李 培（中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，北京 100048）

0 前言

隨著5G 通信網(wǎng)絡的大規(guī)模部署和移動智能終端的日益普及，5G 業(yè)務和更多的垂直行業(yè)對業(yè)務量的需求越來越高，服務體驗的要求也越來越高，通信運營商需要為用戶提供更為高速和優(yōu)質的無線網(wǎng)絡。

在未來多種網(wǎng)絡并存的環(huán)境下，雙連接也作為一種快速部署技術，有廣闊的應用場景。在目前5G部署之初，運營商廣泛采用EN-DC 技術，采用LTE 基站和NR 基站混合組網(wǎng)的方式來達到快速部署的目的。而在未來某些特定的場景下，MR-DC 技術也將被應用在一些特殊的場景，來為整個網(wǎng)絡提供更加優(yōu)質的服務。

1 載波聚合和雙連接技術分析

1.1 載波聚合技術分析

輔載波添加流程主要是在連接建立以后，根據(jù)配置的測量信息終端進行測量上報，基站根據(jù)終端上報的測量上報信息進行輔小區(qū)的添加。載波聚合過程在用戶接入后要根據(jù)測量上報的結果進行輔小區(qū)的添加，在輔小區(qū)添加配置完成并激活后才能開始在輔小區(qū)傳輸數(shù)據(jù)。輔小區(qū)也存在變更、激活、去激活和刪除等動作。

由于5G 中頻段下行廣泛使用波束賦型技術對下行業(yè)務發(fā)送波束進行增強，而上行靠天線的聯(lián)合接收進行數(shù)據(jù)傳輸，增益有限，上行覆蓋范圍較小，所以中頻段上行覆蓋成為上下行傳輸中的瓶頸。

由于上行覆蓋受限的問題，小區(qū)邊緣區(qū)域需要對上行進行增強，載波聚合技術可以在實現(xiàn)上下行容量提升的同時提高上行覆蓋。上行載波聚合可以通過在不同的載波上進行上行調度實現(xiàn)上行覆蓋增強的目的，即使在僅支持下行載波聚合不支持上行載波聚合的情況下，也可以通過主載波在低頻和中頻之間的切換來達到上行覆蓋增強的效果。

載波聚合方案下，如果采用上行下行載波聚合，則TDD 系統(tǒng)的下行波束賦型可以通過上下行信道的互異性，使用上行探測參考信號（SRS）來評估信道質量。如果僅采用下行載波聚合，上行單載波發(fā)送，由于上行只在一個小區(qū)進行發(fā)送，在中頻段TDD 上行覆蓋受限的情況下，上行將通過低頻段進行發(fā)送，如果SRS也不在中頻段上發(fā)送，就會造成中頻段TDD 的下行信道無法使用SRS來進行信道估計。實際上由于SRS的上行覆蓋優(yōu)于PUSCH，在PUSCH 覆蓋受限時，SRS 仍然可以發(fā)送。所以在上行不支持載波聚合的情況下，可以使用SRS switching 的方法在2 個小區(qū)分別發(fā)送SRS。在使用SRS switching以后，在上行變更為低頻后，仍然可以在中頻段發(fā)送上行SRS參考信號。

在上行功率控制方面，載波聚合因為在2 個載波上都有下行業(yè)務發(fā)送，終端可以根據(jù)各自的下行來估計上行路損，根據(jù)路損做準確的功率控制，上行發(fā)送的效果較好。載波聚合下各個載波上行最大發(fā)射功率由終端能力決定，基站上行功控算法會根據(jù)終端能力及配置約束每個載波的最大發(fā)射功率，各個載波的上行發(fā)射功率由上行閉環(huán)功控算法決定。

在流量控制方面，由于載波聚合是MAC 實時交互調度信息，分流流量是根據(jù)實際調度的情況來決定的，對調度的實時性要求較高，主輔載波對數(shù)據(jù)處理的實時性效果好，但是需要做載波聚合的2 個小區(qū)之間有理想回傳，否則數(shù)據(jù)交互的實時性很難達到要求。

1.2 雙連接技術分析

雙連接的輔節(jié)點添加流程和載波聚合輔小區(qū)添加流程相似，主要是在連接建立以后，終端根據(jù)配置的測量信息進行測量上報，基站根據(jù)終端上報的測量信息進行輔節(jié)點添加。在輔節(jié)點添加完成后才能在輔節(jié)點上進行數(shù)據(jù)傳輸。

雙連接由于是在2 個系統(tǒng)中分別傳輸，上行也可以在低頻和中頻同時傳輸，可以利用低頻段上行覆蓋的優(yōu)勢起到上行覆蓋增強的作用，且雙連接在主節(jié)點和輔節(jié)點兩側無論是上行參考信號的發(fā)送還是下行波束賦型，都是獨立進行的，所以不需要特殊的信號處理即可實現(xiàn)主輔節(jié)點較好的波束賦型效果。雙連接的調度過程也是主節(jié)點和輔節(jié)點分別進行的，兩側系統(tǒng)可以異步部署，不需要等相同的時間進行上下行傳輸調度及調度反饋。

由于雙連接是在主節(jié)點和輔節(jié)點分別進行上下行傳輸，所以涉及到上行同時發(fā)送的問題，因為中頻和低頻都有下行業(yè)務發(fā)送，終端可以根據(jù)中頻和低頻各自的下行來估計上行路損，根據(jù)路損來做功率控制，上行發(fā)送的效果較好。雙連接下主節(jié)點和輔節(jié)點上行最大發(fā)射功率由終端能力決定，基站根據(jù)終端能力以及配置約束主節(jié)點和輔節(jié)點的最大發(fā)射功率，主節(jié)點和輔節(jié)點的上行發(fā)射功率由上行閉環(huán)功控算法決定。雙連接要求終端有同時收發(fā)的能力且需要終端支持在不同載波上的功率共享。

雙連接是主節(jié)點和輔節(jié)點分別調度，涉及到數(shù)據(jù)分流問題。由于數(shù)據(jù)分流只能從核心網(wǎng)或者無線網(wǎng)的PDCP 來進行，數(shù)據(jù)傳輸在主節(jié)點和輔節(jié)點兩側的實時性分配不強。雙連接的分流方式分為3 種：主站分流、輔站分流及核心網(wǎng)分流。其中主站分流和輔站分流只是分流錨點不同，一般情況下會根據(jù)基站的處理能力來進行錨點的分配，將數(shù)據(jù)處理能力較強的基站作為分流錨點。

圖1示出的是雙連接下的主站分流。

主站分流的方式是指用戶數(shù)據(jù)首先到達主節(jié)點側的PDCP，主節(jié)點側的PDCP 將數(shù)據(jù)進行轉發(fā)，通過MCG Split bear分流給輔節(jié)點的RLC進行傳輸。

圖1 雙連接下的主站分流

圖2示出的是雙連接下的輔站分流。

圖2 雙連接下的輔站分流

輔站分流的方式是指數(shù)據(jù)首先到達輔節(jié)點側的PDCP，輔節(jié)點側的PDCP 將數(shù)據(jù)進行轉發(fā)，通過SCG Split bear分流給主節(jié)點的RLC進行傳輸。

圖3示出的是雙連接下的核心網(wǎng)分流。

圖3 雙連接下的核心網(wǎng)分流

核心網(wǎng)分流的方案是由核心網(wǎng)在主節(jié)點和輔節(jié)點分別建立2 條承載，核心網(wǎng)根據(jù)數(shù)據(jù)到達的情況直接向主節(jié)點和輔節(jié)點承載發(fā)送數(shù)據(jù)進行傳輸。核心網(wǎng)分流無法根據(jù)空口的數(shù)據(jù)流量和網(wǎng)絡實際的傳輸能力進行實時流量控制，主節(jié)點和輔節(jié)點也無法進行資源的協(xié)同傳輸。

2 提前測量上報技術

提前測量上報是載波聚合和雙連接增強研究的一個重要方向，主要研究在載波聚合和雙連接場景下，終端如何提前進行測量并盡早上報測量結果，用于基站在連接建立和連接恢復過程中快速添加輔小區(qū)和輔節(jié)點。由于終端在IDLE 態(tài)和INACTIVE 態(tài)的安全激活狀態(tài)不同，考慮終端用戶數(shù)據(jù)的安全性，需要分別研究這2 種狀態(tài)下進入連接態(tài)時的信令優(yōu)化，該信令優(yōu)化同時適用于載波聚合過程中的輔小區(qū)添加過程和雙連接過程中的輔節(jié)點添加過程。

2.1 IDLE狀態(tài)下的信令優(yōu)化

圖4（a）示出的是載波聚合和雙連接的輔小區(qū)和輔節(jié)點添加流程，在這個流程中，需要終端在進入連接態(tài)以后進行連接態(tài)下的鄰小區(qū)測量，當終端滿足測量上報的條件進行測量上報后，基站才能根據(jù)測量上報的結果進行輔小區(qū)和輔節(jié)點的選擇，再通過重配置消息進行輔小區(qū)和輔節(jié)點的添加過程，在這個過程中，終端因為需要對鄰小區(qū)進行測量，需要耗費比較多的時間。

由于進入連接態(tài)以后再進行鄰區(qū)的測量需要耗費較長的時間，協(xié)議中研究了終端在IDLE態(tài)下提前進行鄰區(qū)測量的過程。若終端提前進行測量，則輔小區(qū)和輔節(jié)點的添加過程如圖4（b）所示，終端的測量過程由終端在IDLE態(tài)下進行，當終端進入連接態(tài)以后將直接進行測量信息的上報，而后通過重配置消息添加輔小區(qū)和輔節(jié)點。在這個過程中，由于終端的測量過程不需要在建立連接以后才進行，所以為輔小區(qū)和輔節(jié)點的添加節(jié)省了大量的時間。

在提前測量上報研究中，進一步考慮信令的增強方案，用以進一步縮短輔小區(qū)和輔節(jié)點的添加時間。為了保證用戶信息的安全性，必須在安全激活以后才能上報測量信息，否則測量信息可能會被非法基站捕獲，用戶信息安全性無法得到保證。

在安全模式命令下發(fā)后，終端激活安全模式，這時終端上報的信息是經(jīng)過安全激活和完整性保護的，可以保證終端信息的安全。圖5（a）示出的是在用戶進入連接態(tài)以后才通過消息⑧和消息⑨進行終端測量信息的獲取，而在載波聚合和雙連接增強的研究中，將終端測量信息的獲取提前到安全模式命令下發(fā)后，不需要等終端重配置完成，即將測量信息的獲取提前到圖5（b）中的消息⑥和消息⑦，這樣有利于進一步縮短終端測量信息上報的時延，快速添加輔小區(qū)和輔節(jié)點。

2.2 INACTIVE狀態(tài)下的信令優(yōu)化

終端在INACTIVE 態(tài)進入連接狀態(tài)時的測量信息也是終端提前進行測量的，基本的過程和IDLE態(tài)下相似，不同的是測量信息上報的時機不同。由于終端在INACTIVE 狀態(tài)下安全已經(jīng)激活，所以可以將終端信息獲取流程提前，這樣有利于進一步縮短測量上報的時延，達到快速添加配置輔小區(qū)或輔節(jié)點的目的。

圖4 輔小區(qū)/輔節(jié)點測量信息上報流程圖

圖5 IDLE狀態(tài)進入連接態(tài)測量信息上報信令增強

圖6（a）示出的是在終端進入連接態(tài)以后通過終端信息獲取流程獲取終端的提前測量信息的流程圖，通過重配置消息對輔小區(qū)和輔節(jié)點進行添加配置，完成輔小區(qū)和輔節(jié)點的添加過程。圖6（b）為輔小區(qū)和輔節(jié)點添加過程的信令優(yōu)化，因為用戶在INACTIVE態(tài)下終端安全已經(jīng)激活，不需要等到進入連接態(tài)以后再獲取用戶的測量信息，不存在安全性問題。所以終端的測量信息可以通過RRC 連接恢復完成消息（圖6（b）中的消息④）發(fā)送給網(wǎng)絡側，從而基站可以更快地對終端進行配置，進一步減小了輔小區(qū)或輔節(jié)點的添加時延。

提前測量上報對減小輔小區(qū)和輔節(jié)點的添加時延有顯著的作用，在未來網(wǎng)絡部署中，可以大大提升用戶在連接建立和連接恢復過程中的用戶體驗。

3 載波聚合和雙連接技術的應用

載波聚合和雙連接技術在未來將有廣闊的應用空間，2 種不同的技術需要根據(jù)不同的應用場景需求來進行實際部署。

圖6 INACTIVE狀態(tài)進入連接態(tài)測量信息上報信令增強

載波聚合可以用于上行覆蓋增強，由于中頻段的上行覆蓋性能比低頻段的覆蓋性能差，在5G 建網(wǎng)中，在小區(qū)邊緣區(qū)域，需要考慮上行覆蓋增強的方案。載波聚合技術可以通過調度低頻段的上行資源來彌補上行覆蓋受限的問題。載波聚合還可以用于熱點覆蓋的補充，由于5G 網(wǎng)絡需要更大的系統(tǒng)容量，載波聚合可以靈活有效地增加下行系統(tǒng)帶寬，達到熱點區(qū)域的容量提升效果，所以載波聚合特別適合于中低頻段混合組網(wǎng)，及某些需要聚合更大帶寬達到容量提升的場景。

雙連接技術也可以用于上行覆蓋的增強和容量提升，但是由于雙連接的調度方式是主節(jié)點和輔節(jié)點分別調度，業(yè)務調度的實時性較差，業(yè)務流量只能通過分流的方式來進行。但是，由于這種分別調度的特性也特別適合于網(wǎng)絡的異步部署，例如毫米波頻段和中低頻段的子載波相差較大，調度時會有異步的問題，使用雙連接方案就可以保證在高低頻子載波間隔相差較大情況下獨立調度傳輸。

4 結束語

載波聚合和雙連接技術是網(wǎng)絡部署的關鍵技術，有著廣闊的應用前景。未來業(yè)務從速率，時延到移動性等方面對網(wǎng)絡的需求都將越來越高。載波聚合和雙連接增強技術也將作為一個重要的研究方向被業(yè)界廣泛關注，相信在未來的幾年里，載波聚合和雙連接增強的新技術將會應用于實際的網(wǎng)絡部署中，用戶也將獲得更優(yōu)質的用戶體驗。