關於5G NR NSA(非獨立組網)

衆所周知,3GPP最新發布的5G NSA標準採用LTE與5G NR新空口雙連接(LTE-NR DC)的方式,以4G作爲控制面的錨點(同時也爲用戶面的錨點,可以見下圖3),4G基站(eNB)爲主站,5G基站(gNB)爲從站,並沿用4G核心網。
關鍵就得從這個“雙連接”說起。
3GPP R12版本中提出了LTE雙連接(Dual Connectivity)技術,它類似於R10版本提出的LTE-A載波聚合技術,但兩者在本質上有不同之處:
①LTE雙連接下數據流在PDCP層分離和合並,隨後將用戶數據流通過多個基站同時傳送給用戶,而載波聚合下數據流在MAC層分離和合並。
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②LTE雙連接是發生在不同站點之間的聚合(通常爲一個宏基站和一個微基站,兩者間通過X2接口相連)。
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到了5G時代,由於5G NR是新的無線技術,LTE-NR雙連接就是要實現不同無線技術之間的聚合,它與LTE雙連接必然是有區別的。
區別在哪呢?主要從三個方面進行了功能擴展。
1 承載分離擴展
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雙連接引入了MCG(Master Cell Group)和 SCG(Secondary Cell Group)概念,即主從基站分別形成的服務小區簇。在LTE雙連接下,R12規定由MCG分離承載,簡單點說,就是主站是分離點,下行數據流或者從主站直接傳送到手機,或者由主站通過X2接口傳送到從站,再傳送到手機。
對於5G早期部署,LTE-NR雙連接模式下,LTE eNB(4G基站)爲主站,gNB(5G基站)爲從站,但傳統LTE雙連接難以滿足這種部署方式,主要原因是:
由於5G NR的帶寬更大,這就要求支持MCG分離承載的4G基站具備更強的處理和緩衝能力。
因此,爲了避免4G基站處理能力的瓶頸,最大限度地減少原來的4G基站升級,儘可能地降低設備研發和建網成本,LTE-NR雙連接另闢蹊徑,規定也可由SCG分離承載,即下行數據流即可從5G從站直接傳送到手機,也可由5G從站傳送到4G主站,再傳送到手機。
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▲5G NR非獨立組網選項3x
2 獨立RRC連接
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在LTE雙連接中,主站和手機之間建立RRC協議,即RRC消息僅在主站和手機間傳送。但主站和從站各自執行無線資源管理(RRM),RRM功能在主站和從站之間通過X2接口交互協同,比如從站分配資源後通過X2接口與主站交互,再由主站將包含從站資源配置的RRC消息發送給手機。
簡單的說,手機只能看到唯一來自主站的RRC消息,並且只會回覆給主站。
現在,在LTE-NR雙連接中,不僅主站和從站各自執行RRM,而且,RRC協議也獨立建立於主站和從站與手機之間。
也就是說,從站不再通過X2接口與主站進行RRM交互協同,而是通過RRC消息直接從從站傳送到手機。
另外,獨立的RRC連接也意味着主站和從站可獨立設置RRC測量。
不過,從站不能釋放手機的RRC連接,也不能使手機遷移到RRC_IDLE狀態,這是因爲UE RRC連接和上下文依然由主站存儲和管理。
在這裏有必要補充一下,相較於4G LTE只有RRC IDLE和RRC CONNECTED兩種RRC狀態,5G NR引入了一個新狀態——RRC INACTIVE。
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新引入RRC INACTIVE狀態的目的是降低連接延遲、減少信令開銷和功耗,以適應未來各種物聯網場景。
在RRC INACTIVE狀態下,RRC和NAS上下文仍部分保留在終端、基站和核心網中,此時終端狀態幾乎與RRC_IDLE相同,因此可更省電,同時,還可快速從RRC INACTIVE狀態轉移到RRC CONNECTED狀態,減少信令數量。
3 RRC分集
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如上所述,在傳統LTE雙連接下,僅從主站發送RRC消息,這樣做不適用於LTE-NR雙連接。
由於5G NR頻段更高,早期的5G基站可能主要是以微蜂窩的形式補盲和補熱點,在這種情況下,手機與5G基站的距離比4G基站更近,這意味着,當5G從站發送RRC消息時,手機接收成功的可能性更高。
值得一提的是,爲了進一步提升信令傳輸的可靠性,主站的RRC消息可以被複制,並通過主站和從站向手機發送相同的消息,以RRC分集的方式提升手機接收RRC消息的成功率。
此外,除了RRC消息重複發送,在用戶面,爲了應對5G超可靠和低延遲通信(URLLC)場景,在PDCP層上的重複傳輸方案也在討論之中。
這種方案以在多個無線鏈路上傳輸相同的數據的方式,來提升通信的可靠性。

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