5G优化案例5G双连接技术应用及参数配置研究Word格式.docx
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Option1、Option2、Option5。
24G核心网EPC下的双连接方式
UE连接到4GeNB基站和5GEN-gNB基站,eNB作为主基站MN,en-gNB作为辅基站
SN。
eNB通过S1接口连接到4G核心网EPC,并通过X2接口连接到en-gNB。
En-gNB也可以通过S1-U接口连接到4G核心网EPC,其他en-gNB也可以通过X2-U接口连接到4G核心网EPC。
图2.1:
EN-DC体系结构
3现网双连接分流的适用条件及应用
3.1PDCP层分流功能
PDCP实体位于PDCP子层中,UE可以定义多个PDCP实体,每个PDCP实体传送一个无线承载的数据。
PDCP实体与控制平面或用户平面相关联,取决于它为哪个无线承载传送数据。
对于分流承载,路由在PDCP实体中实现。
图
图3.1.1:
PDCP子层的PDCP实体的功能视图
3.2现网组网情况
目前国内三大运营商4G网络成熟,新建5G基站后,NSA组网方式,4G核心网仍会使
用,4G核心网演变5G核心网仍需要一段时间。
Option3组网方式最适合目前网络建设需求。
Option3系列组网方式,分为Option3、Option3a、Option3x三种方式。
Option3系列均采用NR+LTE+EPC的双连接组网方式,信令都是由LTE基站提供,NR基站只有用户面,Option3利用4G基站作为锚点基站,可以解决5G建网初期连续覆盖的难题。
Option3系列组网方式各有优缺点。
Option3方式数据从4G侧进行分流,对4G侧处理能力要求高,用户面锚定在4G基站侧,可以减少移动性带来的用户面中断。
4G无需对接EPC,对EPC改造无要求。
Option3a方式EPC直接数据分流,只能基于承载进行分流,无法根据无线环境进行调整。
Option3x方式数据从5G基站侧进行分流,对4G基站侧没有影响,用户面锚定在4G基站上,可能存在频繁的用户面锚点变更,EPC需要和4G基站对接。
国内各大运营商目前现网情况,Option3x是国内运营商选择的组网方式。
3.3使用双连接的前提条件
4G和5G双连接技术需满足三个提条件:
UE需在5G开户、终端能力支持双连接技术、在NR和LTE网络有重叠覆盖的区域使用。
3.4双连接的触发条件
3.4.1双连接下行链路的触发条件
目前NR空口带宽大,负荷低,因此NR用户体验大概率会好于LTE。
当S1-U流量速率低于NR空口速率时,此时NR的空口性能未限制用户体验,PDCP只向NR进行分流,这样可以避免由于分流带来的空口时延增大影响用户体验。
在S1-U的流量速率高于NR空口速率时,用户的业务体验要求更高的空口速率,NR和LTE基站周期测量缓存数据情况,由RRC配置的BSR实现,当缓存数据过多,超过触发门限时,由PDCP实现缓存分流。
基站会基于NR与LTE基站之间的X2传输时延、LTE和NR的RLC缓存数据量、LTE和NR的空口速率预估,来计算NR和LTE的数据轮发比例和分流数据量,即加权算法比例轮循分流。
分流的基本原则为剩余缓存数据越多,速率越低的一侧少分流量,而剩余缓存数据越少,速率越高的一侧多分流量。
PDCP发端的连续报文分别从LTE和NR的空口链路转发达到终端PDCP收端时,报文乱序需要在UE侧进行PDCP重排序会增加时延,尽量减少乱序的概率和乱序幅度。
3.4.2双链接上行链路的触发条件
基站下发配数据门限和上行主流路径配置给UE。
PDCP数据转发时,当PDCP缓存数据量+RLC未发送的初传数据量≥ul-DataSplitThreshold的条件下,UE可以考虑触发上行分流。
上行双连接的分流取决于UE,UE依据基站下发的配置,最终决定是否分流,3GPP协议仅给出建议,由各终端厂商制定策略。
PDCP层上行分流原则:
当PDCP向下层发送PDCPPDU时,如果PDCP实体与一个RLC实体相关联,PDCPPDU提交给相关RLC实体。
如果PDCP实体与两个RLC实体相关联,并且PDCP复制被激活,PDCPPDU是PDCPDATEPDU,则复制PDCPDATEPDU,提交给两个关联的RLC实体。
如果PDCPPDU不是PDCPDATEPDU,则将PDCP控制PDU提交给主要RLC实体。
如果两个关联的RLC实体属于不同的小区组,两个关联的RLC实体中等待初始传输的PDCP数据和RLC数据的总量等于或大于ulDataSplitThreshold,则将PDCPPDU提交给主站
RLC实体或辅站RLC实体;
如果两个关联的RLC实体中等待初始传输的PDCP数据和RLC数据的总量小于ulDataSplitThreshold,则将PDCPPDU提交给主站的RLC实体。
3.5双连接的终止条件
3.5.1双连接下行链路的终止条件
NR和LTE基站周期测量缓存数据情况,当缓存数据过少,低于门限时,由PDCP停止分流,流量只走NR。
由于LTE和NR的空口速率存在差异,在发送端顺序到达的PDCP报文,在经过不同空口转发到接收端PDCP层时,理想情况为保持原有顺序,则接收端PDCP可以快速转发给下一层。
此时分流速率等于NR空口速率+LTE空口速率。
但是如果有一侧报文到达太慢,则接收端PDCP需要做保序,要等待较慢一侧的乱序报文到达后,排序完成后再一并转发给下一层。
终端在收到非连续的数据包,启动重排序定时器,若重排序超时前未收到连续的数据,则强制递交缓存内数据。
PDCP乱序容易触发PDCP报文转发中断和丢包。
当LTE和NR空口速率差距过大时,触发停止分流。
当NR和EUTRA不是共硬件场景时,分流时发端PDCP分配给远端RLC的分流报文,只能通过传输转发,当X2链路丢包率>
0.5%时,会触发停止分流。
当LTE和NR的速率超过用户UE-AMBR时,为维持限速策略,基站会触发停分流,当NR速率低于UE-AMBR后会恢复分流。
3.5.2双连接上行链路的终止条件
PDCP数据转发时,当PDCP缓存数据量+RLC未发送的初传数据量¿
ul-DataSplitThreshold的条件下,UE可以考虑触发停止上行分流。
LTE和NR空口速率差距和UE-AMBR限速策略的终止条件同样适用于上行链路。
3.6现网双连接流程
3.6.1建立流程
双连接建立流程主要包含以下四个步骤:
UE通过锚点eNB完成附着流程;
锚点eNB下发5G频点的测量配置,UE进行测量并上报;
eNB通过X2接口通知gNB准备资源,资源准备完成后下发5G小区配置;
S1-U建立。
3.6.2下行链路分流流程
UE在LTE侧接入时,基站下发UE能力查询消息,获取UE能支持的双连接频段,确认是否与当前网络的NR和LTE频点、带宽匹配。
如果能力匹配,则基站会配置终端,添加SCG,SCG添加成功后,控制面配置流程完毕。
根据BSR,衡量缓存数据量是否触发门限,触发门限,则开始分流。
当预估LTE和NR的空口速率差异较大时,避免由于大量PDCP收端乱序导致负效应,基站会触发停止分流,并启动停止分流定时器,定时器超时后,再重新判断是否触发分流。
当X2链路丢包率
>
0.5%时,会触发停止分流,并启动停止分流定时器,定时器超时后,再重新判断是否触发分流。
如果LTE和NR的速率超过用户UE-AMBR时,基站会触发停止分流。
当NR速率低于UE-AMBR后会恢复分流。
图3.6.2.1:
Option3x下行分流的数据流方向
3.6.3上行链路分流流程
控制面接入的SCG添加流程与下行一致,不同点在于基站会根据终端的UE的上行分流能力和基站配置来决定RRC重配消息中是否生效上行分流。
如果UE能力支持上行分流,同时基站也配置了有效上行分流,则基站会通过LTE的控制面,通过RRC重配消息下发分流参数给终端。
基站将上行分流参数配置给UE后,上行数据是否分流以及分流策略则由终端
内部机制实现,基站在PDCP上行接收端将LTE和NRRLC递交上来的PDCP报文进行排序后转发到上层。
图3.6.3.1:
RRC信令UE能力信息
图3.6.3.2:
主路径(Primarypath)和分流触发门限(ul-DataSplitThreshold)消息
图3.6.3.3:
Option3x上行分流的数据流方向图
3.7双连接的相关参数定义及功能
3.7.1分流停止周期定时器
分流停止周期定时器,触发停分流后停止分流的时间x秒。
该参数表示停分流的时间。
取值范围0~60。
0和60表示60s保护时间,其余值x表示惩罚x秒。
3.7.2PDCP重排序定时器
PDCP接收端收到PDCP序号不连续时,等待中间序号报文接收,并按序号大小重排序的等待时长。
PDCP接收端在收到PDCP报文序号为A,且该序号相对之前报文不连续,则会启动该定时器同时停止向上层递交报文。
在定时超时后仍然没收齐中间的报文,则不再等待,将已有的连续报文提交上层。
同时后续再收到比A序号小的PDCP报文也将丢弃。
3.7.3BSR及相关定时器
BSR缓存状态报告,由RRC进行配置,周期性的报告缓存状态。
PeriodicBSR-Timer,即周期性上报的定时器,定义多久的周期进行上报。
retxBSR-Timer,BSR重传定时器,retxBSR-Timer超时后,如果缓冲区有数据,BSR会重新上报,如果没有数据,BSR不上报。
logicalChannelSR-DelayTimer,每个逻辑信道一个,用于UE在某个logicalChannel上报BSR。
终端一直未得到调度资源,导致定时器超时后,终端触发,在PUCCH上发送SR(servicerequest),向基站请求上行调度资源,该参数用于控制SR发起。
对于上行链路,对于新传的资源,UE发送BSR给eNB希望得到相应的资源,但是eNB由于需要综合各种因素,可能不一定能够优先给UE分配资源。
所以UE可能需要多次发送BSR给eNB才能够得到相应的ULGrant资源。
因此,periodicBSR-Timer的作用是告知基站当前的状态,而retxBSR-Timer和logicalChannelSR-DelayTimer的作用是提醒基站为终端分配相应的资源。
图3.7.3.1:
BSR-Config消息
3.7.4primaryPath
当多个RLC实体与PDCP实体关联时,上行链路数据传输通过primaryPath指定主要RLC实体的小区组ID和LCID。
SRB只支持与MCG相对应的小区组ID。
NW表示分流承载的小区组使用不同小区组的逻辑信道。
NW表示两个逻辑信道终止于同一小区组中,CA的逻辑信道是基于PDCP的复制。
图3.7.4.1:
PDCP-ConfiginformationelementprimaryPath配置消息
3.7.5ul-DataSplitThreshold
该参数用于上行分流判定。
该参数设置值对应字节,例如值b0对应0字节,值b100
对应100字节,值b200对应200字节,依此类推。
如果UE不支持MCG和SCG的分流承载,网络将这个参数值设为无穷大。
如果在第一次为无线承载配置分流承载时,该参数未设置,则缺省值默认为无穷大。
图3.7.5.1:
PDCP-Configinformationelementul-DataSplitThreshold配置消息
3.8双连接的优点
移动网用户可以同时使用4G和5G无线资源,通过增加上下行的空口带宽提升空口速率和用户体验。
5G建网初期,5G基站数量不足以立刻实现全网覆盖,同时5G频段的覆盖不如4G频段,利用双连接技术能够弥补5G覆盖不足影响的用户感知,可以充分利用LTE提高上行覆盖优势。
NSA组网下,没有5G核心网情况下,仍然可以使用NR空口资源。
3.9双连接的缺点
由于空口波动,分流时不可能完全精确预估NR和LTE无线空口性能,因此接收端PDCP乱序是不可能完全避免,乱序会导致时延增加。
当乱序幅度较大时,时延大和时延抖动会触发分流速率<
MAX(NR空口速率,LTE空口速率),产生负效应。
NR数据转发到LTE时的传输丢包率过大、S1-U传输丢包率过大,X2链路传输丢包率过大,均会影响分流的性能。
用户速率受限,不分流时已经能达到UE-AMBR,分流后会增大无线时延,反而有可能
触发负效应。
4现网双连接的应用效果
4.1采用双连接和未采用双连接的室内效果对比
NR:
100MTDD
LTE:
20MFDD
终端:
海思(mate30)
网络
SS-RSRP(dBm)
SS-SINR(dB)
RB(个)
PDCP
速率(Mbit/s)
SCGONLY
(仅
NR)
-72
29.95
267
898.5
EN-DC
(分流打开)
-71.6
26.52
1008
增益
12.19%
表4.1.1:
室内双连接下行效果
4.2采用双连接和未采用双连的室外效果对比
-67.7
17
271
1099
-65.8
20.69
272
1160
5.55%
表4.2.1:
室外双连接下行效果
5双连接的规划原则
优先选择LTE基站负荷较低的区域,原则上LTE基站负荷小于50%,避免双连接应用冲
击LTE网络,影响LTE用户感知。
优先选择5G网络负荷高的区域,利用LTE分流5G网络负荷。
优先选择NR未连续覆盖区域,NR室内覆盖不足的区域,利用LTE覆盖补充用户感知。
优先选择LTE覆盖好的区域,避开LTE差的区域,避免由于LTE覆盖差,加大NR和
LTE空口差距,导致分流PDCP乱序时延较大,产生负面效应。
空口性能差异会受多个种因素影响,空口的制式、带宽、上下行配比、小区用户数、覆盖等。
目前5G网络空载,结合4G网络现状,建议流量负荷较低的市区、郊区、县域、2B业务区域、高速公路、高铁优先开通双连接技术。
6结论
本文介绍了5G网络的演进、5G的组网方式、双连接的方式、双连接的空口结构、双连接的端口、双连接的各层协议特征、现网双连接方式的选择、双连接的触发和终止条件、双连接的流程、双连接的参数、双连接的现网效果及双连接规划原则。
双连接技术可以使UE同时使用4G和5G网络的空口资源,增大用户体验速率,但双连接仍有很多缺点,有很多使用条件限制,目前是5G建设初期,双连接的使用还要依据现网实际情况,在有用户需要,并且网络条件允许的区域慎重引入双连接技术,既要充分利用双连接技术提高用户感知,也要避免条件不具备而引起负效应。
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