5G异构网络双连接技术优化算法研究.pdf

大小 7.3MB 页数 62 页 格式 PDF

北 京交 通大 学硕士 学位 论 文

摘要

在 5 G 部署早 期 , 利 用 4G 现有 网 络的 非独立 混合组 网 方案 是 目 前运 营 商 出 于 成本考 虑 的 主 要 部署方案 。 非 独立组 网 方 案 可 以 最 大 程度 上 利用 现有 的 4G 网 络 进 行接 入, 解决 5 G 前期基 站覆盖 不足 的 问 题。 双连接 技术 作为 非 独 立 组 网 的接入 技 术可 以 使用 户 同 时连接 两个基站 , 使 用 两 个不 同 频段的 频谱 资 源 。 同 时双 连接技 术 相较于 载波 聚 合技 术造价更低 , 更利 于 大 范 围 部 署。 本文 在 被标准化 的非 独立 组 网 标准 之 上 研 究双连接的 优化算法 , 主 要研 究基站 间的 流量分 配 与 负载 均衡。 本文对 双 连接在数据链路层的 不 同 架 构 做 了 简 要的 分析与 介绍 , 并针对 沿用 4G 核 心网 和 主 基站 的 Opit 〇n3 的 系 统架 构 与接入策略 做 了 深 入的 研究 与 分析 。 我 们 在 研 究 接入策略 时 发 现 了 某 些 边 缘用 户 接入双连接后 性能不 增反 降的 反 常 现象。 。 经过 分析 发现 是其基站间 流 量 调度 算法 不理 想 导 致的 , 尤其 在T CP 协 议下 的 传输 本文 针对流量 控制算 法造成 某些用 户 的 反常 情况 , 对其 流量调 度机 制 与 数据 请求 量进行 了 优化 , 主要加 入 了 对 主 基站 传输 质量 的 计算 与 比较 , 同 时 也让 主 基站 根据 副基站的 传输性 能对发送 到副 基站 数据采 用 更合理 的调 度机制 。 针对 TCP 协 议 下 的数 据按序发 送 需求 , 本文研 究 并设计 了 一种新 的 流量控 制架构和 与 之对 应 的 算 法 , 能 使 数据提前 计 算 两 条传输路径 的 预 计传输时 间 , 并 选择 传输时 间 最 短 的 路径 , 不 再将发往 副 基 站的 数据与 主基站 的数 据集 中在 一个 缓冲 区 内 , 缓解TCP 协议 的 拥 塞控制 算法带来 的 不 便。 仿真 结 果 表 明 优化 后 的 算 法在主 基站采用4G 接入, 副基站采 用 5G 接入 的 混 合组 网 方案 中 对 于 用 户 的平均传 输 速率 , 尤其是 边缘 用 户的 传输速 率 有 明 显 的 提 升 , 同 时 也 明 显 改善 了TCP 协 议 下 用 户的 传输性能 。 本文研究 了 双连 接 的接入机 制 , 并 优化 了 流量控 制算 法 , 同 时 引 入 了 新 的流 量控制 架 构 和 调 度机 制 来保证 其 在 TCP 协议下 的 性能 。 关键词 : LTE ;5G ;双连接 ; 非独立 组网 ; 边缘 用户 ;负 载

北 京 交 通大 学 硕 I : 学 位 论 文

A B ST R ACT

AB S T RA CT

A t th e e ar l ys t age o f 5 Gd e p l oy m e n t , thenon - S tan da l on e (NSA ) networkin gsolution i so neo f t h e m a i nd e p l oym e nt so l u t i on s fo ro p er at o rs du e to t h eco st .N S An et wo rk i n g c anut il i z e t h e ex i s t i n g4 G n e tw o rk fo r ac ce ss ,andtacklethe problemofinsuf if c i en t c ov era ge at t h e i n i ti a l s tag e of 5 G d ep l o ym en t . D u a l co n n ec t i v i tya s an acce ss t ec hn o l o gy i nN S A a l l ow s u s ers t o s i m u l t an eo u s l yc on n ec tw i th t wo b a s es t at i o n sand u s es p ec trum r e sou rce s at tw o d i ffe re nt fre q u en c i es an d i s al s o l o w e r i n co s t t han th e c arr i er agg r egat i on t e chn o l ogyfo r l a rg e - s c al ed ep l oym en t . Th i sp ap e rs tud i e s th e a l g or i t hm fo r du a l . c onn e ct i v i ty op ti m i zati o n o ntop o f t h es t an d a r di z e d N S A n e tw o rk i n g T h i spa permakesab ir ef an a l y s i s and i n tro d u c t i on t o t h e d i ffe r en t arc hi t e ct u re so f d u al c onn ec t i v i ty i n d at a l i n k l ay e r , andconductsin - d ep t hre s earc ha nda n a l y s i son t h e s y st emarch i t ec tu re and acce ss st rategy o fO p iont3 , whichusesthe4Gcorenetwork a l on gw i th LTE m a st erb as es tat i on s . W h en exp l ori ng acces s str ategy ,we found an abno rm al ph eno m en on i n th ep e rfo rm a nceo fed ge u s ers w i t hdu a lc o nn e cti o n . O u r an a l y s i s show s th ed at a cont ro la lg o r it hm b et w ee nt h eb a se st at i on s i s p oo r,es peciall y und er th eTC P pr ot o co l .I nt h i s pa per ,theflowcontrolal gorithmtar getstheabnormal performanceofedgeusers , ando pt i m i z e s i t s t raffi c - sc h ed u li ng m ech an i s m as w e ll a s d at a requ e st vo l um e . I tm a i n l y i n t ro d u c e s th e cal cu l at i on an d com p air son o f t h et ran s m i ss i on qual i ty b e tw ee nt h e b as es ta ti ons , andalsoal l ow sth e m a st er b a se st at i on to h av ea m o r e rec i se .I n or d ert o m eett h e p g ra spo f t h ed ata t ran sm i t te dt oth e second ary b as est at i on d e m ando f d at a tran sm i s s i onun d e rT CP rot o co l p ,this pa perstudiesanddesi gnsanew f l ow c on tro l arc h i tectu re a sw e l la s it s co rre spon d i n g a l g or i t h m ,whichcancalculatethe ex p ect ed tr an s m i ss i on rat es o f tw o t ran sm i ss i on pathsinadvanceandselecttheonewith t he shor test t ran s m i ss i ont i m e .Th ed at a di st r ib ute dform a st erb a se stat i o n i s n o l on ge r p lace dint hesamebufferwiththeda taforsecondar ybasestation , thereb y al l ev i at i n g t h e i nc onv en i en cecau s e db y t h e con g est i on c ont ro la l go ri t hm o f the TC Pprotocol . T h e s i m u l at i on r esu l t ssho w t h a t t h eperformanceofo pt i m i ze d al g or i t h mus i ngt h e N SA con fi gu rat i on i n wh i ch 4 G b a ses t at i on s a s t h e acce ssfo r c on tro lp l an ed ata an dt h e 5G ba s estat i on s fo r u s er p l an e dat a . Th e ave ra g e t ran sm i ss i on rat e o f th e u s ers , es peciall y t he edg eus er ' str an sm i ss ion r ate , i s s i gn i fi can t l y i m p rov ed , andtheim p rov em en t i s a l so r em ark ab l e on t h eperformanceoftheusersundertheTCP p ro to co l . Th i s p ap er stud i e s t h e d ua lc on n ect i v i ty a cce sss tr at egyand o p ti m i ze st h efl ow con tr o l al go ri th m i n du a l connecti vit y . M o reov e r, i t i n t rodu c e san ew fl ow co n t rol arc h i tect u re an d s c h ed ul i n g

北 京 交通 大 学 硕士 学 位 论文ABSTRACT

m echa n i sm to e n sure i t sperformanceundertheTCP protocol

KEYWORD S :LTE ;5G ;Dualconnectivit y ; Non - standal one ; Ed geuser ;Load

V

北京 交 通大 学硕士 学 位 论 文

目 录

賴
II
_
III
ABSTRACT
IV
VI
1弓
1胃
8
1
.
1
研究背景与研究意义
8
1
.
2
国内外研究现状
10
1
.3
章节安排
12
2双连接与系统架构
14
2.
1
系统架构设计
14
2.1
.1PDCP层
14
2-1
.2RLC层
15
2.1
.
3MAC
层
17
2.
2LTE中的双连接
18
2.2.11A
19
2.2.23C
20
2.3LTE
-
5GNR混合组网中的双连接
21
2.3.
15G部署方式
21
2.3.2Option3/3a
24
2.3.3Option3x
25
2.
3.
4Option4/4a
27
2.3.5Option7/7a/7x
27
2.4
本章小结
29
3双连接用户接入策略优化
30
3.1
双连接性能的判断
30
3.1
.
1
网络中的不同用户种类
30
3.
1
.2
双连接增益的计算
31
3.1
.3
接入中的问题与优化
32
3.2
双连接的接入选择
33

北 京交通大学 硕士学 位 论文

3
.2
_1
双连接的接入步骤
33
3
.2
.2
接入标准的确定
33
3
.
3
最佳微小区接入门限值的确定
34
3.3.1
仿真环境的搭建
34
3.3
_2
仿真结果分析
36
3
.
3.
3
微小区的选择
40
3.4
本章小结
40
4双连接流量控制算法优化 41
4
.
1
流量控制算法的不足
41
4.
2
“请求
-发送
” 机制的改进
44
4.
3TCP协议带来的问题
50
4.4
流量控制算法的架构改进
53
4.5
本章小结
56
5结论 57
5.1
论文工作总结
57
5.2
随后研究展望
57
参考文献 59
作者简历及攻读硕士
/博士学位期间取得的研究成果
62
独创性声明 63
学位论文数据集 64

Vi i

北 京 交通 大学硕土学位 论 文 引 言

1 引 言

目 前 民 用 无 线通信 系 统 己 经 进 入 第 五 代 移 动 通 信 (Fifth Generation ,5G ) 时 代 , 过 去 从 第 一 代移 动 通 信 系 统 到第 四 代移 动通 信 系 统 都给 经 济 社 会 带 来 影 响 深 远 的 变革 。 目 前 已 经 成 熟 的 第 四 代 移动 通 信 (F otr hGe n e r a t i on , 4G )技 术 给人 们的 生 活 和 工 作 带 来 了 极 大 的 效 率和便利 , 也 催 生 出 许 多 新 的 产 业 , 改变 了 许多 行 业 的 发 展 轨 迹 。 5 G 技 术在 4G 技 术 的 基础 之 上 发 展 而 来 , 是为 了 解 决 人 们 对 于 移动 网 络 更 高 的 要 求 , 带 来更 多 便 利。 目 前 5 G 的 标准化 工 作 己 经基 本 全 部 完 成 , 随 着 一 些 终端 机 的 陆续 推 出 , 5G 商 业 运 营 的 大幕 也 己 拉 开 。 本 章节 首 先 介 绍 研 究背 景 与 研 究 意 义 , 其次 介 绍相关技 术 的 研 究现 状 , 最后 说 明 论文 的 章 节安排 。

1 . 1

研究 背景 与研究 意 义

第 一代 移动 通 信 (F i rst Gen erat i on ,1G ) 于 1 9 79 年在 日 本 被推 出 , 日 本 电 信 电 话 公 司 首 先 在 东 京 都 市 圈 提供移动电 话服 务, 随后在 5 年时 间 内 将 其推广 至 日 本 全 国 , 其 标准 最后 统 一 为 JT AC S , 后 期 于 2 1 世纪 初 退 网 。 在 上 世纪 八 十 年代 , 移动 蜂 窝 通 信 技术 逐渐 在欧洲 和 北 美 普 及。 在 198 1 年 , 第 一 个真 正全 自 动 蜂 窝 通 信 技 术 网 络NMT (NordicMob il eT e l ephon e)在北欧及 俄 罗 斯 等 国 推 出 , 随 后 成为 欧 洲 地 区 普 遍 使 用 的 标准 , 最后 在2008 年左右各 国 开始对 N MT 清 频 退 网 。 在 1 9 8 3 年 , 美 国 的 贝 尔 实验 室 (Bel lL ab s ) 提 出 新 的 1 G 技术 标准 AMP S (AdvancedMobilePhone Sy ste m ) , 随 后 成 为 北 美与 澳 大利亚 等 地 区的 技 术 标 准 , 并最 后 于 20 世 纪 末 退 网 。 我 国 的 1 G 商用 建设 开始 于 1 9 8 7 年 的 全运会 , 最后 于 200 1 年 退 网 。 我 国采 用 的技 术 标准 是摩 托 罗 拉 公司 于 1 9 83 年在 英 国 推 出 的 TAC S 。 1 G 的 推 出 在 当 时 是革 命性 的 , 让 更 多 普 通 民 众体 验 的 移动 通 信 的 便捷 。 1 G 最大 的 特 点 是其采 用 模拟 信 号 技 术 , 其 缺点 明显 : 终 端 耗 电 量大 (通 常 待机 时 间 不 超 过 一 小时 ) , 通信 保密 性 差 , 频 谱 利 用率低 , 抗干扰 能力弱 等。 同 时 系 统维 护成 本 高 昂 , 终 端 价 格 昂 贵 等 也 限制 了 1 G 的 普 及 。 第二 代 移 动通 信 (SecondGeneration ,2G ) 网 络诞 生 于 1 99 1 年 的 芬 兰 。 其 技 术标 准 就 是 知 名的GSM (GlobalS ystemforMobilecommunica iont s , 全 球 移动通信系 统 )。 G SM 是 目 前 世 界 上应 用 最为 广 泛 的 移动 电 话标准 , 有 超 过 2 0 0 个 国 家 的 10 亿人 使 用GSM 服 务。 G SM 采 用 TD MA ( Ti m e D i v i s i onM u l ti pl e A c c es s , 时分 多 址 ) 技 术 , 北 美 地 区 及 韩 国 采 用 了 基 于CDMA (Code DivisionMul it p l eA cces s , 码 分多 址 ) 技术 的 cd m aO n e , 不过全 球 范 围 来看 G SM 仍然 是 2G 技 术 的 主流 标准 。 G SM 服 务在

8

北 京交通大 学 硕士 学 位论文 ^

2 0 1 4 年 开始 陆 续在 欧 洲 与 北 美 地 K 逐 步 退 网 , 但 是 考 虑 到GSM 相 较 于 随 后 部 署 的 网 络 拥 有 这 较 高 的 覆 盖 率 与 稳 定 的 性 能 , 目 前 包 括 中 国 在 内 的 很 多 国 家 仍 然 在 提供 G SM 服务 。 2 G 通信 系 统是 目 前应 用 范 围 最 广 , 使 用 人群 最 多 , 活 跃时间 最 长 的 技 术 标准 。 这主 要 得 益 于 2 G 采 用 了 数字通 信 技术 , 可 以 提 供更 高 效 的 语 音 通 信 的 服 务 , 不 仅如 此还 可 以 提供 SM S (ShortMessa ge Service ) 服 务 与 低 速 网 络 接 入 服 务 。 但 是 随着 互 联 网 的 兴起 , 数 据 流量 需 求 变 得 日 益 庞 大 , 2 G 的 低 速互 联 网 接 入 服 务 不能 满 足人 们 的 数 据 需 求 , 同 时 2G 系 统 的 频谱利 用 率 在频谱 日 益 紧 张 的 今 。 天显 得较为 低 下

第三 代 移动 通 信 技 术 (Third Ge neration , 3 G) 最 早 在 20 世 纪 8 0 年 代 由 ITU ( Int ern at ion al Te l ec om m un i cat i on Un i on) 开始 进行 研究 。 世 界 上 第 一个 商 用 3 G 网 络 是日 本 电 信 运 营商NTTDoCoMo 在 1 9 9 8 年推 出 的 F OMA 。 3 G 技 术 标准主 要 是 欧 洲 地 区的WCDMA (WidebandCodeDiv i s i onM u lt i p l e A cc ess , 宽 带码 分 多 址 ) , 北 美 与 韩 国 的 CDMA2000 和中 国 主 导的TD - S C DMA( T i m e D i v i s i o n - S y n c h ro no u sC o d e D i v i s i on Mu l ti p l e A cc e s s , 时 分 同 步 码 分 多 址 ) 。 3G 技 术相较 于 2 G 有 较 高 的 数 据 传 输 速 率 , 可 以 满 足 日 常 的 互 联 网 接 入 需求 , 同 时 3 G 技术 有 更 高 的 频谱 利 用 率 , 可 以 更 加 有效 的 使 用 日 益短 缺 的 频 谱 资 源。 这也 是 3 G 技 术得 以 快 速 普及 的 原 因 。 在 我 国 , 三 种 主 要 的 3 G 制 式协 同 共存 , 隶属 于不 同的 运 营 商 , 由 于TD - S C D MA 的 技 术 积 累 相对而 言 较 为 薄 弱 , 应用 地 区较 少 , 所 以TD - S C DMA 已 于近 期 退 网 清频 。 第 四 代移 动 通 信 技术 (4G )在 2 1 世纪早期 开 始 标准 的制 定 工 作 。 20 00 年 , I TU 将 4 G 定义为 高速 下 1 00 Mb p s 的 速率 , 正 常情 况 下 l G b p s 的 速 率 。 随 后 在 20 0 2 年 N TT D oC oMo 提 出 了 LTE(Lon gTermEvolution )技术, 随后被普遍 认为是 新 一代 4 G 技 术 。 在 2006 年 , 韩 国 电信 运 营 商 提 供 了 世 界 上 第 一 个 商 用 4G 网 络服务 , 随 后 日 本 美 国 欧 洲 陆 续 建成 商 用 4G 通 信 网 络 。 2 0 1 3 年 , 我 国 在 北 京 、 上 海 、 广 州 、 深 圳 等 1 6 个城 市 建成 4G 网 络 , 到 20 14 年年 底 , 4G 网 络 覆 盖 了 超 过 3 4 0 个城 市 。 虽然 普 遍将LTE 视 为 4G 技术 , 但 是LTE 的 下 行速 率 只 有 1 00Mbp s 并 未 达 到 I TU 的 标准 , 因 此 理论上 并 不 能 视 为 4G 技 术 。 随 后推 出 的LTE - A (Ad v an ce d ) 的 下 行 一 速 率 达 到 了l Gb p s , 上 行速 率达 到 了500Mb p s , 满 足 了 ITU 对4G 的定义 。 不 过 般 区 分不 严格 的 论 述 场景 下 , 一 般将 LTE 视为 4G 技 术 。 目 前大 多 数 非 洲 以 外 的 国 家 都 部 署 了 4G 网 络 , 不 过 在部 署4G 网 络的国 家 , 4 G 覆 盖 范 围 普 遍 小 于 GSM 和W CDM A 为 主 的 2G , 3 G 网络 , 这 也 就 是 大 多 数 国 家 都是 多 个 网 络 制 式 共 存 的 局 面的 原 因 。 4 G主 要 采 用OFDM A (Ort ho gona lFre quenc yDiv is ionM u lt i p le Access , 正交 频分 多 址 ) 或S C - FD MA ( Si ng l e - c arri e r F req u e n cyD i v i s i on Mu l it p l e A cce ss , 单 载 波 频 分 多 址 )接 入技 术 和MIM O (M u l ti p l e - Input a n dMu l t i p l e -Out put , 多 输 入 输 出 ) 技 术 等 , 可 以 提 供 更快的 传 输速 率 , 也 可 以将 语 音信 号通 过 数 据包 的 形 式 发送 , 使得

9

北 京 交通 大 学硕士 学位论 文引 宫

上层 核 心 网 的 设 计 更为扁 平 化 , 得 以 实 现 通话 质 量更 高 的V oDP (VoiceoverInternet P rot o c ol , 网 络 协 议 通 话 )服 务 。 值 得 指 出 的 是 , 标 准 化 组 织 3 GPP (The3rdGeneration P atrn e rP roject )在 2 0 1 3 年时 提 出 了 本 文 将探 讨 的 双 连 接 ( D u a l C onn ec t i v i ty , D C )技 术 , 它是 作 为4G 技术 提 出的 , 双 连 接 主 要 是利 用 低 造价 链路使 用户 连 接 两个 基站 , [ 1 1 可 以 利 用两段 频谱资 源 , 提 高用 户 的 可 靠性 的 同 时 获得 较大 的 传 输 速 率 。 随 着 硬件 成本的 下降 , 加入通 信 网 络 的 设 备数 成 指数 式 上 升 。 不仅 是传统 的 移 动 电 话 , 网 络中 还 会 出 现 很 多 的 物 联 网 设备和 特 种通 讯 设 备 。 这 些 设 备对通 信 的 可 靠 性有着 极 高的 要 求 , 现有 的 4 G 移 动 通 信 系 统 无法从技 术 上 保 证 传输 的 可 靠性 。 同 时 对 于 普 通 用户 而言 , 互联 网 的 急速 发展 催 生 出 更 多 依 赖 高 数 据 流 量 的 业务 , 例 如高清 视 频 直 播和实时 多 人 视频 会议 等。 面对 急 速 增 长 的 数 据 流 量 与 通信 质 量 需 求 , 现有 的 4 G 技 术 无法完全满 足 需 求 。 为 了 更 好地应 对 这 一 需 求 , 5 G 逐渐 被 提 出 并 被 标准化 。 一 个 新 的 空 口 在 5 G 时代 被 提 出 , 称 为5 GN R (N ewR ad i o) , 与 此 同 时 一 个新 的 核 心 网 架构 也 在 5 G 时代 被 提 出 并标准化 , 称 为 5 G C o re 。 考 虑 到 大 多 数将 部署 5 G 网 络 的 运 营商 都 己经 不 同 程度 上部 署 了 4 G 网 络 , 在4G 网 络基 础 之 上 部署 5 G 网 络会 极大 的降 低 成 本 , 同 时也 使 5 G 的 商业 化 部 署 更快 速 的 进行 。 双 连接 技术 可 以将4G 网 络与 5 G 网 络 混 合组 网 , 双 连接 有 不 同 架构 针 对 不 同 的 核 心 网 和基 站设置 不 同 的 混 合方案 。 双 连 接在 5 G 网 络 中视 为 一 种最 有效 的 接 入 机 制 [2 ] , 因 为5 G 场景 的 流 量 分 布 密集且 不均 , 双 连接 可 以 根 据场景 需 要 提供 辅助 接 入 , 来提 高 用 户 的 传 输速率 。

1 . 2 国 内 外 研究 现状

为 了 满 足用户的 流 量 需 求 并提供较 高的 传 输 速 率 , 移动 运 营 商 主 要有三 个 可 [3 ] 行 的 方 案 : 使 用 更 多 的 频谱 资 源 、 提 高 频谱 利 用 率 和增加 小 区 密度 。 就 目 前 来看 , 频 谱 资 源已 经 变得 极为 稀缺 , 而 高 频 段 的 频谱 资 源 的 使 用 仍 有 诸 多 技 术 性 限 制 , 无 线 接入 的 频谱 效 率己 经 接近 了 香农 极 限 [4 ] , 通过 引 入 多 个 小 区 来增加 整个 网 络 容 量 成 为 自 LTE 以 来可 行 较 高 的 方 案W 。 异构 无线 系 统 中 , 不 同 制 式 的 基站 混合 组 网 时 , 因 为 单个 基 站的 信号 覆 盖 范 围 和 带 宽 有 限 , 当 基站 的 覆 盖 范 围 过 小 时 可 能 导致 频 繁 的 切换 , 这会 带 来移 动 性 问 题 。 因 此 , 集 中 多 个 小 区 的 无 线 传输 资 源 来 为 用 户 。 提 供服 务 可 以 更好地 满 足 用户的 覆盖 要 求 和 传 输 质 量 需 求 未来 的 5G 网 络 一 定 是 多 种 通信 类 型 与 协 议 网 络 并 存 的 异 构 网 络 异构 网 络 带 来很 多 好 处 的 同 时也 带来 了 很 多 的 挑 战 和 问 题 [7 ,8 ] 。 为 了 能将 异 构 网 络 的 好 处最 大 化 , 有许 多 关 于微 小 区 与 宏 小 区 进 行 整合协作 的 研 究 [?1 1 ] 。 无 线 通 信 系 统 中 , 使 用 的 带 宽 越大 , 所 能提 供 的 用 户 传输 速 率越 高 。 3 GPP 在

1 0

北 京交通 大学 硕士学位论文 H

r e l ea s e l O 中 提 出 了 LTE -A 载波 聚 合 ( C ar r i er Agg r e g ati o n ,CA )技 术 , 实 现 . 1: 作 在 小 同 频段 的 不 同 系 统 (FDD 以 及TDD ) , 在 使 用大小 不 一 的 带 宽资 源 时 可 以相 互 协作 , 从 而 利 用 更 大 的 带 宽 资 源 来 提 升整 个 系 统 的 性能 [ 1 2 1 。 文献 [ 13 ] 表明了载波聚合技 术在 用 户 吞 吐 和移动 性 上 提 供 了 很好 的 增 益 , 然 而 载波 聚 合 技术 的 代 价 是 协 作小 区的 基站 之间必 须 使用 时 延 较小的高 速光纤 相 连 。

在载波 聚 合技术 的 基 础之 上 , 3 GP P 在 R e l ea se 12 中 提 出 的 双 连 接 技 术 , 可 以 使 用 来自 多 个 基 站的 传输 资 源 [14 】 。 文 献 [ 1 5 , 1 6 ]介绍了双连接的基本特点与性能 , 双 连接 可 以 使 用 户 被 两 个 小 区 服 务 , 而 双 连 接 中 协作 小 区 的 基 站 间 可 以 使 用 时 延 较 大 , 传 输 速 率 较 小 的 非 理 想 回 程 链 路 相 连 。 双 连 接 在 真 实 环 境 下 的 性 能 在 文 献 [ 1 7 , 1 8 ]中 得到了验证 。 双 连接 可 以 在 没有 部 署 理 想 光 纤 回 路 时 提 供载波 聚合 的 增 益 , 而且 双 连接 是 在载 波 聚合 基 础 之 上提 出 的 , 所 以 双连接 可 以向 前兼容 采 用 载 波 聚 合 小 区 协 作 的 终 端 [19 ] 。 文 献 [ 2 0 ]表明双连接为用户提供了可观的速率提升并显著的 降 低 了 切换 的 失 败率 , 提 升 了 用 户的 移 动 鲁 棒 性。 文 中 也提 到 了 随后 双 连接 的 发展 趋 势 , 比 如 将双 连 接应 用 于 云 网 络 架构和将 双 连 接应 用 于 不 同 的 接 入 技术 中 , 例如 LTE 与 5 G 。 相较 于 载波 聚 合技术 , 双连 接 技术 在 部署 成本 上显 著 降 低 , 而且 提 供 了 多 种分 类 方式 , 受 到 了 很 多 运 营 商 与 研 究 机 构 的 关 注 [21 _ 2 5 ] 。 3 G PP 在 TR36 . 9 3 2 提 出 针对 微 小 区 场 景下 增强技 术 的 要求 后 , 双连 接 被 视 为 一个潜 在 的 热 门 技术 [26 ] 。 双连接普 遍 来 说 是 指 一 个用 户 (U ser E qu i p m e nt ,UE )同 时 连 接至 少 两 个 基 站 , 通 常 是 一个 宏 基 站 作为 主 基站 (M a ste r N od e ,MN ) , 微 基站 作 为 副 基站 (Second ar y Node ,SN ) , 分别 负责 一 个宏 小 区 群 (M acr o C e l lGro up , M C G) 和 一 个微 小 区 (Smal lC e l l Group ,SCG ) 。 文 献 [ 2 7 ]总结了在LTE时期双连接标准的特点 并通 过 系 统 级 仿真对 双 连 接 的 性 能 进 行 了 检 测 , 仿真表 明 双 连 接 用 户 不 仅可 以 显 著提 高 用户 的 吞吐 量 , 还 可 以提 高 用 户 在高速 移动场 景 下 的 通信 可 靠性 。 同 时 文 献 [27 ]还 详 细描 述了 双 连 接 在 LT E 网 络 中 用 户 平 面 (User - P l an e ,U -P ) 和 控 制 平 面 (Control - P l an e ,C - P ) 的 实 施 细 节和 具体 的 功 能模 块 。 3G PP RAN#68 会议 上 In t e l 提 出LTE+WL AN 的 应 用 场 景 , LTE 与 WL AN 的 结合 可 以将 核 心 网 的WLAN 卸 载 , 可 以 提 高 网 络 的利用 效 率 并 提 高 用户 吞 吐 速率 。 3 GPP RAN # 7 1 会 议 中 提 出 了 下 一 代 无 线接 入 方案 , 随 后NOKIA 在 3 G PP RAN #8 6 会 议上 提 出 了 一种 新 的 无线 接入方式 , 可 以 将 主 基站 的 信 令 负 载 转移 至 副 基站 , 如 果副 基站 的 性 能相 较 于 主 基站 更高 。 3 GP P 在 TR3 8 .801 中 提 到 了 LTE 与 5 G NR 结 合的 具 体方 案 , 这个 版 本 确 定 了 双连 接 在 核 心 网 维持 不 变 的 情 况 下 引 入 5G 的 具 体实 施 标准 , 目 标 是将 5 G 在 高 频段 的 性 能 分担 更 多 的 用 户 数据@] 。 文 献 [29 ]提出了 一 个 可 用 于 多 个无 线 接 入 (RadioAccessTechnolo gy,RAT)的无 线 网 络 架 构 , 此 网 络 架构 主 要 应 用 在 5 G 网 络 中 支 持双 连 接接 入 的 业 务 流量 控 制 与

北 京 交 通大 学硕 士 学位 论 文引 芑

链路选 择 。 这 可 以 在 4G 与 5 G 协 同 组 网 时 提 高用 户的 传输速 率 与 提 高用 户 对 于传 输环 境 较 为恶 劣 的 场景 下 通信 的 可 靠性 。 文 献 [30 ]中阐 述了5G与LTE 进行双 连接 传输 的 优 点 , 文 献 还 指 出 LT E 与 5 GNR 在 网 络接 口 上 必 须 保 证 在 PD CP ( P ack e t D ata C o n v erg en c eP ro to co l , 分 组 数据汇聚 协议 ) 层与RRC (RadioResourceControl , 无 线 资 源 控 制 )层 保持 相同 , 这 一 论 述 也 在 随 后介 绍 的 双连 接 标准 细 节 上 得 到 了 体 现。 文 献 [3 1 ] 提出了三 种LTE与 5 G 协 同 组 网 时可 以 选 择 的 三 种具体 的 架 构 方 案 , 并三 种 架 构 下 预 期 带 来 的 收入 。

3 GPP定 义 了 5 G的 三 大应 用 场 景 : eMBB (enhancedMobi l eB ro a db and , 增强移 动宽 带 ) , URLL C (U lt r aR e li ab l e L o wL at en cy C o m m un i ca iot n s , 大规模物 联 网 业 务 ) [32 】 和mMTC (massiveMachineT y peCommunications , 超 可 靠低 时 延 通 信 ) 。 3 GPP 在 R e l e as e1 5 阐 述 LTE 与 5 G 早 期 的 混 合 组 网 主 要满 足 eMB B 和 URL LC 。 5G 的 部 署标 准 分为 两个 阶段 , 第 一 个阶段 是 N S A (Non - S t an dal on e , 非独 立 组 网 ) , 用 4 G 核 心 网EP C (E v ol ved P acke tC o re )或5 G的 核心 网 N G C(N ext G en e rat i on C o re) , 以4G 作 为 控 制 面 的 锚 点 , 采 用LTE 与 5 G NR 双 连 接 的 方 式传 输 用 户 数 据 , 利 用 现有 的

LTE 网 络部署 5G , 解 决在 5 G 部署 早期 可 能 出 现 的 覆 盖 不足 的 情 况 , 实 现 5G 的 快 速 部署 。 20 1 7 年 1 2 月 2 1 日 , 3 GP PRAN # 7 8 次会议 上 将 5 G NR N SA 标准冻 结 , 本 文所 研究 的 双连 接技 术就是 基 于 5 GNRN SA 组 网 标准 。 第二 阶段 是 SA ( Standalone , 独 立 组 网 ) , 用NGC 作 为核 心 网 , 以 5G NR 作 为 控 制 面 的 锚 点 , 采 用 LTE 与 5 GNR 双 连接 的 方 式传输 用 户 数据 。 2 0 1 8 年 6 月 1 3 曰 , 3 GPP T S G # 8 0 次会 议 上 将 5 G NR S A 标准 冻 结 , 大 多 数 移 动 运 营 商 会将 N SA 作为 部署 5 G 网 络 早期 的 方 案 , 当 5 G 核 心 网 建 成 而 且 5 G 基 站 网 络 较为 成 熟 , 覆 。 盖 范 围 足够 时再 向 S A 过渡

虽然N S A 组 网 标准 己 经冻结 , 但 是大 多 数 关 于 双 连接 的 研 究 主 要 集 中 在 组 网 架 构上 , 而大 多数NSA 网 络仍然 采 用 4G 时 期 的 双 连 接接入 与 流量 控 制 机制 , 对 于 性 能 有着很 大 限制 。 主 要 原 因 在 于在N S A 组 网 时 , 绝大 多 数 情 况 下 双 连接 会使 微 小 区 分担 很 大 一 部 分 的 数 据传输 任 务 , 依靠 于 N SA 网 络 中 微 小 更 大 的 传输 带 宽 , 其传输速 率 相 较 于 4G 时 期 的 双连 接有 着 极 大 的 提 升 , 而 适 用与 4G 网 络 的 接 入 与 流 量 调度 机 制 并 没 有 针对 N SA 网 络 的 传输特性进 行优 化 , 在 后 文 中 的 仿 真 中 可 以 看 出 会对N SA 网 络 的 传 输 性 能造成 很 大 影 响 , 所 以 我们的 研 究 重点 在 5 G N S A 网 。 络 中 的 双 连接 的 接 入 与 流 量 控 制 优化 算 法

1 . 3 章节 安 排

第二章 : 分 别 介 绍 了 应 用 于 4G 网 络 和 5 G 异构 网 络 中 的 双 连 接有 关 的 控 制 面

1 2

预览结束 · 共 62 页

下载完整版