3G实训室WCDMA网络升级到LTE网络策略探讨

陈海涛+胡也

【摘 要】在概述WCDMA网络和LTE网络关键技术的基础上，从网络架构、传输承载网、无线接入网（RAN）等方面比较了高校实训室WCDMA设备与运营商现网设备升级到LTE策略的异同，并提出了高校实训室的WCDMA网络升级到LTE网络的策略。

【关键词】实训 WCDMA LTE 网络升级

中图分类号：G482 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2014）-20-

Strategy for Upgrading WCDMA Network to LTE Network

in 3G Training Room

CHEN Hai-tao1， HU Ye2

（1. Department of Electronic Information， Guangzhou Civil Aviation College， Guangzhou 510403， China；

2. GCI Science & Technology Co.， Ltd.， Guangzhou 510310， China）

[Abstract] Based on an overview of key technologies of WCDMA networks and LTE networks， the different strategies for upgrading WCDMA network equipment in university training room or current network equipment of operators to LTE network are compared in terms of network architecture， transmission bearing network and radio access network （RAN）. In addition， the strategy for upgrading WCDMA network to LTE network in university training room is proposed.

[Key words]training WCDMA LTE network upgrading

1 引言

2008年以来，为适应3G网络的发展，培养符合用人单位需求的高技能应用型人才，部分高校构置了3G实训设备，加强了电子信息技术专业的实训能力，并提高了学生的实践技能。

随着技术的进步和市场发展的需要，工业和信息化部于2013年12月正式发放了4G牌照，4G网络建设正式展开。在建设之初，各运营商首先面临的一个问题就是投入巨资建设的3G网络与新建4G网络如何共存？

同各大运营商当前面临的现实一样，各高校的3G实训设备也面临着同样的问题：如何充分保护已有投资，实现从3G网络向4G网络的过渡？

高校的3G实训设备多数采用WCDMA技术。本文将在阐述实训室现有WCDMA网络及设备配置、WCDMA到LTE网络架构的演进等基础上，提出实训室3G WCDMA设备升级到LTE网络的策略。

2 实训室WCDMA组网及设备配置

实训室WCDMA平台结构如图1所示。

系统由3部分组成：CN（Core Network，核心网）、UTRAN（UMTS Terrestrial Radio Access Network，UMTS陆地无线接入网）和UE（User Equipment，用户设备）。其中，UTRAN和UE采用UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移动通信系统）无线接入技术，无线接入网负责处理所有与无线通信相关的功能，如无线资源的管理功能等；CN在逻辑上又分为电路域（CS）、数据域（PS）和广播域。

UTRAN是UMTS（WCDMA）系统中连接用户与核心网的桥梁和纽带，包括许多通过Iu连接到CN的RNS（Radio Network Subsystem，无线网子系统），1个RNS包括1个RNC（Radio Network Controller，无线网络控制器）和1个或多个Node B。Node B通过lub接口连接到RNC，Node B包括1个或多个小区。在UTRAN内部，RNS中的RNC可通过lur接口交互信息，UTRAN通过Uu接口与UE交互信息，Node B硬件采用BBU+RRU架构。需要指出的是，基站与RNC之间的链路可以是光纤连接，也可以是网线连接或E1电路连接；Iub接口可以使用以太网协议传输，也可以使用ATM（异步传输模式）协议传输。

3 WCDMA到LTE网络

架构的演进

WCDMA到LTE网络的演进首先体现在空口技术的发展：在3GPP R5阶段，为满足移动多媒体业务的使用需求，系统应支持上行384kbit/s、下行14.4Mbit/s的峰值速率。在不需要改变系统网络架构的情况下，可以通过引入MIMO、64QAM等技术，实现系统演进到HSPA+，最高速率达42Mbit/s。

LTE技术的出现是在3GPP R8阶段，是以OFDM为核心技术，上行峰值速率达到50Mbit/s、下行峰值速率达到100Mbit/s。到R10阶段，上行峰值速率将达到100Mbit/s、下行峰值速率达到300Mbit/s。伴随着传输速率的变化，技术也在不断升级。

WCDMA网络HSDPA+技术的特点和LTE网络的技术特点相比有很大不同，WCDMA到LTE的演进除了空口技术的升级以外，整个网络的架构也发生了很大的改变，如图2所示。

LTE网络架构的演进是基于以前WCDMA网络的UTRAN和核心网的PS域，图2的左侧是WCDMA网络基本的拓扑结构，由基站（Node B）、无线网络控制器（RNC）、GPRS服务支持节点（SGSN）、网关GPRS支持节点（GGSN）构成，演进到LTE网络时，只有演进型基站（eNodeB）、接入网关（AGW）和移动管理实体（MME）。

E-UTRAN架构中，eNodeB是在UTRAN架构中Node B的功能基础上增加了控制平面（RRC）协议和用户平面（RLC/MAC/PHY）协议的功能。具体包括：RB控制、无线资源准入控制；调度和传呼信息；调度和传输BCCH信息；上下行带宽动态分配；UE附着时的AGW选择；LTE_ACTIVE时的移动性管理等。

LTE网络架构中的E-UTRAN直接由若干个eNodeB组成。与WCDMA网络架构的UTRAN相比，E-UTRAN减少了RNC和SGSN这2层架构。RNC的功能被分解到了eNodeB和AGW（接入网关）中，SGSN的功能则被包含在AGW中，而AGW仍属于SAE（系统架构演进）的边界节点。

由图2可知，LTE网络是两层扁平网络架构，同典型的IP宽带网络结构有相似之处，功能上支持VoIP、IMS、Mobile IP、SIP等各种先进技术。与3G网络架构相比，LTE网络架构层次减少，降低了系统复杂性，所带来的好处是系统内部相应的交互操作减少和降低系统时延。

综上所述，LTE网络架构相对WCDMA网络有更多的优点，具体如下：

（1）网络架构更趋扁平化和简单化；

（2）减少网络节点，降低系统复杂度以及传输和无线接入时延；

（3）eNBs通过X2接口直接连接；

（4）只承载PS业务，语音通过VoIP实现。

对于实训设备而言，网络架构的演进与运营商是相同的。

LTE核心网侧的变化相对于3G网络而言是革命性的，无论是运营商还是实训中心都需要新建部分LTE网络核心网设备，以满足LTE网络需求。

4 实训室WCDMA到LTE网络的升级策略

实训室网络设备与现网设备在基本架构和设备类型上基本一致，但在使用对象、使用目的、使用方法和使用环境等方面存在差异（见表1），因此在升级设备时，两者采用的策略并不完全一致。

表1 现网设备和实训室设备使用情况对比

对比项目 现网设备 实训室设备

使用目的 提供大众通信 教学、实训

使用对象 专业操作人员 教师、学生

使用要求 保证24小时不间断正常运行，数据要事先规划好 根据需要开机，临时

加载数据

使用环境 设备分布地域广，容量大，实时性强，可靠性要求高 分布在实训（楼）室内，实时性不强，数据量不大

4.1 实训室传输承载网的升级策略

基于上述关键技术的更新以及网络架构的变化，目前通信网络中WCDMA的Node B基站过渡到LTE网络的eNodeB基站，前提是必须要满足LTE时代的宽带数据业务。

对于运营商而言，LTE时代数据业务已成为承载主体，其对带宽的需求在迅猛增长。传统的SDH光传输网络已经难以支撑，分组化的承载网建设成为一种不可逆转的趋势。由于LTE网络是全IP组网，承载大量的数据业务，eNodeB基站接入MME/S-GW设备时也需要通过IP网络。但是，目前大部分WCDMA基站还是在采用双栈技术，语音和数据业务传输依然主要靠传统的SDH光传输网络，这已经满足不了通信网络面向IP化发展。在升级到LTE基站之前，先要将传统的传输网络升级到IP传输，可以采用成熟的IP RAN技术。

对于实训室而言，其主要目的是教学和实训，网络中业务数据量不大，当前3G实训室使用的MSTP设备仍可以发挥作用，通过以太网方式接入基站。因此，可将传输网的升级作为实训设备更新的最后考虑因素。

4.2 实训室无线接入网（RAN）的升级策略

现有的WCDMA网络Node B基站硬件大部分都是采用BBU+RRU的构造，BBU UMTS典型配置如图3所示：

图3 BBU UMTS典型配置

从图3可以看出，WCDMA网络Node B的BBU主要构成有BBU机框、风扇板（FAN），基带处理板（WBBP）、主控板（WMPT）和电源板（UPEU）。

LTE的基站也是主要采用BBU+RRU的构造，BBU LTE典型配置如图4所示：

图4 BBU LTE典型配置

从图4可以看出，LTE与WCDMA网络的基站主要区别是：LTE的基站采用LBBP单板（LTE网络基带处理板）替代了WBBP单板、LMPT单板（LTE网络主控板）替代了WMPT单板。

综上所述，WCDMA网络的Node B基站升级到LTE基站，硬件上的改造可从BBU机框内部分单板替换开始，只要用LBBP单板和LMPT单板替换WBBP单板和WMPT单板即可。对应软件上需要升级到支持LTE技术的软件版本。

对于实训室而言，由于不存在规划频段的使用问题，可以不用更换RRU，只需要修改升级软件就可以使WCDMA网络的RRU支持LTE网络的RRU。

5 总结

考虑到实训室设备与运营商现网设备在使用目的、使用方法和使用环境等方面存在差异，针对WCDMA网络设备如何过渡到LTE网络，本文从现有实训3G设备组网结构、WCDMA到LTE网络架构的演进、RAN的演进和基站设备的演进等方面进行了探讨，提出了适合实训室WCDMA设备演进到LTE的策略，为实训室升级改造提供了依据和途径。

参考文献：

[1] 3GPP TS 25.201. Technical Specification Group Radio Access Network[S]. 2007.

[2] 3GPP. The Mobile Broadband Standard[S/OL]. [2014-09-18]. http：//www.3gpp.org/technologies/keywords-acronyms/98-lte.

[3] 章海峰，张辰，李文正. WCDMA HSPA向LTE的演进方案探讨[J]. 邮电设计技术， 2011（11）： 64-67.

[4] 陈国利. WCDMA HSPA技术演进思考[J]. 信息通信技术， 2009（1）： 47-51.

[5] 韩志刚，孔力，陈国利，等. LTE FDD技术原理与网络规划[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2012.

[6] 张坚平，张届新，方鸣. 面向LTE的IP RAN技术路线与组网研究[J]. 电信科学， 2012（7）： 33-39.

作者简介

陈海涛：高级工程师，副教授，工程硕士，现任广州民航职业技术学院航空港管理学院电子信息系主任，国家级精品课程负责人，主要研究方向为信息网络和通信技术，具有丰富的信息技术咨询、规划设计和教学经验。

胡也：工程师，工程硕士，现任广州杰赛科技股份有限公司第一事业部副总经理，主要研究方向为信息网络和通信技术、智能化及系统集成业务，具有丰富的专业经验。

E-UTRAN架构中，eNodeB是在UTRAN架构中Node B的功能基础上增加了控制平面（RRC）协议和用户平面（RLC/MAC/PHY）协议的功能。具体包括：RB控制、无线资源准入控制；调度和传呼信息；调度和传输BCCH信息；上下行带宽动态分配；UE附着时的AGW选择；LTE_ACTIVE时的移动性管理等。

LTE网络架构中的E-UTRAN直接由若干个eNodeB组成。与WCDMA网络架构的UTRAN相比，E-UTRAN减少了RNC和SGSN这2层架构。RNC的功能被分解到了eNodeB和AGW（接入网关）中，SGSN的功能则被包含在AGW中，而AGW仍属于SAE（系统架构演进）的边界节点。

由图2可知，LTE网络是两层扁平网络架构，同典型的IP宽带网络结构有相似之处，功能上支持VoIP、IMS、Mobile IP、SIP等各种先进技术。与3G网络架构相比，LTE网络架构层次减少，降低了系统复杂性，所带来的好处是系统内部相应的交互操作减少和降低系统时延。

综上所述，LTE网络架构相对WCDMA网络有更多的优点，具体如下：

（1）网络架构更趋扁平化和简单化；

（2）减少网络节点，降低系统复杂度以及传输和无线接入时延；

（3）eNBs通过X2接口直接连接；

（4）只承载PS业务，语音通过VoIP实现。

对于实训设备而言，网络架构的演进与运营商是相同的。

LTE核心网侧的变化相对于3G网络而言是革命性的，无论是运营商还是实训中心都需要新建部分LTE网络核心网设备，以满足LTE网络需求。

4 实训室WCDMA到LTE网络的升级策略

实训室网络设备与现网设备在基本架构和设备类型上基本一致，但在使用对象、使用目的、使用方法和使用环境等方面存在差异（见表1），因此在升级设备时，两者采用的策略并不完全一致。

表1 现网设备和实训室设备使用情况对比

对比项目 现网设备 实训室设备

使用目的 提供大众通信 教学、实训

使用对象 专业操作人员 教师、学生

使用要求 保证24小时不间断正常运行，数据要事先规划好 根据需要开机，临时

加载数据

使用环境 设备分布地域广，容量大，实时性强，可靠性要求高 分布在实训（楼）室内，实时性不强，数据量不大

4.1 实训室传输承载网的升级策略

基于上述关键技术的更新以及网络架构的变化，目前通信网络中WCDMA的Node B基站过渡到LTE网络的eNodeB基站，前提是必须要满足LTE时代的宽带数据业务。

对于运营商而言，LTE时代数据业务已成为承载主体，其对带宽的需求在迅猛增长。传统的SDH光传输网络已经难以支撑，分组化的承载网建设成为一种不可逆转的趋势。由于LTE网络是全IP组网，承载大量的数据业务，eNodeB基站接入MME/S-GW设备时也需要通过IP网络。但是，目前大部分WCDMA基站还是在采用双栈技术，语音和数据业务传输依然主要靠传统的SDH光传输网络，这已经满足不了通信网络面向IP化发展。在升级到LTE基站之前，先要将传统的传输网络升级到IP传输，可以采用成熟的IP RAN技术。

对于实训室而言，其主要目的是教学和实训，网络中业务数据量不大，当前3G实训室使用的MSTP设备仍可以发挥作用，通过以太网方式接入基站。因此，可将传输网的升级作为实训设备更新的最后考虑因素。

4.2 实训室无线接入网（RAN）的升级策略

现有的WCDMA网络Node B基站硬件大部分都是采用BBU+RRU的构造，BBU UMTS典型配置如图3所示：

图3 BBU UMTS典型配置

从图3可以看出，WCDMA网络Node B的BBU主要构成有BBU机框、风扇板（FAN），基带处理板（WBBP）、主控板（WMPT）和电源板（UPEU）。

LTE的基站也是主要采用BBU+RRU的构造，BBU LTE典型配置如图4所示：

图4 BBU LTE典型配置

从图4可以看出，LTE与WCDMA网络的基站主要区别是：LTE的基站采用LBBP单板（LTE网络基带处理板）替代了WBBP单板、LMPT单板（LTE网络主控板）替代了WMPT单板。

综上所述，WCDMA网络的Node B基站升级到LTE基站，硬件上的改造可从BBU机框内部分单板替换开始，只要用LBBP单板和LMPT单板替换WBBP单板和WMPT单板即可。对应软件上需要升级到支持LTE技术的软件版本。

对于实训室而言，由于不存在规划频段的使用问题，可以不用更换RRU，只需要修改升级软件就可以使WCDMA网络的RRU支持LTE网络的RRU。

5 总结

考虑到实训室设备与运营商现网设备在使用目的、使用方法和使用环境等方面存在差异，针对WCDMA网络设备如何过渡到LTE网络，本文从现有实训3G设备组网结构、WCDMA到LTE网络架构的演进、RAN的演进和基站设备的演进等方面进行了探讨，提出了适合实训室WCDMA设备演进到LTE的策略，为实训室升级改造提供了依据和途径。

参考文献：

[1] 3GPP TS 25.201. Technical Specification Group Radio Access Network[S]. 2007.

[2] 3GPP. The Mobile Broadband Standard[S/OL]. [2014-09-18]. http：//www.3gpp.org/technologies/keywords-acronyms/98-lte.

[3] 章海峰，张辰，李文正. WCDMA HSPA向LTE的演进方案探讨[J]. 邮电设计技术， 2011（11）： 64-67.

[4] 陈国利. WCDMA HSPA技术演进思考[J]. 信息通信技术， 2009（1）： 47-51.

[5] 韩志刚，孔力，陈国利，等. LTE FDD技术原理与网络规划[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2012.

[6] 张坚平，张届新，方鸣. 面向LTE的IP RAN技术路线与组网研究[J]. 电信科学， 2012（7）： 33-39.

作者简介

陈海涛：高级工程师，副教授，工程硕士，现任广州民航职业技术学院航空港管理学院电子信息系主任，国家级精品课程负责人，主要研究方向为信息网络和通信技术，具有丰富的信息技术咨询、规划设计和教学经验。

胡也：工程师，工程硕士，现任广州杰赛科技股份有限公司第一事业部副总经理，主要研究方向为信息网络和通信技术、智能化及系统集成业务，具有丰富的专业经验。

E-UTRAN架构中，eNodeB是在UTRAN架构中Node B的功能基础上增加了控制平面（RRC）协议和用户平面（RLC/MAC/PHY）协议的功能。具体包括：RB控制、无线资源准入控制；调度和传呼信息；调度和传输BCCH信息；上下行带宽动态分配；UE附着时的AGW选择；LTE_ACTIVE时的移动性管理等。

LTE网络架构中的E-UTRAN直接由若干个eNodeB组成。与WCDMA网络架构的UTRAN相比，E-UTRAN减少了RNC和SGSN这2层架构。RNC的功能被分解到了eNodeB和AGW（接入网关）中，SGSN的功能则被包含在AGW中，而AGW仍属于SAE（系统架构演进）的边界节点。

由图2可知，LTE网络是两层扁平网络架构，同典型的IP宽带网络结构有相似之处，功能上支持VoIP、IMS、Mobile IP、SIP等各种先进技术。与3G网络架构相比，LTE网络架构层次减少，降低了系统复杂性，所带来的好处是系统内部相应的交互操作减少和降低系统时延。

综上所述，LTE网络架构相对WCDMA网络有更多的优点，具体如下：

（1）网络架构更趋扁平化和简单化；

（2）减少网络节点，降低系统复杂度以及传输和无线接入时延；

（3）eNBs通过X2接口直接连接；

（4）只承载PS业务，语音通过VoIP实现。

对于实训设备而言，网络架构的演进与运营商是相同的。

LTE核心网侧的变化相对于3G网络而言是革命性的，无论是运营商还是实训中心都需要新建部分LTE网络核心网设备，以满足LTE网络需求。

4 实训室WCDMA到LTE网络的升级策略

实训室网络设备与现网设备在基本架构和设备类型上基本一致，但在使用对象、使用目的、使用方法和使用环境等方面存在差异（见表1），因此在升级设备时，两者采用的策略并不完全一致。

表1 现网设备和实训室设备使用情况对比

对比项目 现网设备 实训室设备

使用目的 提供大众通信 教学、实训

使用对象 专业操作人员 教师、学生

使用要求 保证24小时不间断正常运行，数据要事先规划好 根据需要开机，临时

加载数据

使用环境 设备分布地域广，容量大，实时性强，可靠性要求高 分布在实训（楼）室内，实时性不强，数据量不大

4.1 实训室传输承载网的升级策略

基于上述关键技术的更新以及网络架构的变化，目前通信网络中WCDMA的Node B基站过渡到LTE网络的eNodeB基站，前提是必须要满足LTE时代的宽带数据业务。

对于运营商而言，LTE时代数据业务已成为承载主体，其对带宽的需求在迅猛增长。传统的SDH光传输网络已经难以支撑，分组化的承载网建设成为一种不可逆转的趋势。由于LTE网络是全IP组网，承载大量的数据业务，eNodeB基站接入MME/S-GW设备时也需要通过IP网络。但是，目前大部分WCDMA基站还是在采用双栈技术，语音和数据业务传输依然主要靠传统的SDH光传输网络，这已经满足不了通信网络面向IP化发展。在升级到LTE基站之前，先要将传统的传输网络升级到IP传输，可以采用成熟的IP RAN技术。

对于实训室而言，其主要目的是教学和实训，网络中业务数据量不大，当前3G实训室使用的MSTP设备仍可以发挥作用，通过以太网方式接入基站。因此，可将传输网的升级作为实训设备更新的最后考虑因素。

4.2 实训室无线接入网（RAN）的升级策略

现有的WCDMA网络Node B基站硬件大部分都是采用BBU+RRU的构造，BBU UMTS典型配置如图3所示：

图3 BBU UMTS典型配置

从图3可以看出，WCDMA网络Node B的BBU主要构成有BBU机框、风扇板（FAN），基带处理板（WBBP）、主控板（WMPT）和电源板（UPEU）。

LTE的基站也是主要采用BBU+RRU的构造，BBU LTE典型配置如图4所示：

图4 BBU LTE典型配置

从图4可以看出，LTE与WCDMA网络的基站主要区别是：LTE的基站采用LBBP单板（LTE网络基带处理板）替代了WBBP单板、LMPT单板（LTE网络主控板）替代了WMPT单板。

综上所述，WCDMA网络的Node B基站升级到LTE基站，硬件上的改造可从BBU机框内部分单板替换开始，只要用LBBP单板和LMPT单板替换WBBP单板和WMPT单板即可。对应软件上需要升级到支持LTE技术的软件版本。

对于实训室而言，由于不存在规划频段的使用问题，可以不用更换RRU，只需要修改升级软件就可以使WCDMA网络的RRU支持LTE网络的RRU。

5 总结

考虑到实训室设备与运营商现网设备在使用目的、使用方法和使用环境等方面存在差异，针对WCDMA网络设备如何过渡到LTE网络，本文从现有实训3G设备组网结构、WCDMA到LTE网络架构的演进、RAN的演进和基站设备的演进等方面进行了探讨，提出了适合实训室WCDMA设备演进到LTE的策略，为实训室升级改造提供了依据和途径。

参考文献：

[1] 3GPP TS 25.201. Technical Specification Group Radio Access Network[S]. 2007.

[2] 3GPP. The Mobile Broadband Standard[S/OL]. [2014-09-18]. http：//www.3gpp.org/technologies/keywords-acronyms/98-lte.

[3] 章海峰，张辰，李文正. WCDMA HSPA向LTE的演进方案探讨[J]. 邮电设计技术， 2011（11）： 64-67.

[4] 陈国利. WCDMA HSPA技术演进思考[J]. 信息通信技术， 2009（1）： 47-51.

[5] 韩志刚，孔力，陈国利，等. LTE FDD技术原理与网络规划[M]. 北京： 人民邮电出版社， 2012.

[6] 张坚平，张届新，方鸣. 面向LTE的IP RAN技术路线与组网研究[J]. 电信科学， 2012（7）： 33-39.

作者简介

陈海涛：高级工程师，副教授，工程硕士，现任广州民航职业技术学院航空港管理学院电子信息系主任，国家级精品课程负责人，主要研究方向为信息网络和通信技术，具有丰富的信息技术咨询、规划设计和教学经验。

胡也：工程师，工程硕士，现任广州杰赛科技股份有限公司第一事业部副总经理，主要研究方向为信息网络和通信技术、智能化及系统集成业务，具有丰富的专业经验。