CN108632918B - 基于双连接技术的主辅基站角色变换方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于双连接技术的主辅基站角色变换方法，包括：为用户终端提供双连接；原主基站触发主辅基站角色变换；原主基站将主辅基站角色变换的决定分别通知核心网和原辅基站；新主基站和核心网为用户终端配置用于传输基站‑核心网接口信令的参数，并且原主基站向用户终端发送主辅基站角色变换的信息。用户终端收到主辅基站角色变换的信息之后，进行用户终端的参数调整，以适应主辅基站角色变换。本发明能够实现快速平滑地变换用户终端的主辅基站角色，节省空口信令，提高用户数据访问的效率和便捷性。

Description

基于双连接技术的主辅基站角色变换方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于双连接技术的主辅基站角色变换方法。

背景技术

随着无线通信技术的不断发展，用户对超高流量密度、超高连接密度以及超高移动性提出了更迫切的需求。对此，继第三代移动通信技术和第四代移动通信技术之后，《第三代合作伙伴计划》(3GPP)将引入第五代移动通信(5G)技术，即具有更大的数据容量和更快的数据处理速度的新无线(New Radio Access Technology in 3GPP，NR)技术，以应对更大数据量的需求以及应对更小传输时延的需求。

目前，由于LTE(Long Term Evolution)网络具有优良的性能，运营商已经广泛部署了LTE网络。LTE网络系统架构能够极大地减少网络节点和系统复杂程度，不仅能够减小网络时延，降低网络部署及维护成本，还能够支持全球主流2G/3G频段和新增频段，实现与其他3GPP系统的互操作。在5G技术发展的初期，NR技术尚不能独立部署，需要和LTE网络进行紧密协作，因此，NR将与LTE共用4G核心网EPC(Evolved Packet Core)，并基于Rel-12中就已经提出的双连接技术使用LTE-NR双连接技术以便用户终端(User Equipment，UE)同时使用LTE和NR进行数据传输。

目前，对于使用LTE-NR双连接技术进行数据传输的UE，主基站会对UE的无线信道质量状况进行测量，如果满足条件则将测量报告上报网络，当网络发现UE与主基站之间的无线信道质量较差而与辅基站之间的无线信道质量较好时会做出切换决策。此时，主基站会发起切换流程将UE切换到辅基站，使得辅基站成为新的主基站。当判断UE仍然有高速数据需求，新的主基站再进一步为UE配置双连接和辅基站。目前，这种主辅基站的角色切换方法需要经过大量的切换步骤，整个过程耗费时间较长，空口信令开销较大，并且会造成UE端长时间的数据访问中断，造成较差的用户体验。

因此，亟需设计一种双连接技术的主辅基站角色变换方法，平滑稳定地实现主辅基站的角色变换。

发明内容

本发明提供基于双连接技术的主辅基站角色变换方法，针对现有技术的不足，能够实现平滑稳定的主辅基站角色变换。

第一方面，本发明提供一种基于双连接技术的主辅基站角色变换方法，其中包括：

步骤一：为用户终端提供双连接；

步骤二：所述原主基站决定触发所述主辅基站角色变换；

步骤三：所述原主基站将所述主辅基站角色变换的决定分别通知核心网和所述原辅基站；

步骤四：新主基站和所述核心网为用户终端配置用于传输基站-核心网接口信令的参数，并且所述原主基站向所述用户终端发送所述主辅基站角色变换的信息。

步骤五：所述用户终端收到所述主辅基站角色变换的信息之后，进行所述用户终端的参数调整，以适应所述主辅基站角色变换。

可选地，上述主辅基站角色变换包括将所述原主基站变换为新辅基站，将原辅基站变换为新主基站。

可选地，上述双连接包括LTE-NR双连接、NR-NR双连接和LTE-LTE双连接。

可选地，在LTE-NR双连接中，上述原主基站为LTE基站/NR基站，所述原辅基站为NR基站/LTE基站。

可选地，在上述步骤二中原主基站根据条件判断是否触发主辅基站角色变换。

可选地，上述条件包括：当所述原主基站发现主小区负载较高、或者所述用户终端与所述主小区之间的无线信道变差、或者所述用户终端与辅小区之间的无线信道比所述用户终端与所述主小区之间的无线信道好时，则由所述原主基站触发所述主辅基站角色变换。

可选地，上述原主基站通过所述用户终端发送的测量报告发现所述用户终端与所述主小区之间的无线信道变差、或所述用户终端与辅小区之间的无线信道比所述用户终端与所述主小区之间的无线信道好。

可选地，在上述步骤二时，所述用户终端仍然维持双连接状态，以及维持与所述主辅基站的RRC连接。

可选地，上述步骤三后还包括所述核心网更新所述用户终端的状态、所述核心网将所述用户终端的NAS信令发送给所述新主基站、所述新主基站对所述用户终端的加密密钥进行维护、以及所述核心网和所述原辅基站返回确认信息的步骤。

可选地，上述步骤四包括所述原主基站通过RRC信令向所述用户终端发送所述主辅基站角色变换的信息。

可选地，上述步骤四的基站-核心网接口信令的参数包括无线承载传输的路径。

可选地，上述原辅基站返回确认信息的步骤在所述步骤四的新主基站和所述核心网为用户终端配置用于传输基站-核心网接口信令的参数之后进行。

可选地，上述步骤五的所述用户终端的参数调整包括：从所述新主基站接收系统消息和寻呼指令、通过所述新主基站接收和发送NAS信令、互换原MCG承载和原SCG承载、互换原MCG分离承载和原SCG分离承载。

可选地，上述步骤五中用户终端继续使用当前密钥对数据进行上行加密和下行解密，直至所述新主/辅基站触发密钥更新。

可选地，上述步骤五中用户终端收到所述主辅基站角色变换的信息之后，应用新的密钥与所述新主基站进行通信，所述新主基站通过预设的数据包向所述用户终端指示密钥改变的时机。

可选地，上述步骤五之后还包括所述用户终端向所述新主基站发送所述主辅基站角色变换完成的信令。

本发明实施例提供的基于双连接技术的主辅基站角色变换方法，能够节省切换步骤，快速平滑地变换用户终端的主辅基站角色，节省空口信令，提高用户数据访问的效率和便捷性。

附图说明

图1为LTE中双连接技术的控制面架构拓扑图；

图2为另一双连接技术的控制面架构拓扑图；

图3为本发明一个实施例的架构拓扑图；

图4为本发明一实施例的UE建立LTE-NR双连接的流程图；

图5为本发明一实施例的LTE-NR双连接主辅基站角色变换的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为实现未来技术的后向兼容性，支持轻松建网及系统间的漫游和兼容，3GPP发布的LTE Rel-12标准中引入双连接技术。双连接技术是在非理想后向回程前提下(Non-idealBackhaul)的多载波协作技术，通过双连接技术，一个终端可以同时连接到两个通过非理想后向回程相连的基站进行数据通讯。用户终端(User Equipment)能够同时利用两个基站的资源进行数据传输，不仅可以提高数据吞吐率，还能够提高移动性能。特别的，两个基站可以均为LTE基站，也可以是LTE基站和NR基站的组合，其中LTE基站和NR基站包括但不限于eNB或gNB。

图1示出了LTE中双连接技术的控制面架构拓扑图。如图所示，MeNB(Master eNB)表示主基站/宏蜂窝，SeNB(Secondary eNB)表示辅基站/小蜂窝，MME是核心网的移动控制实体(Mobility Management Entity)，UE(User Equipment)为智能手机。对于本发明的实施例中的配置双连接的UE，其连接的MeNB负责无线资源控制信令(RRC)的传输，MeNB和SeNB之间需要通过接口相连，SeNB和UE之间没有直接的RRC信令连接，必须通过MeNB的转发才能够实现信令层的对话过程。进一步地，对于已经配置了双连接的UE，SeNB和核心网之间可以没有该UE相关的直接的信令连接。

特别的，MeNB和SeNB上可以分别配置载波聚合(Carrier Aggregation)。具体地，MeNB中为UE配置的服务载波为主小区群(Master Cell Group，MCG)，SeNB中为UE配置的服务载波为辅小区群(Secondary Cell Group，SCG)。SeNB只传输数据，SeNB配置的SCG需要通过MeNB由RRC信令发送给UE。

特别的，MeNB和SeNB均可向UE配置多个服务小区。对于建立双连接的UE，MeNB侧有一个主小区(PCell)，UE在该小区接收系统消息、寻呼消息，以及通过主小区(PCell)传输RRC信令和NAS信令(Non-Access Signalling)，主小区(PCell)配置有物理上行链路控制信道(Physical Uplink Control Channel，PUCCH)；在辅基站侧有一个辅小区(PSCell)，也配置了PUCCH，PSCell不能去激活。

图2示出了另一双连接技术的架构拓扑图。典型地，在配置LTE-NR双连接之后，SeNB侧也可以与UE之间建立信令无线承载(Signalling Radio Bearer，SRB)。此时UE在主基站侧有RRC连接(MCG RRC)，在辅基站侧也有RRC连接(SCG RRC)。当辅基站需要为UE修改辅基站侧的无线参数配置时，可以通过SCG RRC直接与UE交互实现参数的重配置。具体地，SRB可以包括但不限于SRB0、SRB1或SRB2，其中SRB0用于承载RRC连接建立之前的RRC信令，SRB1用于承载RRC信令以及可能携带的NAS信令，SRB2用于承载低优先级的RRC信令或NAS信令。

在现有技术中，对于建立了双连接的UE，由于UE移动，可能出现UE与主基站之间的无线链路质量变差，而UE与辅基站之间的无线链路质量变好的情况，需要进行主基站和辅基站之间的变换。具体地，主基站会配置UE进行必要的测量，由UE在满足上报条件时上报测量报告，网络侧获知UE所处的无线信道的变化，及时作出切换决策。特别的，必要的测量包括但不限于测量PCell所在频率和PSCell所在的频率。当网络通过UE的测量报告发现UE与主基站之间的无线信道变差，而UE与辅基站之间的无线信道较好，此时主基站可以发起切换流程将UE切换到辅基站，UE切换到辅基站之后，该辅基站成为UE的新的主基站。特别的，当UE切换到辅基站时，在切换信令中双连接被释放。此时如果UE还有高速业务的需求，该新的主基站为UE重新配置双连接，如果UE与原先的主基站之间的无线信号仍然适合数据传输，新的主基站可以配置原先的主基站为UE的新的辅基站。需要注意的是，整个切换过程需要首先释放双连接，切换基站后再重新建立双连接，会造成用户面较长时间的中断。

本发明提供一种基于双连接技术的主辅基站角色变换方法，图3示出了本发明一个实施例的架构拓扑图。UE首先接入的是LTE基站，LTE基站为该UE的主基站(MeNB)，NR基站为该UE的辅基站(SeNB)。

图4示出了本发明一实施例的UE建立LTE-NR双连接的流程图。如图所示，在步骤S41处，UE首先接入LTE的基站，建立无线承载SRB(Signalling Radio Bearer)即建立RRC连接，随后建立数据无线承载DRB(Data Radio Bearer)开始数据业务。由于UE有高速数据传输需求，LTE的基站试图为UE配置LTE-NR双连接。在步骤S42处，为配置LTE-NR双连接，LTE基站首先为UE配置测量某些NR频率的测量配置。在本发明的一个实施例中，LTE基站为UE配置NR的频率F1和F2的测量。具体地，LTE基站为UE配置的测量由测量标识指示，一个测量标识对应一个测量对象和一个上报条件。典型地，测量对象为频率F1或F2。具体地，上报条件可以为周期性的上报或事件触发的上报。典型地，事件触发上报可以包括但不限于邻区的信号质量或信号强度超过预设的门限，或者邻区的信号质量或信号强度比服务小区的信号质量或信号强度高预定的偏移量。

在步骤S43处，UE接收LTE基站发送的关于F1和F2的测量配置之后，按照测量配置实施测量，并在满足上报条件时向LTE基站上报测量报告。在步骤S44处，当UE上报针对F1或F2的测量报告后，LTE的基站选择合适的NR小区为UE配置双连接。在步骤S45处，由LTE基站向NR基站发送双连接配置请求(SeNB Addition Request)，NR基站为UE配置无线参数之后，向LTE基站返回双连接配置响应。在步骤S46处，LTE基站向UE发送NR侧配置的无线参数，UE依据配置的无线参数接入NR小区，UE成功建立了双连接。

特别的，由于NR基站为SeNB，为维护SCG中服务小区的配置、以及为实现SeNB改变的需求，NR基站需要配置UE进行测量某些NR频率。进一步地，为了更好的实现SeNB侧无线参数的修改配置，SeNB侧可以配置SCG SRB，SCG SRB的相关配置信息可以首先发送给主基站MeNB，然后通过主基站MeNB发送给UE，由此建立SeNB与UE之间的RRC信令交互。

图5示出了本发明一实施例的LTE-NR双连接主辅基站角色变换的流程图。步骤S51为提供LTE-NR双连接，特别的，步骤S51可以包括但不限于步骤S41至S46的过程。典型的，LTE基站为UE的主基站(MeNB)，NR基站为UE的辅基站(SeNB)。

步骤S52由主基站根据条件判断是否触发主辅基站的角色转换。具体地，在某个时刻，主基站MeNB在发现主小区(PCell)的负载较高，或者通过UE发送的测量报告发现UE与PCell之间的无线信道变差，典型地，例如低于某个门限，或者通过UE的测量报告发现UE与辅小区(PSCell)之间的无线信道比UE与PCell之间的无线信道好，典型地，例如高于某个门限值。则由主基站触发主辅基站的角色改变。

步骤S53由主基站决定修改UE的主辅基站角色。具体地，主基站基于UE发送的测量报告决定修改UE的主辅基站角色，即决定将UE的主基站改为辅基站，而把UE的辅基站改成主基站，UE仍然维持双连接的数据传输状态，以及继续维持MCG SRB和SCG SRB。

步骤S541为主基站通知核心网UE的主辅基站角色改变。具体地，核心网将更新UE的状态，在主辅基站角色改变之后，核心网将该UE的NAS信令发送给由原辅基站转变而得的新的主基站，例如gNB。进一步地，当主基站通知核心网UE的主辅基站角色转变后，核心网可以返回确认信息。

步骤S542为主基站通知辅基站UE的主辅基站角色改变。具体地，辅基站gNB接管主基站的角色。例如，为UE做切换决策，为UE传输NAS信令。另外，gNB还需要对UE的加密密钥进行维护。进一步地，当主基站通知辅基站UE的主辅基站角色改变后，辅基站可以返回确认信息。

特别的，步骤S541和步骤S542可以并行执行。

步骤S551表示新的主基站gNB和核心网为UE配置用于传输基站-核心网接口信令的参数。特别的，基站-核心网接口在LTE中基站和核心网之间称为S1接口，基站-核心网接口在5G中的名称未定。gNB和核心网为UE配置用于传输基站-核心网接口信令的参数，从而使得gNB和核心网之间可以传输UE的基站-核心网接口信令，以及可以传输UE的NAS信令。特别的，对于某些无线承载，如果主辅基站角色改变之前，核心网向LTE主基站发送该无线承载的数据，在角色改变之后，核心网向新的主基站gNB发送该无线承载的数据，因此gNB和核心网还需要切换无线承载传输的路径。

特别的，上述步骤S542中的辅基站返回确认信息的步骤也可以在步骤S551结束之后进行。

步骤S552表示主基站通过RRC信令向UE发送主辅基站角色改变的信息。步骤S552也可以在发送主辅基站角色改变的信息时，修改部分MCG小区和SCG小区的配置，如修改新的PSCell。

可选地，步骤S552可以有其他实现方式，如辅基站通过RRC信令向UE发送主辅基站角色改变的信息。或者主基站通过RRC向UE发送主辅基站角色改变的信息时，同时指示需要应用新的密钥的信息。此时，在主辅基站角色改变中，新主基站侧需要更新密钥，原主基站可以生成应用于新主基站的密钥，然后发送给新主基站，UE侧可以按照原主基站侧相同的实现方式生成新的密钥。特别的，在主辅基站角色变换过程中，密钥不会在空口传输以确保安全。

典型地，对于控制面，UE一旦接收到修改主辅基站角色的信令，UE在新的主基站侧就应用新的密钥，如要向新主基站发送RRC信令，则用新的密钥加密该RRC信令。对于用户面来说，新的主基站和UE之间一直有数据传输，为了使UE能够获知何时启用新的密钥，在下行过程中，新主基站可以引入一个特殊的数据包，例如在PDCP层引入一个具有特别标识的数据包，在该数据包之前，所有下行数据均采用旧密钥加密，在该数据包之后，所有下行数据采用新的密钥加密。UE收到该数据包，能够准确获知何时在用户面启用新的密钥。典型地，在上行过程中也可以由UE引入该特殊的数据包，以便新的主基站能够获知何时启用新的密钥。

步骤S56表示UE收到修改主辅基站角色的信息之后，进行调整。具体地，例如，UE不再接收原主基站LTE eNB发送的系统消息和寻呼信令，调整为从新的主基站gNB接收系统消息和寻呼信令，从新的主基站gNB接收NAS信令以及向gNB发送NAS信令。特别的，为了减少用户面中断时间，UE继续使用当前的密钥对数据进行上行加密和下行解密，直至下一次新的基站触发密钥更新。进一步地，UE需要修改参数配置，例如，原SCG承载(Bearer)修改为MCG承载(Bearer)，原MCG Bearer修改为SCG Bearer，原MCG分离承载(Split Bearer)修改为SCG分离承载(Split Bearer)，原SCG Split Bearer修改为MCG Split Bearer。进一步地，UE可以在调整结束后，向新的主基站gNB发送主辅基站角色改变完成的信令。

特别的，在修改主辅基站角色之后，原辅基站gNB侧的小区，例如辅小区PSCell成为新的主小区PCell，而原主基站eNB侧的小区，例如主小区PCell成为新的辅小区PSCell。

特别的，上述本发明的实施例中，LTE为主基站，NR为辅基站。本发明的另一实施例适用于NR为主基站、LTE为辅基站。本发明的其他实施例适用于同系统内的双连接，例如LTE或NR系统内的双连接。

本发明提供的基于双连接技术的主辅基站角色变换方法，可以实现平滑的主辅基站角色修改，避免对用户平面造成大的终端，有助于节省大量的空口信令，提高用户通信效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种基于双连接技术的主辅基站角色变换方法，其特征在于，包括：

步骤一：为用户终端提供双连接；

步骤二：原主基站触发所述主辅基站角色变换；其中，原主基站根据条件判断是否触发主辅基站角色变换；

步骤三：所述原主基站将所述主辅基站角色变换的决定分别通知核心网和原辅基站；所述主辅基站角色变换包括将所述原主基站变换为新辅基站，将原辅基站变换为新主基站；

步骤四：新主基站和所述核心网为用户终端配置用于传输基站-核心网接口信令的参数，并且所述原主基站向所述用户终端发送所述主辅基站角色变换的信息；

步骤五：所述用户终端收到所述主辅基站角色变换的信息之后，进行所述用户终端的参数调整，以适应所述主辅基站角色变换。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双连接包括LTE-NR双连接、NR-NR双连接和LTE-LTE双连接。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在LTE-NR双连接中，所述原主基站为LTE基站/NR基站，所述原辅基站为NR基站/LTE基站。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述条件包括：当所述原主基站发现所述用户终端与辅小区之间的无线信道比所述用户终端与所述主小区之间的无线信道好时，则由所述原主基站触发所述主辅基站角色变换。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述原主基站通过所述用户终端发送的测量报告发现用户终端与辅小区之间的无线信道比所述用户终端与所述主小区之间的无线信道好。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤二时，所述用户终端仍然维持双连接状态，以及维持与所述主辅基站的RRC连接。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三后还包括所述核心网更新所述用户终端的状态、所述核心网将所述用户终端的NAS信令发送给所述新主基站、所述新主基站对所述用户终端的加密密钥进行维护、以及所述核心网和所述原辅基站返回确认信息的步骤。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤四包括所述原主基站通过RRC信令向所述用户终端发送所述主辅基站角色变换的信息。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤四的基站-核心网接口信令的参数包括无线承载传输的路径。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述原辅基站返回确认信息的步骤在所述步骤四的新主基站和所述核心网为用户终端配置用于传输基站-核心网接口信令的参数之后进行。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤五的所述用户终端的参数调整包括：从所述新主基站接收系统消息和寻呼指令、通过所述新主基站接收和发送NAS信令、互换原SCG承载和原MCG承载、互换原MCG分离承载和原SCG分离承载。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤五中用户终端继续使用当前密钥对数据进行上行加密和下行解密，直至所述新主/辅基站触发密钥更新。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤五中用户终端收到所述主辅基站角色变换的信息之后，应用新的密钥与所述新主基站进行通信，所述新主基站通过预设的数据包向所述用户终端指示密钥改变的时机。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤五之后还包括所述用户终端向所述新主基站发送所述主辅基站角色变换完成的信令。

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