5G系统架构及LTE-5G双连接架构分析

3GPP R12中就已经提出了双连接技术，即在非理想传输链路条件下，经由PDCP进行多个站之间的流量分配，提升用户速率。由于可以与LTE共用核心网，因此，双连接对于5G网络部署也有一定的吸引力。

Ericsson在2015年2月就展示过LTE与5G双连接的演示视频，同年7月，韩国电信KT宣布与Ericsson一起完成了LTE与5G的双连接演示工作，并在2016年8月发布的KT 5G-SIG规范中明确给出了LTE于5G网络之间的双连接架构。2016年11月底，在日本东京举行的2016全球移动宽带论坛上，华为也展示了LTE与5G之间的双连接技术。

那么，对于5G网络部署，是不是双连接就是唯一选择哪？Verizon给出了相反的回答，它们考虑采用独立的5G网络架构来进行部署，如下图示。

由此可见，5G网络架构的选择绝非简单的非此即彼的关系。那么，未来的5G网络架构到底怎么样哪？目前规范讨论中又有哪些考虑哪？

2016/6在韩国釜山举行的3GPP TSG-RAN #72全会上，针对5G整体架构， RP-161266描述了12种5G网络架构，并确定了RAN2/3所要讨论的选项。目前，RAN1/2/3多在此基础上讨论RAN架构、核心网架构以及相关接口。

本文对RP-161266提出的12种5G整体架构进行简单说明，并对目前规范讨论中的LTE-5G双连接架构和KT规范中的架构LTE-5G双连接进行说明

1. 3GPP的5G整体系统架构选项

“5Garchitecture options – full set”( RP-161266)中，对5G系统可能采用的12种整体架构进行了总结和分析，并确定了RAN2和RAN3未来的讨论方向。详述如下。

1.1 RP-161266定义的12种5G系统整体架构

这些架构选项是从核心网和无线角度相结合进行考虑的。比如考虑LTE系统是否需要升级、EPC是否需要升级、是否需要新建5G核心网(NGCN)，LTE与5G无线系统是连接到EPC还是连接到新的5G核心网上，等等，从而全面考虑了不同运营商不同建设阶段的选择，为核心网和无线系统网络规范讨论工作起到了指导作用。12种系统整体架构详细描述如下(注：NR-5G New Radio，NGCN- NextGenCore Network)。

1 ) 传统LTE架构，LTE连接到EPC。

2 ) 5G独立网络(Standalone，简称SA)。采用独立的新型无线系统(NR)，并连接到新一代核心网上(NGCN)。

3 ) 非独立(Non-Standalone，简称NSA)，LTE辅助(即控制信令走LTE)，仅连接到EPC。

不部署新的5G核心网，因此EPC需要升级支持5G业务和5G无线系统，LTE和5G采用双连接方式，由LTE系统经S1-MME接口连接到EPC。选项3)中与3a)的区别在于5G用户面是否连接到EPC。选项3)中，用户面分流只能由LTE系统进行，而3a)下，5G无线系统的用户面直接与EPC连接，可以由EPC进行业务分流。

4 ) 非独立(NSA)，5G新无线系统辅助，仅连接到5G核心网(NGCN)。

5) Standalone方式。升级LTE系统到R-15版本，连接到5G核心网(NGCN)。

6) 独立5G无线网络，仅连接到EPC。

7) 非独立(NSA)，LTE辅助，仅连接到5G核心网(NGCN)。

选项7)与7a)的区别与上面3)和4)的情形类似。

8) 非独立(NSA)，5G无线系统辅助，仅连接到EPC。

选项8)与8a)的区别与上面3)、4)和7)的情形类似。

1.2  RAN2/3对架构的选择(RP-161266)

在RP-61266中，同样列出了RAN2/3对各种架构的考虑和选择。

-   选项1是传统的LTE架构，无需再讨论。

-   架构2是独立5G架构，是5G系统的最终形态。

-    架构3应该是5G系统早期热点部署时的形态。借助LTE与5G无线系统之间的双连接提供较高速率。目前各厂家演示的LTE-5G双连接应该与此架构相类似。

-    架构4中，需要新建5G核心网，并利用5G与LTE双连接来更好地为5G用户提供性能和服务。

-   架构5下，LTE升级到R15版本，提供5G服务，采用新型5G核心网。此架构更多地在RAN3(网络研究研究)的工作范围内，LTE系统直接采用R15的协议栈就可以了，无需RAN2再对RLC/MAC/RRC等协议进行更多研究。

-   架构6下，采用传统EPC支持5G无线系统，基本不予考虑。

-   架构7采用5G核心网，5G系统控制面经由LTE连接。这种场景也可能会在网络初始部署时应用，以便提供新业务等。

-   选项8，LTE和5G无线共存，且只采用EPC，也不予考虑。

2. LTE与5G双连接架构选择

从上面各种选项可以看到，LTE于5G双连接是未来5G部署中的重要选择。目前Ericsson和华为演示的LTE-5G双连接方案中，没有详细的系统架构描述，因此无从知道LTE于5G的配置关系，比如哪个系统做MeNB，提供与核心网的控制面连接，哪个系统做SeNB，是在核心网还是在RAN侧进行分流，是从LTE侧还是5G侧控制分流，等等。

那么，考虑最简单的情况，即仍采用EPC系统，则目前的双连接方式到底可能会采用哪种网络架构哪？

2.1 TR38.801的讨论结果

在TR38.801中提到，3/3a下采用双连接(DualConnectivity)方式时，可以基于TS36.300中所定义的DC架构来实现，以避免对EPC的影响。LTEeNB和gNB之间采用Xx接口，其协议和过程与DC的基本一样，但是会有微小改变。协议架构如下图所示。

LTE eNB和MME之间存在S1-MME连接，因此LTEeNB为MeNB，5GgNB为SeNB。在选项3)下，用户面也只通过LTE连接到EPC，因此分流只能在LTE进行，而3a)下，gNB与EPC之间也有用户面连接，因此也可以通过gNB进行分流。

2.2 KT 规范中的双连接架构

KT颁布的KT 5G-SIG中，在TS 5G.300中描述了双连接架构。

首先，从网络总体架构上看，eNB与MME之间存在S1-MME连接，5G node与MME没有连接。

其次，从其双连接架构的用户面看，在5G node中的PDCP上增加了一个SWI/SPL协议层，用以进行LTE与5G网络之间的数据流分配和控制工作。从控制面看，5G RRC消息采用DRB经由LTE传送。

而TS 5G.300附录信息表明，5G RRC消息在传送前还需要经过UDP/IP封装过程，才能够通过DRB经由LTE传送给UE。

需要说明的是，KT标准是由多个设备厂家和终端厂家一起讨论的结果，这个过程中，更多地考虑了终端厂家的意见，其用户面和控制面架构都是从多个选项中讨论产生的结果，可见未来的5G标准制定工作还是很艰难的。

后续我们会根据3GPP最新讨论结果来深入分析核心网和无线网架构，并研究未来的LTE与5G的协同部署和互操作方案，大家一起来学习相关知识，了解更多厂家和运营商的5G架构和部署方式选择吧。（来源公众号：5G通信技术）