合理的无线回传网络保障TD-LTE网络运行和发展

2015-07-03高军诗

电信工程技术与标准化 2015年5期

高军诗

（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

1 概述

截止2014年底，中国移动已建成TD-LTE基站70万个，已实现全国30个省市的县城以上区域的连续覆盖和部分乡镇农村区域的热点覆盖。2015年，中国移动的TD-LTE网络将向农村地区覆盖，并加大城市热点地区以及楼宇的深层覆盖。同时，努力与全球开通LTE的国家实现100%漫游。

当前的70万TD-LTE宏、微基站主要采用基于PTN的无线回传网络，保障了TD-LTE网络的快速开通和稳定运行，但随着TD-LTE向“广、深、厚”覆盖发展，相应的无线回传网络技术和方案都需要重新选择或优化。

2 TD-LTE基站分类及回传网络基本需求

2.1 TD-LTE基站

根据TD-LTE的规范，基站（eNB）分类标准如表1所示。

其中，宏站主要用于室外广覆盖，小基站（微站、皮站、飞站）用于补盲、补热，实现深度覆盖和容量提升。另外，宏站、微站和皮站还分为分布式和一体化，飞站一般为一体化基站。

其中宏站、微站和分布式皮站直接接入EPC，一体化皮站和飞站接入网关设备后，再接入增强分组核心网（EPC）。

表1 TD-LTE无线网络基站设备标准

为满足集中化维护需求，原则上要求集中部署EPC，同时提高EPC的安全可靠性，一对或多个EPC组成互为容量备份的Pool结构，以保证当某个EPC出现问题时，其它EPC可接管相应的基站。一体化小基站的网关设备在初期配置位置和EPC对应，后期根据容量需求不断扩容，并跟随EPC下沉而下沉。

对于乡镇和农村，则根据需求进行部署；对于重点乡镇区域实现连续覆盖，做到乡镇对乡镇、网格对网格、城市对城市的连续覆盖；针对农村地区平原、丘陵、山区的不同地形场景下，基站覆盖半径将远大于城镇覆盖。一般情况下覆盖半径建议如表2所示。

2.2 TD-LTE回传网络基本要求

TD-LTE基站相比2G、3G而言，对回传网络提出了更多的要求，如：分组传送，相应的回传网络需支持分组调度能力；TD-LTE的理论速度可达百兆，而百兆速度则意味着4G网速是目前3G网速的10倍，则回传网络的网络带宽增加10倍，且突发性宽带业务需要统计复用以提高效率；由于TD-LTE的特质，站点更密集，端到端时延只有10ms，且需要高精度时间同步，这些特质对回传网提出了更高的要求；同时作为回传网络，还需要有丰富的质量检测和保护机制，以保证网络的高可靠性；高效率维护特性，以适应中国移动集中运维体制要求；架构开放，以满足快速开通新应用；快速部署、灵活调整，满足业务快速开通和调整需求等等；当然对回传网络影响更大的是其X2接口和S1 Flex的灵活调度需求。如图1所示，TD-LTE的无线回传网络要连接基站（eNB）到增强分组核心网（EPC）间通过S1接口和相邻基站之间的X2接口，保障S1接口传输用户信息和控制信息，且保障基站可以根据业务情况，任意归属不同的EPC网元。

图1 TD-LTE基站S1/X2信号流向示意图

3 TD-LTE回传网络方案

针对TD-LTE基站类型和部署特征，可以有两种回传方案：

（1）对于宏站、微站和分布式皮站，主要目的是实现广域连续覆盖，其覆盖广、回传带宽高，对回传网络要求较高，因此一般采用PTN端到端的回传方案；

（2）对于一体化皮站和飞站，一般不属于室内或家庭，对回传网络要求相对不高，可采用中国移动IP承载网（CMNet）回传方案。

表2 农村覆盖半径建议表

3.1 基于PTN的回传方案

对于宏站、微站和分布式皮站，其对回传网络要求较高，根据其回传需求且基于EPC按省集中部署的建网方式，我们制定了基于PTN的无线回传网络方案，网络结构如图2。

图2 PTN回传网络方案

该方案主要具有以下特点：

（1）合理的分层和网络结构：城域接入和汇聚层采用L2 PTN，采用环网结构，满足末端层次简单、维护简单的需求；城域核心层和省内干线采用L3 PTN，城域核心层PTN实现L2/L3层转换，并采用口字型组网，这样实现基站间X2流量疏通需求，也简化了网络结构，减少了L3节点数量和L3网络的复杂性，便于网络的维护和管理。保护方面，采用了端到端的双路由保护，L2网络采用LSP 1+1保护，L3网络采用静态VPN保护，并实现同城不同址或异地EPC组Pool的保护需求，真正保证了基站业务的安全可靠性。总之，该方式既满足了回传的各个方面需求，同时也符合中国移动的维护体制，也保证了业务的安全可靠性，是TD-LTE回传的合理网络部署方式和分层模型。

（2）合理的带宽规划：经理论计算和现网测试，S111基站的上下行业务子帧配置1：3的情况下，一个载扇业务需求平均速率不大于20 Mbit/s，峰值速率110 Mbit/s，则一个S111基站平均业务速率60 Mbit/s，峰值速率330 Mbit/s；而室分O1基站，由于空口条件较好，业务需求平均速率不大于60 Mbit/s，峰值速率110 Mbit/s。当考虑75%的传输带宽效率后，S111基站的平均传输带宽需求为80 Mbit/s，峰值为440 Mbit/s，而O1基站的平均传输带宽需求为80 Mbit/s，峰值为150 Mbit/s。所以，在PTN接入环考虑为每S111或O1基站规划80 Mbit/s带宽，并预留一个固定带宽，使同一个接入环的基站至少有一个可达到峰值要求；在汇聚层，考虑到一个汇聚环可能接入几十个基站，并发几率降低，规划带宽按75%收敛，为60 Mbit/s；同理，核心层规划带宽按50%收敛，为40 Mbit/s。对于承载S111和O1基站的具体带宽配置，端到端LSP按照保证带宽40 Mbit/s和对应的峰值带宽设置。上述带宽测算、规划和设置兼顾了QoS和业务突发，可在一定时期内保证业务的稳定运行。

（3）合理的地址规划：由于采用三层设备承载基站，回传设备需和基站协调配置IP地址，根据中国移动维护管理规范，每个省分配不同的IP地址段，各省再分配到每个地市不同的地址段，根据分配的地址段，结合回传设备特性，合理规划IP地址，使同一城市的前后期建设的基站IP地址处于同一地址段内，同一层三设备接入的基站也始终处于同一地址段，从而大大简洁下行路由表表项，便于静态层三设备的管理和维护。

总之对于宏站、微站和分布式皮站，采用PTN承载网络可满足业务对安全可靠性、灵活调度性和业务时延等的严格要求。

3.2 基于CMNet的回传网络

在利用宏微基站实现广域连续覆盖之后，为了实现TD-LTE的深度覆盖和容量覆盖，引入一体化皮站和飞站用于补盲、补热覆盖。

一体化的皮基站设备主要应用于传统室分建设比较困难、覆盖面积在数百到数千平米、隔断较少的营业厅、沿街商铺、咖啡厅、超市等室内场景。飞基站设备主要用于传统室分建设比较困难、单个隔离空间较小（100 m2以下）、用户数较少家庭等场景。

根据业界预测，实现广覆盖之后，一方面，运营商间的激励竞争导致对客户体验及无线基站深度覆盖的需求，另一方面传统宏站在站址获取上越发困难，尤其在LTE基站密度加大的情况下问题更加突出，小基站的引入势在必行。小基站数量众多，可达到宏站数量的5～10倍。

相对于宏站，一体化皮站和飞站位置更为暴露，更容易受到恶意攻击，而且一体化皮站和飞站承载还可能经过非受信网络，因此业务安全性需求突出，一般在一体化皮站和飞站网关设备前端部署安全网关以保障S1流量的安全性。

一体化皮站和飞站数量众多，部署场景的多样性及成本压力，必然导致在接入方式上要充分利用各种资源，接入设备必须满足小型化、低成本、易开通等特点；且长远看，基站进家庭成为必然，免安装的飞站将需要支持（甚至第三方）互联网接入。

由于此类基站部署场景复杂、数量众多，为了减少安装和维护压力，根据无线要求，此类基站应满足自启动方式，可自动分配IP地址和自动初始化，因此建议选用CMNet作为其回传网络，可通过BRAS实现基站IP地址自动分配，通过DNS服务器实现基站初始化自动配置等功能，简化了小基站安装和维护压力；末端接入则根据接入资源条件，选择PON或PTN。因此，推荐回传网络方案如图3所示。

对于安装在重要客户以及安全等级需求高的一体化飞站基站，不建议接入一体化小基站网关，而应同宏基站承载方式，采用端到端的PTN网络承载并直接接入EPC。

对于采用PON接入的一体化皮站、飞站，可按下行80 Mbit/s、上行40 Mbit/s规划PON口的带宽。但具体带宽配置仍按保证带宽40 Mbit/s、峰值带宽150 Mbit/s设置。

利用CMNET承载此类基站，避免了静态的IP地址分配，但为了有效管理，还应为此类基站网关规划地址池，用于此类基站的动态业务地址分配。