线资源利用调节的主要形式，起到了降低 LTE-5G NR 双连接延时时长，提高LTE-5GNR的性能的作用

3.2 LTE-5GNR双连接对覆盖的影响分析

引入LTE-5GNR双连接后，在规划阶段分析LTE-5GNR网络覆盖面非常重要。网络建设初期，频段以高频波段为主，高频电磁波在传播过程中损失较低，低频电磁波路径损失较大。

覆盖“区计算”确定一个LTE站的覆盖面积约为3.8 平方公里，一个NR站的覆盖面积约为1.3 平方公里，同一位置的NR站的吞吐量远小于LTE站。如果LTE-5GNR在网格建设初期假设1： 1的比率，那么5G站将只获得4G站的吞吐量。为了达到同样的吞吐量，4G站、5G“宏站”和小型“覆盖站”必须大规模添加。