LTE及其回傳網(wǎng)解決方案淺析-技術(shù)方案

精品文檔-下載后可編輯LTE及其回傳網(wǎng)解決方案淺析-技術(shù)方案1引言

LTE（LongTermEvolution,長(zhǎng)期演進(jìn)）是由3GPP（第三代合作伙伴計(jì)劃組織）制定的移動(dòng)通信體系標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際上，LTE本身也在不斷發(fā)展演進(jìn)中，當(dāng)前已定義的LTE并非人們普遍理解的4G技術(shù)，而是一種3.9G或準(zhǔn)4G標(biāo)準(zhǔn)，其所對(duì)應(yīng)的R8標(biāo)準(zhǔn)已正式凍結(jié)。它以O(shè)FDM（正交頻分復(fù)用）、MIMO（多進(jìn)多出）等先進(jìn)的物理層技術(shù)為，改進(jìn)并增強(qiáng)了3G空中接口技術(shù)，在2×2MIMO，20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s的理論峰值速率（在采用4×4MIMO時(shí)，下行峰值速率甚至可達(dá)326Mbit/s）；支持FDD（頻分復(fù)用技術(shù)）和TDD（時(shí)分復(fù)用技術(shù)）兩種工作方式，并支持高達(dá)500km/h的高速移動(dòng)；R10是R8的增強(qiáng)版本，其理論峰值速率分別達(dá)到了下行1Gbit/s，上行500Mbit/s的水平，因此被稱為L(zhǎng)TE-Advanced/LTE-A，也就是所謂4G技術(shù)。目前，R10正在制定中。

LTE將是今后主要的廣域?qū)拵б苿?dòng)通信系統(tǒng)，未來所有的2G/3G/3.5G技術(shù)都將殊途同歸，統(tǒng)一演進(jìn)到LTE/LTE-A階段。但由于各國(guó)運(yùn)營(yíng)商2G/3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展情況不同，對(duì)于LTE的演進(jìn)路線是不同的，目前有如下4種LTE演進(jìn)路線：

（1）傳統(tǒng)方式演進(jìn)。即從2G到3G，再向LTE長(zhǎng)期演進(jìn)發(fā)展的思路。如Orange是這種穩(wěn)健策略的典型代表，其主要思路是堅(jiān)定2G/3G發(fā)展戰(zhàn)略，LTE則作為長(zhǎng)期演進(jìn)目標(biāo)。

（2）跳躍式演進(jìn)。即從2G直接演進(jìn)到LTE階段。T-Mobile是這種思路的典型代表，其主要發(fā)展策略是限制對(duì)3G/HSPA的投資，跳過HSPA+，2022年直接上LTE。

（3）不同體制間（3GPP/3GPP2）切換演進(jìn)。如Verizon從2022年開始啟動(dòng)從cdma2000/EV-DO到LTE的商用進(jìn)程。

（4）從TD-SCDMA向LTE演進(jìn)。這是中國(guó)移動(dòng)特定的演進(jìn)思路，目前其已明確了要積極推動(dòng)TD-LTE產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大思路。

2022年國(guó)外電信運(yùn)營(yíng)商已開始啟動(dòng)首輪商用，北美（Verizon）、歐洲（TMO）、日本（DoCoMo）等運(yùn)營(yíng)商均已開始進(jìn)行商用網(wǎng)的部署；歐洲的FT，Telefonica，VDF也已宣布2022年將啟動(dòng)第二輪商用。相對(duì)而言，我國(guó)的LTE尚處于技術(shù)啟動(dòng)階段，離百萬用戶以上的大規(guī)模商用還需5年左右。特別是近兩年在3G方面投資巨大，故短時(shí)間內(nèi)再次發(fā)放LTE牌照的可能性不大。因此，這兩年將主要以測(cè)試、試驗(yàn)網(wǎng)及試商用網(wǎng)建設(shè)為主。

2LTE對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)的要求

2.1LTE網(wǎng)絡(luò)的新變化

LTE的無線接入網(wǎng)命名為演進(jìn)型UMTS陸地?zé)o線接入網(wǎng)（E-UTRAN），網(wǎng)則為演進(jìn)型分組網(wǎng)（EPC）。與2G/3G網(wǎng)絡(luò)相比，LTE網(wǎng)絡(luò)顯著的新變化主要有：

（1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)全I(xiàn)P化。網(wǎng)取消了CS（電路域），全I(xiàn)P的EPC支持3GPP，非3GPP各類技術(shù)統(tǒng)一接入，實(shí)現(xiàn)固網(wǎng)和移動(dòng)融合（FMC）。EPC主要由MME（移動(dòng)管理實(shí)體），SGW（服務(wù)網(wǎng)關(guān)），PGW（分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)）等幾個(gè)主要的功能實(shí)體組成。其中，MME主要負(fù)責(zé)用戶及會(huì)話管理的所有控制功能，相當(dāng)于2G/3G的SGSN控制平面。SGW主要負(fù)責(zé)用戶平面的數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)發(fā)以及路由切換等，相當(dāng)于2G/3G的SGSN用戶平面；PGW是所有外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接入的錨點(diǎn)，類似2G/3G的GGSN功能。

（2）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)扁平化。傳統(tǒng)的3GPP接入網(wǎng)由NodeB和RNC兩層節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，而LTE中省去了RNC這一層，eNB（演進(jìn)型NodeB）直接接入EPC設(shè)備，因此E-UTRAN主要由eNB構(gòu)成，采用這種扁平化結(jié)構(gòu)的目的在于簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、減小網(wǎng)絡(luò)延遲。

（3）引入了兩個(gè)新的接口。一是支持S1接口的靈活組網(wǎng)方式，即所謂S1-flex功能。S1是eNB和MME/SGW之間的接口，2G/3G網(wǎng)絡(luò)中RNC只能和一個(gè)網(wǎng)元連接，但S1-flex允許一個(gè)eNB連接到多個(gè)MME/SGWPOOL（池），實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡、冗災(zāi)等。每個(gè)eNB支持多16個(gè)S1接口；另一個(gè)重要變化是X2接口，即相鄰eNB間的分布式接口，主要用于移動(dòng)性管理（切換）和相鄰小區(qū)干擾抑制，每個(gè)eNB可定義32個(gè)X2接口，實(shí)際部署時(shí)相鄰基站數(shù)量由覆蓋情況決定。

2.2LTE對(duì)承載網(wǎng)的要求

（1）傳輸帶寬。LTE基站的接入帶寬相對(duì)3G網(wǎng)絡(luò)有了非常顯著的提高。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算，以TD-LTES111站型為例，eNB的傳輸帶寬至少在440~590M左右。如果采用S222站型，傳輸帶寬將加倍，即880~1180M左右，這幾乎是3G基站帶寬的10~20倍。

（2）LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化對(duì)承載網(wǎng)也有較大影響，S1flex和X2接口的引入打破了原有2G/3G匯聚型組網(wǎng)架構(gòu)，這就要求承載網(wǎng)在原有的基礎(chǔ)上，具有靈活的業(yè)務(wù)調(diào)度能力。

（3）LTE對(duì)于QoS和時(shí)延的要求比2G/3G嚴(yán)格。LTE將提供比3G更多種類的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（多媒體、視頻、交互類等），3GPP詳細(xì)規(guī)范了各類業(yè)務(wù)的端到端時(shí)延和丟包率要求，因此要求承載網(wǎng)具有較強(qiáng)的QoS調(diào)度能力；3GPP建議S1/X2接口單向時(shí)延為2~15ms，NGMA（下一代移動(dòng)聯(lián)盟）則要求承載網(wǎng)端到端時(shí)延小于10ms，特殊區(qū)域應(yīng)滿足時(shí)延不超過5ms的要求。

LTE將實(shí)現(xiàn)深度覆蓋，eNB節(jié)點(diǎn)數(shù)將是現(xiàn)有基站數(shù)量的2~3倍，承載網(wǎng)規(guī)模應(yīng)適應(yīng)這種組大網(wǎng)的需要；LTE將和2G，3G網(wǎng)絡(luò)共存，要求承載網(wǎng)不僅具備IP分組業(yè)務(wù)承載能力，而且也應(yīng)考慮TDM和IP多業(yè)務(wù)統(tǒng)一接入的需求；當(dāng)然，承載IP化同樣要求網(wǎng)絡(luò)保證高可靠性，LTE保護(hù)需求類似于2G/3G承載網(wǎng)的保護(hù)，故障切換小于50ms；同時(shí)，LTE也具備對(duì)于頻率同步和時(shí)間同步的要求。

3LTE承載解決方案及分析

由于EPC是實(shí)現(xiàn)了全I(xiàn)P化的網(wǎng)，因此IP骨干網(wǎng)是各主要網(wǎng)元之間的惟一承載網(wǎng)。這里的IP骨干網(wǎng)，對(duì)中國(guó)電信而言是CN2，對(duì)中國(guó)移動(dòng)則是IP專網(wǎng)。故網(wǎng)的承載方案已無懸念，IPoverWDM/OTN是滿足當(dāng)前及未來發(fā)展趨勢(shì)的骨干層解決方案。因此，E-UTRAN承載方案就成為L(zhǎng)TE承載網(wǎng)的研究重點(diǎn)。

一般情況下，E-UTRAN承載網(wǎng)也被稱為L(zhǎng)TE回傳網(wǎng)，主要是指城域傳送/承載網(wǎng)部分（只有少部分流量需經(jīng)過IP骨干網(wǎng)）。其解決方案應(yīng)滿足LTE高帶寬、靈活的業(yè)務(wù)調(diào)度、組大網(wǎng)、多業(yè)務(wù)承載、高可靠性和QoS、低時(shí)延、時(shí)間同步等方面的要求。根據(jù)這些需求，業(yè)界從不同角度提出多種解決方案。

3.1端到端PTN解決方案（見圖1）

圖1全PTN方案

這是中國(guó)移動(dòng)大規(guī)模采用的方案。進(jìn)一步分，端到端的PTN方案有兩種實(shí)現(xiàn)方式：種是純L2方式，現(xiàn)有PTN無需支持復(fù)雜的L3協(xié)議，至上而下采用L2通道；第二種方式需要層設(shè)備升級(jí)支持L3VPN。

純L2方式下設(shè)備實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，對(duì)于運(yùn)維人員要求低，利用靜態(tài)的LSP解決S1flex和X2分布式接口需求，但存在的缺陷主要是浪費(fèi)標(biāo)簽的資源，因?yàn)檫@種方式必須從基站到多歸屬的網(wǎng)關(guān)之間預(yù)先建立多個(gè)LSP。雖然采用多段PW/LSP嵌套可從一定程度上節(jié)省標(biāo)簽浪費(fèi)的問題，但總的來說對(duì)業(yè)務(wù)調(diào)度的靈活性較差；層引入L3的方式可較好地解決純L2方式的缺陷，即節(jié)省了標(biāo)簽資源，又可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的靈活調(diào)度，即由層L3VPN實(shí)現(xiàn)S1flex或X2等其他調(diào)度業(yè)務(wù)。

3.2PTN外掛CE路由器的解決方案（見圖2）

圖2PTN外掛CE的方案

這種方案仍以PTN為主，實(shí)際是對(duì)端到端L2PTN方案的一種引申。即PTN仍維持端到端的L2功能，L3VPN功能由新引入的CE負(fù)責(zé)，實(shí)現(xiàn)S1flex，X2等動(dòng)態(tài)IP業(yè)務(wù)。需要注意的是，這里CE是指客戶邊緣路由器（CustomerEdgeRouter）。

有觀點(diǎn)認(rèn)為這種方案適合大規(guī)模組網(wǎng)，運(yùn)維優(yōu)化，因此很可能是LTE承載應(yīng)用主流之一，但主要的問題是引入CE路由器可能帶來新的故障隱患，如果CE發(fā)生故障則會(huì)造成整個(gè)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，故采用一對(duì)CE可以一定程度上解決這個(gè)問題。

3.3端到端路由器解決方案（見圖3）

圖3全路由器方案

從到接入全網(wǎng)采用動(dòng)態(tài)路由協(xié)議承載IP類業(yè)務(wù)，采用PWE3管道方式承載TDM/ATM等傳統(tǒng)業(yè)務(wù)。顯然此方案處理LTE的動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)具有天然的優(yōu)勢(shì)，具有端到端靈活業(yè)務(wù)調(diào)度能力，無需像L2那樣需要預(yù)先建立很多的通道。但全路由器方案存在的問題就是建網(wǎng)成本相對(duì)較高、設(shè)備功耗較大、另外在組網(wǎng)規(guī)模上受限。此外，這種大規(guī)模動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于運(yùn)維要求，且當(dāng)前路由器的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)、OAM能力相比PTN設(shè)備要弱。因此，這種方案適合規(guī)模較小的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商這種大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)適用性較差。

3.4路由器+IAN/PTN/CE混合組網(wǎng)解決方案（見圖4）

圖4路由器+PTN/IAN/CE

這種方案的/匯聚層采用路由器，接入層采用IAN/PTN/CE，此處CE指電信級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)。進(jìn)一步可擴(kuò)展為3種方式：

（1）路由器＋PTN的方式。

（2）路由器＋CE的方式。

這兩種方式本質(zhì)上都是/匯聚層支持L3路由，接入維持靜態(tài)L2功能。只是PTN（MPLS-TP）和CE（PBT或VPLS）采用的技術(shù)體制不同。

（3）/匯聚層采用路由器，接入層采用IAN。IAN即綜合接入節(jié)點(diǎn)設(shè)備，是中國(guó)電信新定義的一種結(jié)合了MPLS-TP和IP/MPLS功能的數(shù)據(jù)設(shè)備。這種方式比較適合擁有豐富IP城域骨干網(wǎng)資源的運(yùn)營(yíng)商，在實(shí)現(xiàn)LTE業(yè)務(wù)承載的基礎(chǔ)上，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)大客戶專線及組播等高品質(zhì)精品業(yè)務(wù)的綜合承載。

目前看來，對(duì)于路由器＋CE，CE在OAM方面的能力相對(duì)較弱；采用路由器＋PTN方案，則從某種程度上存在端到端的管理，異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)互通等問題，并出現(xiàn)需要數(shù)通和傳輸共同維護(hù)無線回傳網(wǎng)的情況；采用路由器+IAN方案，LTE回傳網(wǎng)均由端到端的數(shù)通產(chǎn)品組網(wǎng)，并統(tǒng)一由數(shù)通運(yùn)維，故此方案對(duì)于固網(wǎng)資源豐富的運(yùn)營(yíng)商吸引力較大。

4結(jié)束語

LTE回傳網(wǎng)目前存在端到端的PTN，PTN+CE（客戶邊緣路由器），端到端的路由器，路由器＋I(xiàn)AN/PTN/CE（電信級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)）等幾種解決方案。其中，前兩種解決方案均以PTN為主，而后兩種解決方案以數(shù)據(jù)設(shè)備為主。從技術(shù)可行性來講以上這些方案均可滿足LTE回傳網(wǎng)需求，主要區(qū)別在于L3路由的起點(diǎn)。實(shí)際上，引入L3功能的原因是在合適的位置提供靈活的業(yè)務(wù)調(diào)度能力，理想的狀況是既希望網(wǎng)絡(luò)具備很高的靈活及可靠性，又要做到簡(jiǎn)單易維護(hù)，但這兩個(gè)方面往往是較難統(tǒng)一的。通常一個(gè)較小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)靈活性相對(duì)較大，而國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)規(guī)模往往都很大，故更需要關(guān)注可靠性和維護(hù)能力。因此，在考慮LTE承載方案選擇時(shí)，需要找到合適的平衡點(diǎn)。由于網(wǎng)絡(luò)資源狀況不同，各運(yùn)營(yíng)商的方案選擇往往存在差異。

從目前國(guó)內(nèi)的發(fā)展情況看，以PTN為主的解決方案已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商用，故成熟性；路由器＋I(xiàn)AN這種以數(shù)據(jù)網(wǎng)為主的解決方案創(chuàng)新性較強(qiáng)，適合擁有豐富IP城域網(wǎng)資