3.2　无线侧网络架构

在5G网络架构的讨论中，各个运营商根据自身网络演进的需求提出了多种可能的网络架构，希望能够尽可能在继承现有网络节点资源的基础上，使用5G关键技术提升性能。因为对4G网络的存续时间的理解不同以及演进路径的不同，演化出了很多不同版本的网络架构。

有关5G网络架构的讨论最早是从2016年4月的RAN3#91bis会议开始的，并且在此次会议上确定后续将由TR38.801来负责描述相关内容 ^[4] 。在本次会议中，不同公司针对5G无线网络场景、功能分割以及架构提出了建议 ^{[5] ~ [8]} ，最终认为无线网络架构可能由于接入网与核心网络之间不同的组合，从而导致不同的形态，并将其初步描述在文献 ^[9] 中。

在2016年5月的RAN2#94次会议讨论中，基于前期的邮件讨论，初步形成了讨论文件 ^[14] ，其中重点形成了4G接入网/5G接入网与4G核心网/5G核心网的组合方式，并初步确定了在后续研究中将会针对4G-5G耦合的3种方式（见图3-7）与5G独立工作的两种方式（见图3-8）继续进行研究。

此讨论文件在RAN2、RAN3与SA2举行的联合会议中进行了讨论，但是未能得出任何结论，仅是在后续RAN2的讨论中，将部分场景描述在TR38.804中 ^[15] 。

在2016年6月韩国釜山举行的RAN#72次全会上，针对该问题再次进行了讨论 ^[17] 。在此讨论文件中，列出了4G/5G接入网与4G/5G核心网的组合（如表3-1所示）。

●　选项1：该架构为传统LTE及其增强，如图3-9所示。

●　选项2：5G独立工作模式，接入网为5G NR，核心网为5GC，该架构应为运营商进行5G部署的终极模式，即未来所有4G网络均演进为5G网络时呈现的网络架构，如图3-10所示。

●　选项3：EN-DC模式，接入网以4G LTE为主，5G NR为辅，核心网为4G EPC，该架构的提出主要在于运营商希望能够尽可能重用现有4G接入网与核心网投资，同时又能使用5G节点的传输技术提升网络性能。此外也需要注意，尽管在此架构中辅节点也具备控制面功能，但与主节点相比，其仅能够支持部分控制面功能，主要控制面功能及其相应信令仍然由主节点承载，如图3-11所示。

●　选项4：NE-DC模式，接入网以5G NR为主，4G LTE为辅，核心网为5GC，该架构的提出主要是运营商考虑在5G网络大规模部署的情况下，4G LTE网络未能完全演进完成，且网络中也存在少量LTE终端时，可以灵活地使用4G LTE网络资源，如图3-12所示。

●　选项5：eLTE模式，接入网为4G LTE增强，核心网为5GC，该网络架构的提出主要在于部分运营商仅考虑核心网升级以支持新的5G特性，例如新的QoS架构，但是仍然重用4G无线网络的能力，如图3-13所示。

●　选项6：接入网为5G NR，核心网为4G EPC，该网络架构在讨论中并未有运营商提出较强的部署预期，因此在较早阶段即被排除，如图3-14所示。

●　选项7：NG EN-DC，接入网以4G LTE为主，5G NR为辅，核心网为5GC，该网络架构考虑在选项3的基础上，升级核心网为5GC时的场景，如图3-15所示。

●　选项8：接入网以5G NR为主，4G LTE为辅，核心网为EPC，该网络架构在讨论中并未有运营商提出较强的部署预期，因此在较早阶段即被排除，如图3-16所示。

经过讨论，运营商普遍认同选项6和选项8并不在其演进的路径上，因此需求较弱，首先将这两个选项删除。此外，由于选项3以4G LTE部署为主，以5G NR为辅，因此可以尽可能重用现有4G网络的投资，从而作为5G标准的较高优先级进行研究和标准化；同时针对其他选项（选项2、选项4、选项5、选项7）同步进行研究和标准化 ^[17] 。

在2016年9月美国新奥尔良举行的RAN#73次会议上，由于部分运营商希望能够加速5G标准化的进度，从而快速推动5G商用进程，讨论是否可以将选项3 EN-DC提速完成。最终经过数轮讨论，在2017年3月的RAN#75次全会中最终决定选项3 EN-DC将在2017年12月完成，而其他选项（选项2、选项4、选项5、选项7）将在2018年6月完成。受时间以及运营商的关注度的限制，最终选项4、选项7于2018年12月才真正完成。后续篇幅将着重介绍运营商最为关注的选项3 EN-DC架构和选项2 SA架构。

在最受运营商关注的选项3 EN-DC架构中，又分为选项3、选项3a、选项3x 3类。其主要的区别在于用户面的聚合节点不同。从控制面角度来说，选项3、选项3a、选项3x的架构均相同，如图3-17所示。由图3-17可知，选项3的控制面以4G LTE基站为主，5G NR基站为辅。在这个过程中，主节点负责辅节点的添加、修改、变更、释放，而辅节点也可以触发自身的修改、变更、释放，但是大部分控制信令都是以主节点为主。而从终端的角度来看，终端会与主节点eNB建立SRB0、SRB1与SRB2的信令连接，同时也可以与辅节点gNB建立SRB3的信令连接。此时辅节点gNB由于可以不具备独立接入功能，因此可以不支持除MIB（ANR情况下需要支持部分SIB1发送）之外的系统信息发送、寻呼消息发送、连接建立流程、重建立流程等过程，终端也不需要针对辅节点gNB进行小区搜索、驻留等操作，但是终端可以支持gNB通过SRB3下发配置信息，如测量配置与测量上报。

从用户面角度来说，按照SCG终结的位置不同，可以分为选项3、选项3a和选项3x，如图3-18所示。由3种架构的用户面协议栈可知，选项3为主节点控制用户面数据流的分流，即MCG承载分离（MCG Split Bearer）；选项3a为核心网控制用户面数据流的分流，即MCG承载（MCG Bearer）+SCG承载（SCG Bearer）；选项3x为辅节点控制用户面数据流的分流，即SCG承载分离（SCGSplit Bearer）。

选项2 SA架构属于与4G LTE类似的独立工作架构，如图3-19所示，整体无线架构与4G LTE区别不大，但是与4G LTE初期相比，可以支持载波聚合（CA）、双连接（DC）以及补充上行（SUL）的机制。

其控制面与用户面协议栈如图3-20所示，有关选项2的详细功能描述见第11章。

在3GPP标准协议中对这些系统架构中的选项定义了各自的术语，如表3-2所示。

在有双连接架构的情况下，用户面和控制面的协议栈相对来说比较复杂。4G和5G系统间在QoS架构上有很大的差别。当MCG连接到EPC时，即使无线接入技术采用的是NR，建立的无线承载也采用LTE系统的QoS架构。当MCG连接到5GC时，建立的无线承载需要采用NR系统的QoS架构。NR系统的QoS的详细内容可以参考第13章。因此无线承载在EN-DC和其他的DC架构上，即NG EN-DC、NE-DC和NR-DC，是不同的。从终端和从基站角度来看，无线承载的协议栈构成也是不同的。在双连接架构下，网络节点由两个节点构成，即MN（主节点）和SN（辅节点）。PDCP和SDAP协议栈和对应的PDCP以下的协议栈（即RLC、MAC和PHY）可能位于不同的网络节点。在终端内部不存在不同节点的区分问题，但是有小区群的角色问题，即需要区分主小区群（MCG）和辅小区群（SCG）。MCG和SCG之间的差异源于不同的无线承载汇聚的协议层（即MAC和PHY）不同。

对于EN-DC，从网络侧来看，无线承载的构成如图3-21 ^[19] 所示。

当一个无线承载的RLC、MAC和PHY协议栈位于MN时，该无线承载称为MCG Bearer，反之称为SCG Bearer。SCG Bearer的引入目的很简单，就是为了充分利用NR的无线接入流量。当SCG Bearer的PDCP协议栈在SN上时，SN和核心网之间建立直接的用户平面数据GTP-U通道，这样SN可以分担PDCP协议的处理负荷。当PDCP协议栈在MN上时，处理负荷分担的好处没有了，而且还增加了用户面的时延。MCG Bearer的PDCP协议栈在SN时，无线承载有类似的问题。但是这种类型的无线承载在某些异常情况下，可以减少用户面性能的损失。例如，从终端的角度来说，如果SN上发生了无线链路失败（RLF），那么网络可以选择把分离承载（Split Bearer）在SN分支上PDCP以下的协议栈释放掉，但是可以保留在SN上的PDCP协议栈和MN上的协议栈，从而让这个无线承载继续工作。否则，网络要么选择释放SN上所有的无线承载，要么把这些无线承载转移到MN上。这些操作都会导致用户面协议栈（包括PDCP）重建。而释放PDCP以下协议栈的操作只会导致和这个无线承载相关的RLC的重建和MAC层对应的HARQ过程的复位操作，用户面的损失要小得多。基于此，在R16时，引入MCG快速恢复的技术，以处理MN上发生的RLF（在SN还在正常工作的时候）。同样的道理，PDCP在MN上的SCG Bearer也可以作为临时的过渡方案减少用户面的损失。

前面提到的分离承载在MN和SN上都有无线链路，但是只有一个PDCP协议栈。这个PDCP协议栈可能在MN上，也可能在SN上。分离承载的目的是提高无线接口的流量。当PDCP层允许对PDCP数据包在不同链路之间进行重发时，分离承载还可以提高无线承载的可靠性。基于前面提到的类似的原因，工程上更多的是采用PDCP协议栈在SN上的方案。对于EN-DC架构来说，分离承载的PDCP采用的是NR系统的PDCP协议。这样做的原因是为了减少终端的复杂度。假如分离承载的PDCP根据所在位置分别采用LTE PDCP和NR PDCP协议栈，那么从终端的角度来看，实际上会有两种分离承载。如果只采用NR PDCP协议栈，那么从终端的角度来看，在PDCP协议层只有一种分离承载。这个差异在图3-22中可以明显看出。

在网络侧采用了CU和DU分离的架构以后，这种合并对网络来说也是有意义的，因为只要在CU中实现NR PDCP就可以了，如图3-23所示。对于其他的DC架构，网络侧和终端侧的协议栈如图3-23、图3-24所示。

与EN-DC架构相比，在PDCP协议层上多了SDAP协议栈。这是由NR系统的QoS架构决定的。从终端的角度来看，SDAP只有一个实体。另外，PDCP协议栈都统一为NR PDCP协议栈。RLC和MAC的协议栈没有明确区分LTE和NR的协议栈，因为两种协议栈在MN和SN上都有可能。在Stage3的协议规范中，这些协议栈则会做详细的区分。其中LTE的协议栈需要参考TS 36系列的协议规范，而NR的协议栈需要参考TS 38系列的协议规范。TS 38系列协议规范中，用户面的详细介绍可以参考第10章，控制面的详细介绍可以参考第11章。