摘要：LTE-NR双连接是实现LTE与5G NR融合组网的关键技术。移动终端可通过LTE-NR双连接技术同时接入4G和5G基站，以提高通信系统性能。为了进一步理解LTE-NR双连接，总结了5G通信网络的两种组网方式、LTE-NR双连接原理及控制面架构，并以LTE-NR双连接中的EN-DC架构为例分析了LTE-NR双连接的用户面架构。

关键词：双连接，非独立组网，EN-DC，用户面架构，控制面架构

Abstract： LTE-NR dual connection is the key technology to realize the integrated networking of LTE and 5G NR.LTE-NR dual connection technology is the key technology to realize the non standalone networking of 5G network.The mobile terminal can access 4G and 5G base stations simultaneously through LTE-NR dual connection technology to improve the performance of the communication system.In order to further understand LTE-NR dual connection， two networking modes of 5G communication network， LTE-NR dual connection principle and control plane and user plane architecture are summarized.Taking EN-DC architecture in LTE-NR dual connection as an example， the user plane architecture of LTE-NR dual connection is analyzed.

Keyword： Dual connection， non standalone networking，EN-DC， user interface architecture， control interface architecture

1 引 言

双连接技术是3GPP Release12引入的一项重要技术。其本质上是一种基于非理想回程的载波聚合，用于解决密集组网非理想回传场景下的系统问题，从而减轻4G网络数据流量的负载压力，提高移动通信系统吞吐量。

在第五代移动通信网络部署中，3GPP将5G组网方式分为SA（Standalone，独立组网）和NSA[1]（Non-Standalone，非独立组网）。在现阶段以及未来很长一段时间内，5G网络主要采用非独立组网方式来进行网络部署，实现4G LTE网络向5G NR网络的过渡。在5G非独立组网模式下，为了实现4G网络和5G网络的协同，3GPP R14在LTE双连接技术基础上，又定义了4G和 5G 的双连接技术，即LTE-NR双连接技术。本文基于LTE-NR双连接技术，详细总结了LTE-NR双连接的的原理和控制面架构，同时，以EN-DC[2，3]双连接模式为例，分析了LTE-NR双连接的两种用户面架构以及分离承载下的数据流量分配。

2 5G NR组网方式

第五代移動通信定义了非独立组网模式（NSA）和独立组网模式（SA）两种组网架构。独立组网是一种新建的5G网络，其中包括新基站、回程链路以及核心网。独立组网模式下的核心网必须是新建的NGC（Next Generation Core，下一代核心网，即5G核心网）。该模式下的终端通过空口单连接接入5G新基站gNodeB，且其无线接入网控制面和用户面都由gNodeB[3]或增强型LTE基站eLTE eNodeB来承载，用于解决eMBB、uRLLC、eMTC三大场景需求。独立组网是5G网络部署的终极目标。

非独立组网是目前国内外运营商网络初期部署的方案，它基于现有的4G LTE网络进行融合组网，利用现有4G核心网与传输网络， 以“辅载波”的形态通过双连接 （如EN-DC， E-UTRA NR Dual Connectivity） 的方式提供高速数据业务[4]。主要用来解决eMBB场景，是一种过渡组网方案。独立组网和非独立组网的主要区别在于终端接入网络的方式是空口双连接方式还是空口单连接。5G的主要组网方式如图1所示：

5G非独立组网和独立组网方式分别包含Option 3系列、Option 4系列、Option 7系列和Option 5系列、Option 2系列。其中Option3/4/7皆为非独立组网，采用LTE-NR双连接技术，Option2/5皆为独立组网，Option2系列是5G网络演进的最终目标。

3 LTE-NR双连接技术原理

所谓双连接，简单来说就是UE终端同时和2个基站进行连接，网络中的两个站点服务于同一个用户终端。用户终端在两个相同制式或不同制式的基站进行接入，其中会有一个基站为主基站，作为控制面的锚点，另一个基站为辅基站，用来承载用户面的数据转发。用户面的数据分流路径可以根据组网情况进行配置。服务于同一用户终端的两个站点之间可以是非理想回传。

LTE-NR双连接沿用4G核心网EPC（Evolved Packet Core，核心分组网演进），用户终端同时接入LTE和NR基站。其中，LTE基站作为双连接的主基站（Master eNodeB，MeNB），NR基站作为辅基站（Secondary gNodeB，SgNB）。LTE基站锚定双连接控制面，用来传送核心网传输给用户终端的控制信令，而作为辅基站的NR基站则用于承载用户数据的转发，将需要转发的数据进行分流。MeNB和SgNB之间则通过Xx接口相连接。

LTE-NR双连接的核心思路是实现控制面和用户面的分离。在双连接中，控制面和用户面都又两种选择架构，3.1节基于两种双连接控制面选择架构详细介绍LTE-NR双连接控制面架构，3.2节将基于EN-DC双连接介绍LTE-NR双连接中使用的两种用户面架构。

3.1 LTE-NR双连接控制面

双连接控制面架构有两种选择方案，如图3所示。

图3选择一中，双连接以MeNB为锚定点，每个UE终端要求只有一个S1-MME连接，只有MeNB中包含RRC实体。RRM（Radio Resource Management，无线资源管理）功能会在主基站和辅基站之间进行交互协同，辅基站会将相关的配置信息通过RRC-container打包，从X2接口传送到MeNB，MeNB生成最终RRC发送给UE，终端只能看到唯一一个来自MeNB的RRC消息实体，并只对MeNB的消息做出回应[5]。该控制面架构实现简单，但是配置时延比较大。

在移动通信中，时延是衡量网络通信质量的重要参数，时延越小，通信网络质量越优。由于LTE-NR双连接对网络传输时延的要求较高，所以选择一的控制面架构不适用。为了减小双连接控制信令传输时延，LTE-NR双连接模式大多使用图3选择2的双连接控制面架构。该架构中，接入双连接网络的两个基站中都包含RRC实体，两个RRC实体形成主辅关系。其中主基站中的RRC实体为主RRC，辅基站中的RRC为辅RRC实体。MeNB和SeNB针对RRC进行协商，两基站通过各自的无线资源将各自形成的最终RRC消息实体发送给UE，终端识别RRC实体后分别作出应答[6]。

3.2 LTE-NR双连接用户面

LTE-NR双连接包含三种网络架构，分别是EN-DC、NE-DC和NGEN-DC。这三种双连接架构分别对应于非独立组网中的Option 3、Option 4和Option 7系列组网。不同网络架构其用户面数据承载有所不同，论文以EN-DC（Option 3）架构为例，详细介绍LTE-NR双连接用户面架构。

在LTE-NE双连接EN-DC架构中，“E”表示E-UTRAN，4G无线接入网，“N”表示NR，5G新无线接入网，DC则是双连接的简称，因此EN-DC的全称则是4G/5G双连接。EN-DC的部署前提是LTE网络和NR网络的覆盖区域要有重叠部分。由于EN-DC双连接模式对应于非独立组网中的Option 3系列组网方式，且该非独立组网方式包含三种用户面协议架构，分别是Option 3、Option3a、Option3x。

Option 3用户面分离承载建立在主基站MeNB侧。核心网EPC发送而来的用户数据在主基站MeNB的PDCP（Packet Data Convergence Protocol，分组数据汇聚协议）层进行数据分流，大部分数据经过作为主基站的LTE基站进行转发。Option 3双连接的控制面锚定在主基站且其用户面数承载也由LTE基站承担，增加了LTE基站的数据传输压力，且5G NR基站传输能力强于LTE基站，将控制面和用户面承载均安排在LTE基站，在一定程度上造成了无线资源的浪费。

Option 3a用户数据是在核心网侧进行分割的。核心网功能强大，在核心网分割数据流量减轻了LTE基站和NR基站的负载压力。但是，该用户面架构下的两基站间协作能力很差。

Option 3x架构的用户面承载由辅基站SgNB建立，用户数据在辅基站PDCP层进行分流。该架构将大量的用户数据由传输能力更佳的5G基站进行流量分配和传输，并且保留了接入网络的两基站间的协作能力，相比于其他两种架构，3x用户面架构的基站间协作能力良好且无线资源得到了有效利用。目前国内外应用较多的LTE-NR双连接架构为EN-DC Option 3x架构。

3.3 LTE-NR双连接用户数据承载

本文以国内外使用较多的Option 3x架构为例，分析总结了LTE-NR双连接的用户数据承载。图4为EN-DC Option 3x双连接用户数据承载。

EN-DC Option 3x 用户面数据承载可以由MeNB或SgNB单独服务，也可以由MeNB和SgNB同时服务[7]。由MeNB或SgNB单独服务的承载称为MCG承载或SCG承载。图4蓝色点线所表示的是由MeNB单独完成的MCG承载。在3x架构中，有极少部分数据如语音等则会经由MeNB进行转发。经由MeNB单独转发的用户面承载称为MCG承载，而由輔基站SgNB单独转发用户数据的承载为SCG承载。

由MeNB和SgNB同时服务的用户面数据承载称为分离式承载。其中，分离承载又包括MCG分离承载和SCG分离承载。这两种分离承载方式的区别在于用户数据是在MeNB侧进行分流还是在SgNB侧进行分流。图4红色虚线所表示的是3x架构下的SCG分离式承载。该架构下，建立分离式承载的SgNB将核心网所要发送的用户数据在基站PDCP层进行分流，大部分数据会直接经过SgNB转发，而少部分数据则会分流至MeNB进行转发。若建立分离承载的是主基站且数据流量在主基站进行分配，这种分离承载方式即为MCG分离承载，Option 3的用户面承载即为MCG承载

4 结语

5G相比于4G是全方位的提升，5G的非独立组网方式体现了双连接技术的不可或缺。双连接技术在4G时代便已出现，用来解决宏微异构、密集组网场景下带来的部分问题，主要包括流量卸载、移动性增强等，但其在未来的5G通信系统中的应用将会更为广泛。然而实现LTE-NR双连接技术还需要攻克许多技术难关。由于4G与5G基站之间需要通过X2接口连接，所以X2上的流量控制便分外重要，以期望有更优的流量控制算法，使流量控制更加完善准确。降低数据传输时延一直是移动通信重要研究对象，当双连接基站进行数据分割时，如何快速选择最佳的转发路径是未来双连接关键技术研究的重中之重。就目前发展较为成熟的技术而言，可以利用神经网络等相关算法，基于双连接基站的下行速率对网络内的数据流量进行分配，以时延数据传输时延的降低。此外，5G空口标准已经逐步的明确，5G与LTE的PDCP协议也随之不再发生太大变化，可以依据相应的标准和要求，设计出满足双连接用户面架构需求的算法，以便更好地实现无线资源间的协调和控制功能。

参考文献：

[1]刘毅， 郭宝， 张阳， et al. 5G独立组网与非独立组网浅析 [J]. 电信技术， 2018， 09）： 86-8.

[2]马玥， 范斌. 双连接技术与应用浅析 [J]. 邮电设计技术， 2016， 12）： 50-3.

[3]张沛， 李广伦， 胡森， et al. 4G与5G网络双连接特性及分析 [J]. 电信工程技术与标准化， 2020， 33（02）： 50-5.

[4]张阳， 郭宝， 刘毅， et al. 5G独立组网SA模式下的驻网流程浅析 [J]. 移动通信， 2019， 43（03）： 64-9.

[5]杜忠达. 双连接关键技术和发展前景分析 [J]. 电信网技术， 2014， 11）： 12-7.

[6]谭丹. 双连接架构与关键技术分析 [J]. 通信技术， 2017， 50（01）： 74-7.

[7]孟颖涛. 5G与LTE双连接技术架构选择_孟颖涛 [J]. 移动通信， 2017，

作者简介：陶倩昀，出生年月：1995.10.22，性别：女，民族：汉;籍贯：江苏南京，学历：硕士研究生，毕业院校：上海电力大学;研究方向：5G关键技术、云计算