51学通信

深度解析 3GPP TS 38.523-3：5.1.1 EN-DC Layer 3 (NSA组网下的层三信令测试模型)

23分钟阅读

深度解析 3GPP TS 38.523-3：5.1.1 EN-DC Layer 3 (NSA组网下的层三信令测试模型)

本文技术原理深度参考了3GPP TS 38.523-3 V18.2.0 (2025-03) Release 18规范中，关于“5.1.1 EN-DC Layer 3”的核心章节，旨在为读者提供一个NSA（非独立组网）模式下UE RRC层（层三）信令交互测试模型的全景视图。

前言：“Pioneer-5G”的首次大考 - EN-DC模式验证

在完成了对TS 38.523-3规范的整体框架和依赖关系的梳理后，测试工程师李工正式开启了对“Pioneer-5G”手机的协议一致性认证测试。他的第一站，选择了当前全球5G网络中最普遍的部署模式——EN-DC，即E-UTRA-NR双连接，也就是我们常说的NSA（非独立组网）模式。

对于“Pioneer-5G”而言，EN-DC是其上市后面临的第一个真实网络环境。在这种环境下，手机的控制信令主要锚定在成熟稳定的4G LTE网络上，同时利用5G NR网络的高带宽来承载用户数据，实现“4G的大脑，5G的快腿”。这种双连接的协同工作机制，其稳定性和合规性完全依赖于RRC（无线资源控制）层的精确调度和管理。因此，验证EN-DC模式下的L3（层三，即RRC层）信令流程，是整个认证测试的重中之重。

李工的目标非常明确：利用测试系统（SS）构建一个标准化的EN-DC L3测试模型，然后在这个虚拟环境中，对“Pioneer-5G”执行一系列核心的RRC操作，如辅基站组（SCG）的添加、承载的配置与切换、PSCell的变更等，检验其一举一动是否都严格符合规范的定义。

本篇文章，我们将跟随李工的脚步，深入TS 38.523-3的5.1.1章节，详细剖析EN-DC L3测试模型的核心架构、三大承载模式以及NR载波聚合的扩展，揭开5G NSA手机协议测试的神秘面纱。

1. EN-DC L3测试模型的核心架构

李工首先关注的是测试模型的基础设定。5.1.1章节开篇就阐明了该模型的基本配置和UE侧应处的状态。

The UE is configured in normal mode. On the UE side Ciphering and Integrity (PDCP and NAS) are enabled and header compression is not configured. On the SS side L1, MAC and RLC (E-UTRA/NR) and PDCP (E-UTRA/NR) are configured in normal way and shall perform all their functions. SRB0, 1 & 2 are configured only in E-UTRA. For SRB0 the DL and UL port is above RLC. For SRB1 and SRB2 the port is above/below the E-UTRA RRC and NAS emulator, which is implemented as a PTC. For DRB, the port is above PDCP. PDCP Ciphering/Integrity is enabled. NAS integrity/Ciphering is enabled.

这段描述为李工的测试准备工作划定了清晰的边界：

  • UE侧状态：“Pioneer-5G”处于正常工作模式，所有安全功能（PDCP层和NAS层的加密与完整性保护）都需要开启，但为了简化测试和便于观察信令，PDCP层的头压缩功能被关闭。
  • SS侧配置：测试仪表（SS）的L1/L2/L3协议栈也工作在“正常模式”，即完整模拟一个标准的eNB（4G基站）和gNB（5G基站）的行为。

这个模型的核心在于它如何模拟一个双连接的网络。规范的架构图清晰地展示了这一点，它由两个并行的测试组件（PTC）构成：

  • EUTRA PTC：扮演主节点（Master Node, MN），即LTE eNB的角色。
  • NR PTC：扮演次节点（Secondary Node, SN），即5G gNB的角色。

这两个PTC协同工作，共同构成了“Pioneer-5G”所连接的虚拟网络环境。在这个环境中，不同的信令承载（SRB）和数据承载（DRB）有着明确的分工和归属：

  • 信令承载（SRBs）：
    • SRB0, SRB1, SRB2：这些是传统的LTE信令承载，完全终结在E-UTRA PTC上。其中SRB1承载着绝大部分UE与eNB之间的RRC信令，以及“ piggybacked”（捎带）的NAS信令。SRB2则用于承载高优先级的NAS信令。
    • SRB3：这是EN-DC为NR侧引入的专属信令承载，用于UE与gNB之间直接交互部分RRC信令（如SCG相关的测量报告）。它直接连接到NR PTC。

SRB3 is connected directly to the SRB port in the NR PTC/dummy NR RRC/NAS emulator.

理解SRB的划分至关重要。李工在后续分析信令log时，看到SRB1上传输的消息，就知道是“Pioneer-5G”在和“eNB”对话；看到SRB3上传输的消息，就知道是它在和“gNB”对话。

2. 图解三大承载模式：数据流的“高速公路网”

仅仅理解控制面的信令交互是不够的，EN-DC的真正价值在于如何高效地利用5G NR的资源来传输用户数据。为此，TS 38.523-3定义了三种核心的数据承载（DRB）测试模式，分别由三张架构图进行说明。李工需要确保“Pioneer-5G”在这三种模式下都能稳定工作。

2.1 MCG与SCG承载 (Figure 5.1.1.1-1: Test model for EN-DC Layer3 testing (MCG and SCG))

这是最基础的承载模式，即数据承载要么完全走LTE链路，要么完全走NR链路，两者泾渭分明。

  • 架构解读：规范原文中的“Figure 5.1.1.1-1”展示了这种清晰的划分。图中可以看到，EUTRA PTC和NR PTC各自拥有独立的从PDCP到PHY的完整协议栈。MCG DRB（主小区组数据承载）的数据流从EUTRA PTC的顶层进入，最终从EUTRA PHY发出。而SCG DRB（辅小区组数据承载）的数据流则从NR PTC的顶层进入，经由NR PHY发出。

  • 场景故事：李工开始了他的第一个测试场景。他首先让“Pioneer-5G”发起一个VoLTE高清语音通话。测试系统（SS）通过RRCConnectionReconfiguration消息，在LTE侧为这个语音业务建立了一个MCG Bearer。李工在仪表上观察到，所有的VoIP数据包都稳定地在LTE链路上收发。接着，他在手机上启动了一个大型应用下载，SS再次下发RRCConnectionReconfiguration消息，这次消息中包含了添加NR SCG的指令，并为下载业务建立了一个SCG Bearer。“Pioneer-5G”迅速响应，将下载数据流切换到了5G链路上，仪表盘上显示的吞吐率瞬间飙升。这个测试验证了UE在L3信令控制下，正确建立和使用MCG与SCG承载的能力。

2.2 分离承载 (Split DRB - Figure 5.1.1.1-2: Test model for EN-DC Layer3 testing (MCG and split DRB))

分离承载是EN-DC的标志性技术，它允许将同一个数据流在PDCP层进行分离，同时通过LTE和NR两条路径进行传输，从而最大化链路利用率和可靠性。

  • 架构解读：“Figure 5.1.1.1-2”生动地描绘了这一机制。与图1不同，这里的核心变化发生在EUTRA PTC的PDCP层。可以看到，PDCP实体下方出现了两个分支：一个指向本地的EUTRA RLC/MAC层，另一个则指向NR PTC。这意味着从核心网侧过来的同一个数据流，在MeNB的PDCP层被赋予连续的序列号（SN），然后根据调度算法，一部分PDU被发往LTE的RLC实体，另一部分则被发往gNB的RLC实体。

The NR PDCP can be configured in either the EUTRA or NR PTC for one or more SRBs or DRBs. If NR PDCP is configured, the bearer can be split.

  • 场景故事：李工接下来要给“Pioneer-5G”增加难度了。他要测试在线播放8K超高清视频的场景。SS配置了一个Split DRB，将视频码流在PDCP层分流。此时，“Pioneer-5G”的挑战来了：它的PDCP层必须同时从LTE和NR的RLC层接收数据PDU，并且由于两条路径的时延、速率不同，到达的PDU顺序可能是乱的。手机的PDCP层必须利用序列号进行精确的重排序，并剔除可能因切换导致的重复包，最终将一个连续、无误的数据流提交给上层应用。李工紧盯着仪表的统计数据，看到“Pioneer-5G”的PDCP层成功地处理了所有乱序和重复数据，视频播放流畅无卡顿，他满意地点了点头。

2.3 分离信令承载 (Split SRB - Figure 5.1.1.1-3: Test model for EN-DC Layer3 testing (Split SRB(s), DRBs removed for clarity))

虽然不那么常见，但规范也定义了对信令承载SRB进行分离的测试模型，这主要是为了保证在某些恶劣环境下控制信令的可靠传输。

  • 架构解读：“Figure 5.1.1.1-3”为了清晰起见，移除了DRB的部分，专门展示Split SRB的配置。与Split DRB类似，RRC信令（通常是SRB1或SRB2）也可以在MeNB的PDCP层进行分离，通过LTE和NR两条路径同时发送给UE。

  • 场景故事：李工模拟了一个极端场景：假设“Pioneer-5G”正处于一个LTE信号干扰严重的区域，此时网络需要下发一个紧急的切换命令。如果只通过LTE的SRB1发送，消息可能会丢失或严重延迟。这时，SS可以配置一个Split SRB，将同一个RRCConnectionReconfiguration消息复制一份，同时在LTE和NR路径上发送。“Pioneer-5G”只要从任一路径成功接收到该消息，就能立即执行切换，大大增强了信令的鲁棒性。

3. 深入幕后：承载路由与PDCP代理机制

在理解了这三种承载模式后，李工注意到规范中一段关于“Proxy PDCP”的描述，这揭示了测试系统内部实现分离承载的精巧机制。

In this case the PDCP is fully configured on the cell upon which the bearer is terminated and the other PTC is configured with a proxy PDCP. Data shall be sent/received only on the PTC upon which the bearer is terminated. The SS shall route data to/from either cell, via the routing information provided.

这段话的核心思想是：对于一个分离承载（Split Bearer），其完整的PDCP实体（负责加解密、序列号管理、重排序等复杂功能）只存在于一个PTC中（通常是EUTRA PTC）。而另一个PTC（NR PTC）只配置一个功能极简的“PDCP代理（Proxy PDCP）”。这个代理不处理PDCP逻辑，它的唯一作用就是作为一个“二传手”，将从上层（对于下行）或RLC层（对于上行）递交的数据包，透明地转发给另一端的完整PDCP实体。

  • 下行场景：EUTRA PTC的完整PDCP实体决定将SN=10的数据包通过NR链路发送。它将这个PDCP PDU通过内部接口（由routing information指定）发送给NR PTC。NR PTC的Proxy PDCP接收到后，不做任何处理，直接将其递交给NR RLC层进行发送。
  • 上行场景：“Pioneer-5G”通过NR链路发送了一个PDCP PDU。NR PTC的RLC层接收并重组后，递交给Proxy PDCP。Proxy PDCP同样不做处理，直接通过内部接口将其转发给EUTRA PTC的完整PDCP实体，由后者进行统一的重排序和解密。

这个机制对李工来说，意味着在分析测试问题时，对于一个Split DRB，所有与PDCP逻辑相关的失败（如SN错误、解密失败），其根源都应追溯到测试系统中那个拥有完整PDCP实体的PTC。

4. 更进一步：在EN-DC中测试NR载波聚合 (5.1.1.2 NR carrier aggregation)

“Pioneer-5G”作为旗舰机型，不仅支持EN-DC，还支持在NR侧进行载波聚合（CA），以获得更极致的带宽。TS 38.523-3的5.1.1.2节为此定义了扩展的L3测试模型。

The EN-DC Layer3 CA test model builds on top of the EN-DC Layer3 test model, with the differences specified hereafter. On the SS NR side, in the SCG there is one PSCell and one SCell configured:

  • PSCell: The associated SCell is linked to this PSCell,to enable the connection of the SCell MAC layer to the PSCell RLC/PDCP layers for DCCH/DTCH.
  • SCell: Only PHY and MAC layers are configured, and MIB is broadcast.

这个模型的核心是在NR PTC内部，模拟出两个NR小区：

  • PSCell (Primary SCG Cell)：辅小区组中的主小区。它拥有完整的从PHY到PDCP的协议栈（对于SCG Bearer），并负责处理SCG的RRC信令（SRB3）和PUCCH（上行控制信道）。

  • SCell (Secondary Cell)：辅小区组中的辅小区。它在协议栈上是“减配”的，通常只有PHY和MAC层。它不处理高层信令，其所有的数据调度（上下行grant）都由PSCell上的PDCCH来下发。

  • 场景故事：李工在完成了基础的EN-DC测试后，开始验证NR CA功能。SS通过RRCConnectionReconfiguration消息，在为“Pioneer-5G”配置SCG的同时，还为其添加了一个NR SCell。此时，手机不仅要维持与LTE MeNB的连接，还要在NR侧同时管理PSCell和SCell，监听来自PSCell的调度指令，并在两个NR载波上同时收发数据。李工特别关注ASP中的MacBearerRouting字段，该字段精确地告诉SS的底层，对于某个特定的MAC PDU，应该路由到PSCell的物理层还是SCell的物理层去发送。这个测试成功与否，直接关系到“Pioneer-5G”能否在宣传中自信地打出“5G双载波聚合”的卖点。

总结：打通NSA任督二脉的“大考”

通过对5.1.1章节的深入学习和实践，李工成功地为“Pioneer-5G”完成了EN-DC L3阶段的全面“体检”。从最简单的MCG/SCG承载，到复杂的Split DRB，再到考验极致性能的NR CA，TS 38.523-3提供的L3测试模型，为验证UE在NSA组网下的RRC信令处理能力提供了无懈可击的标准化环境。

对于我们而言，理解这些测试模型不仅是学习协议的过程，更是从“上帝视角”俯瞰UE与网络如何协同工作的绝佳机会。我们不仅看到了UE需要做什么，更通过“Proxy PDCP”、“MacBearerRouting”等细节，窥见了测试系统是如何精巧地实现这些复杂场景的。

接下来，李工将把目光从L3的信令流程，下移到L2的数据处理。在下一篇文章中，我们将继续解读5.1.2章节，看看在EN-DC模式下，针对PDCP、RLC和MAC这些数据链路层协议，TS 38.523-3又设计了哪些严苛而巧妙的测试模型。

FAQ

Q1：在EN-DC L3测试中，SRB1、SRB2和SRB3的核心区别是什么？

A1：核心区别在于它们的终结点和承载的信令内容：

  • SRB1和SRB2：终结在主节点MeNB（即LTE基站）。SRB1承载主要的RRC信令（如切换命令、承载配置）以及捎带的NAS信令。SRB2用于承载高优先级的NAS信令。它们通过LTE空口传输。
  • SRB3：是EN-DC为次节点SN（即5G基站）引入的新信令承载。它终结在SN上，专门用于UE与SN之间直接交互RRC信令，最典型的就是SCG相关的测量报告。它通过NR空口传输。

Q2：什么是分离承载（Split DRB），测试它的主要目的是什么？

A2：分离承载（Split DRB）是一种数据传输机制，允许同一个数据无线承载（DRB）的数据流在主节点（MeNB）的PDCP层被分流，一部分通过LTE链路传输，另一部分通过NR链路传输。测试它的主要目的是验证UE PDCP层的汇聚和重排序能力。由于两条链路的速率和时延不同，UE会乱序地收到来自两个RAT的数据包，其PDCP层必须能够正确地将这些数据包重新排序、合并，并向上层提供一个无差错的连续数据流。这是EN-DC模式下保证高吞吐和高可靠性的核心功能。

Q3：测试模型图中的“EUTRA PTC”和“NR PTC”是什么？它们是如何协同工作的？

A3：PTC（Parallel Test Component，并行测试组件）是TTCN-3测试架构中的概念。在EN-DC测试中：

  • EUTRA PTC 是一个模拟LTE eNB（特别是MeNB）行为的软件模块。
  • NR PTC 是一个模拟5G gNB（特别是SgNB）行为的软件模块。 它们在一个主测试控制器（MTC）的管理下并行运行，通过标准化的ASP接口与底层的系统模拟器（SS）硬件交互。它们之间也通过内部定义的接口（例如，用于X2接口的模拟）交换信息，从而共同为UE构建出一个完整的、可控的EN-DC双连接网络环境。

Q4：在EN-DC的NR载波聚合（CA）测试模型中，PSCell和SCell有什么不同？

A4：在SCG（辅基站组）内部，PSCell和SCell扮演不同角色：

  • PSCell (Primary SCG Cell) 是SCG的“主心骨”。它拥有上行控制信道（PUCCH），负责反馈所有SCG载波的HARQ-ACK和CSI。所有针对SCell的调度指令（上下行grant）也由PSCell上的PDCCH下发。
  • SCell (Secondary Cell) 是纯粹的“数据管道”。它没有自己独立的PUCCH，其协议栈通常被简化，主要包含PHY和MAC层。它的激活、去激活和数据传输完全受PSCell的控制。

Q5：为什么在Split DRB的测试模型中，需要一个“Proxy PDCP”？

A5：“Proxy PDCP”是测试系统（SS）内部的一种实现技巧，为了简化和集中化管理。对于一个分离承载，其PDCP协议逻辑（如序列号管理、加解密上下文等）是统一的。如果在两个PTC中都实现完整的PDCP实体，会带来复杂的状态同步问题。因此，测试模型采用主/从设计：一个PTC（主）实现完整的PDCP功能，另一个PTC（从）只实现一个“Proxy PDCP”。这个Proxy不处理任何PDCP逻辑，仅仅作为数据包的“中转站”，将数据在不同RAT的RLC层和那个唯一的、完整的PDCP实体之间进行转发。

关系图谱