張弛龍

（中網(wǎng)聯(lián)通信發(fā)展集團(tuán)有限公司，北京 100061）

0 引 言

無線通信系統(tǒng)從第1代到第4代，經(jīng)歷了迅猛發(fā)展，逐步形成了包含多種無線制式、頻譜利用和覆蓋范圍的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，其中多種接入技術(shù)長期共存成為突出特征。在5G時(shí)代，同一運(yùn)營商擁有的多張不同制式的網(wǎng)絡(luò)狀況將長期共存。多制式網(wǎng)絡(luò)將至少包括4G LTE、5G RAN以及WLAN[1]。多接入網(wǎng)絡(luò)的融合是未來5G無線通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)考慮的重點(diǎn)趨勢(shì)。

1 4G LTE中的多網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)

1.1 LTE中的多連接技術(shù)

E-UTRAN支持雙連接（Dual Connectivity，DC），存在MCG承載、SCG承載和split承載3種承載類型。

對(duì)于雙連接，允許使用兩種不同的用戶平面架構(gòu)[2]：一種架構(gòu)中，S-GW通過S1-U只與MeNB連接，用戶平面數(shù)據(jù)使用X2-U從MeNB傳輸?shù)絊eNB；另一種架構(gòu)中，S-GW可以通過S1-U與SeNB連接。

1.2 LTE-WLAN融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

1.2.1 LTE-WLAN聚合（LWA）

E-UTRAN支持LTE-WLAN聚合（LTE-WLAN Aggregation，LWA）操作。根據(jù)LTE和WLAN之間的回程連接，支持兩種場(chǎng)景——共址場(chǎng)景和非共址場(chǎng)景[3]。在共址場(chǎng)景中，eNB和WLAN AP實(shí)體通過理想鏈路連接并集成于公共節(jié)點(diǎn)?；诋悩?gòu)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的部署，eNB和WLAN AP都是獨(dú)立的存在，并沒有集成在一個(gè)節(jié)點(diǎn)中；非共址場(chǎng)景是指當(dāng)eNB和WLAN實(shí)體并沒有集成在一個(gè)公共節(jié)點(diǎn)中，主要使用非理想回程。

非共址場(chǎng)景的部署提出了用于WLAN系統(tǒng)邏輯表示的無線終端（Wireless Terminal，WT）節(jié)點(diǎn)概念。同時(shí)，UE與eNB、WT三者兩兩采用雙連接模式，相互連接。其中，eNB與WT在控制面與用戶面通過Xw鏈路連接。

在非共址的LWA場(chǎng)景中，eNB通過Xw接口連接到一個(gè)或多個(gè)WTs。對(duì)于LWA，到核心網(wǎng)絡(luò)的唯一需要接口是S1-U和S1-MME，它們?cè)趀NB端終止。WLAN不需要核心網(wǎng)絡(luò)接口。

1.2.2 基于IPSec隧道的LTE/WLAN無線集成（LWIP）

基于IPSec隧道的LTE/WLAN無線集成（LTE/WLAN Radio Level Integration with IPsec Tunnel，LWIP），允許eNB配置RRC_CONNECTED中的UE通過IPsec隧道利用WLAN無線資源。eNB和LWIPSeGW之間的連接由Xw接口提供[4]。

2 5G部署場(chǎng)景與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.1 可能的部署場(chǎng)景

2.1.1 非集中部署

如圖1所示，在這個(gè)場(chǎng)景中，gNB支持完整的協(xié)議棧，如在宏部署或室內(nèi)熱點(diǎn)環(huán)境中（可以是公共的或企業(yè)的）。gNB可以連接到“任何”傳輸。假設(shè)gNB能夠通過運(yùn)行接口連接到其他gNB或（e）LTE eNBs。

圖1 非集中部署

2.1.2 與E-UTRA聯(lián)合部署

如圖2所示，在這個(gè)場(chǎng)景中，NR功能與E-UTRA功能可以作為同一基站的一部分，也可以作為同一站點(diǎn)上的多個(gè)基站。聯(lián)合部署可以適用于所有NR部署場(chǎng)景，如城市宏觀。

圖2 與E-UTRA的聯(lián)合部署

2.1.3 集中式部署

此時(shí)可以在中心單元和gNB節(jié)點(diǎn)的低層之間使用不同的協(xié)議分割選項(xiàng)。gNB節(jié)點(diǎn)的中心單元和下層之間的功能劃分可能依賴于傳輸層。集中式部署如圖3所示。

2.1.4 共享RAN部署

NR應(yīng)該支持共享運(yùn)行部署，支持多個(gè)托管的核心運(yùn)營商。共享RAN可以覆蓋較大的地理區(qū)域，就像國家或區(qū)域網(wǎng)絡(luò)共享一樣。

2.2 5G RAN架構(gòu)

5G RAN的邏輯節(jié)點(diǎn)通過Xn接口相互連接。New RAN的邏輯節(jié)點(diǎn)通過NG接口連接到NGC。NG接口支持NG-CP/UPGWs與New RAN中的邏輯節(jié)點(diǎn)之間的多對(duì)多關(guān)系。

圖3 集中式部署

3 5G中的多網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)

3.1 5G RAN體系結(jié)構(gòu)

3.1.1 一般的MR-DC準(zhǔn)則

MR-DC是一種泛化的Intra-E-UTRA雙連接，其中多個(gè)Rx/Tx UE可以利用兩個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)的理想回程連接提供的資源來配置。兩個(gè)節(jié)點(diǎn)中，一個(gè)提供NR訪問，另一個(gè)提供E-UTRA或NR訪問；一個(gè)作為MN，一個(gè)作為SN[5]。MN和SN通過網(wǎng)絡(luò)接口連接，其中至少有MN連接到核心網(wǎng)絡(luò)。

3.1.2 MR-DC with EPC

E-UTRAN通 過E-UTRA-NR DC（EN-DC） 支持MR-DC，其中UE連接到一個(gè)充當(dāng)MN的eNB和一個(gè)充當(dāng)SN的en-gNB。eNB通過S1接口連接到EPC，通過X2接口連接到en-gNB。

3.1.3 MR-DC with 5GC

（1）E-UTRA-NR Dual Connectivity NGENDC。NG-RAN支持NG-RAN E-UTRA-NR雙重連接（NGEN-DC），其中UE連接到一個(gè)ng-eNB作為MN，一個(gè)gNB作為SN。ng-eNB連接到5GC，gNB通過Xn接口連接到ng-eNB。

（2）NR-E-UTRA Dual Connectivity NE-DC。NGRAN支持NR-E-UTRA DC（NE-DC），其中UE連接到一個(gè)充當(dāng)MN的gNB和一個(gè)充當(dāng)SN的ng-eNB。gNB連接到5GC，ng-eNB通過Xn接口連接到gNB。

（3）NR-NR Dual Connectivity。NG-RAN 支持NR-NR DC（NR-DC），其中UE連接到一個(gè)充當(dāng)MN的gNB和另一個(gè)充當(dāng)SN的gNB。主gNB通過NG接口連接到5GC，通過Xn接口連接到輔助gNB，輔助gNB也可以通過NG-U接口連接到5GC。

3.2 5G RAN架構(gòu)選擇

在討論RAN-CN接口和E-UTRA與NR RAN的接口時(shí)，應(yīng)考慮以下選項(xiàng)[6]，以提供NR訪問合適功能的UE。

3.2.1 Option 2

在Option 2中，gNB與NGC相連。

3.2.2 Option 3、Option 3a和Option 3x

在Option 3/3a中，LTE eNB控制面接口用戶面接口均直接連接到EPC，NR的控制面接口通過LTE eNB連接到EPC。NR與EPC的用戶平面連接或通過LTE eNB（Option 3）連接或直接（Option 3a）連接。

為了支持SCG spilt承載器，需要支持Option 3x的部署。NR gNB的用戶面接口直接連接到EPC，NR gNB的控制面接口通過LTE eNB連接到EPC。

3.2.3 Option 4和Option 4a

在Option 4/4a中，非獨(dú)立的E-UTRA中g(shù)NB連接到NGC。E-UTRA用戶到NGC的用戶面連接通過gNB（Option 4）或直接（Option 4a）進(jìn)行。

3.2.4 Option 5

在Option 5中，eLTE eNB連接到NGC。

3.2.5 Option 7、Option 7a和Option 7x

在Option 7/7a中，eLTE eNB與非獨(dú)立NR連接到NGC。NR與NGC的用戶平面連接通過eLTE eNB（Option 7）或直接（Option 7a）進(jìn)行。

NR gNB的用戶面接口直接連接到NGC，NR gNB的控制面接口通過eLTE eNB連接到NGC。

以上架構(gòu)都可以稱為多網(wǎng)絡(luò)融合架構(gòu)（Multi RAT Dual Activity，MR-DC）。

3.3 NR-LTE DC

3.3.1 控制面

在MR-DC中，UE基于MN RRC，具有單RRC狀態(tài)，并與核心網(wǎng)絡(luò)有a single C-plane連接[7]。每個(gè)無線電節(jié)點(diǎn)都有自己的RRC實(shí)體（如果節(jié)點(diǎn)是eNB，則為E-UTRA版本；如果節(jié)點(diǎn)是gNB，則為NR版本），可以生成RRC PDUs發(fā)送到UE。

3.3.2 用戶面

在MR-DC中，從UE的角度來看，存在MCG承載、SCG承載和split承載3種承載類型。從網(wǎng)絡(luò)角度來看，每個(gè)承載（MCG、SCG和split承載）都可以在MN或SN中終止。

3.4 NR-WLAN融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

4G時(shí)代引入了多種LTE-WLAN聚合技術(shù)，包括LWA、LWIP等。在5G時(shí)代，這種與WLAN融合的趨勢(shì)還在繼續(xù)。預(yù)計(jì)4G時(shí)代與WLAN融合的技術(shù)，5G還會(huì)繼續(xù)支持。這些技術(shù)為傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商接入家庭和個(gè)人部署的WLAN提供了重要的技術(shù)支持。然而，5G的一個(gè)重要特征在于對(duì)垂直行業(yè)的支持。垂直行業(yè)可能部署了自己的WLAN，多數(shù)業(yè)務(wù)可能不經(jīng)過傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的核心網(wǎng)，且對(duì)于業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求會(huì)高于普通家庭用戶，體現(xiàn)在更精細(xì)的業(yè)務(wù)管理和更短的業(yè)務(wù)時(shí)延方面，而傳統(tǒng)的LTE-WLAN聚合技術(shù)無法滿足這種需求。因此，為了滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求，提出了如下3種NR-WLAN[8]。

3.4.1 運(yùn)營商部署

在這種架構(gòu)中，核心網(wǎng)、接入網(wǎng)和WLAN都由傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商部署，所有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都來自運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)。這種部署類似于LTE-WLAN的融合架構(gòu)，可以提供一站式服務(wù)，保證較高的安全性和可靠性。但是，用戶無法定制服務(wù)內(nèi)容，也不能控制接入網(wǎng)和WLAN間的業(yè)務(wù)分流，比較適合家庭和個(gè)人用戶。

3.4.2 運(yùn)營商和第三方混合部署

在這種架構(gòu)中，核心網(wǎng)和接入網(wǎng)還是由傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商部署，但是WLAN是由第三方部署。這個(gè)第三方可以是任何垂直行業(yè)的企業(yè)。第三方可以根據(jù)自己的需求控制WLAN的業(yè)務(wù)分流和WLAN接入節(jié)點(diǎn)之間的移動(dòng)性管理[8]。除了來自運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)，WLAN還可以傳輸?shù)谌教峁┑亩ㄖ茦I(yè)務(wù)。第三方對(duì)于WLAN掌握了更多的管理權(quán)限。

3.4.3 第三方部署

在這種架構(gòu)中，核心網(wǎng)、接入網(wǎng)和WLAN都由第三方部署，這個(gè)第三方可以是任何垂直行業(yè)企業(yè)。相比于第二種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，這種架構(gòu)中第三方可以在接入網(wǎng)和WLAN傳輸定制的業(yè)務(wù)，提供了更高的靈活性和管理權(quán)[8]。

4 結(jié) 論

將來5G開始進(jìn)行廣泛部署后，考慮到對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的支持以及提供廣域覆蓋的優(yōu)勢(shì)，4G將長期存在于網(wǎng)絡(luò)中，同時(shí)WLAN在對(duì)室內(nèi)和熱點(diǎn)提供覆蓋上也扮演著重要角色。本文基于4G LTE中的多網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)，分析了5G的部署場(chǎng)景和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，進(jìn)一步研究了5G、4G和WLAN的融合架構(gòu)，為4G到5G網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)和共存部署提供了參考架構(gòu)。