LTE承载网络需求分析

舒良珺　杨明　程刚

1 引言

近些年来，随着通信业务的发展，原有的EDGE/HSDPA技术已经无法满足高带宽业务的需求，特别是高分辨率的图像以及高清的视频业务。引入LTE，不仅可以满足高带宽业务发展，还可以真正实现无线宽带化、泛在化。与3G相比，LTE的主要优势在于其高速率数据传输、小延迟、广域覆盖以及分组传送。LTE业务和网络将全面实现IP化，带宽需求将会大大提升，因此对承载网提出了新的要求。

2 LTE承载需求分析

和2G/3G相比较，LTE网络架构有明显的变化，主要由EPC核心部分和E-UTRAN接入部分组成。其中EPC核心部分主要包括分组数据网关（P-GW）、移动管理实体（MME）和服务网关（S-GW）。LTE网络的主要特点为扁平化，它取消了之前定义的RNC，而由eNodeB承担了大部分的RNC功能，包括无线资源调度、移动性管理以及无线承载控制等；并且由于eNodeB直接接入EPC，降低了用户感知时延，提高了移动用户体验。3G/LTE网络结构如图1所示。

2.1X2和S1接口承载需求

在新的架构下，引入了两个关键的接口，分别为X2接口和S1接口。这就需要在原有的承载网基础上，提高业务的灵活调度能力。X2接口和S1接口承载需求架构如图2所示。

X2接口是相邻eNodeB之间的分布式接口，主要用于相邻小区间交互和移动性管理，降低转发时延，提高网络性能。X2接口要求在相邻基站之间建立逻辑连接，并且需要承载网支持一部分的Mesh架构。X2是典型的多对多业务模式，其数量随着eNodeB数量的增加而增加。

S1接口是eNodeB与SGW/MME间的业务接口，主要用于提高网络利用率和可靠性。按照承载业务的不同，它可以分为S1-C和S1-U两种接口，S1-C连接eNodeB和MME，主要承载控制面的数据；而S1-U连接eNodeB和SGW，主要承载用户面的数据。

2.2时延和带宽需求分析

LTE承载时延要求最高的是S1-U接口，其带宽占总带宽90%以上，允许传输时延为5ms；S1-MME允许传输时延为100ms；X2允许传输时延为10ms。因此，S1-U接口对时延的要求是网络设计的重点。

2.3同步及QoS需求分析

LTE FDD对时间同步的需求为4μs，而TDD为3μs，LTE的频率同步需求为0.05ppm。考虑到LTE受频点影响，而且在覆盖能力上不如2G/3G，意味着部署时需要更多的基站来补充覆盖能力的不足；所以，若采用满足LTE同步需求的GPS技术，部署的成本将会上升。因此，LTE承载网适合采用地面传送同步技术，时间同步上选择IEEE 1588v2技术，频率同步上选用同步以太网技术。以上两种技术是目前应用较为成熟的地面传送技术，适用于LTE承载网络设备需求和功能，并能降低成本。

对于LTE承载的QoS需求，LTE根据不同的报文时延和优先级，将业务质量识别分成9类。其中对于LTE基站承载QoS有两个关键需求：一、在发生拥塞时，保证重要基站业务可用（比如政府机关、医院、军事基地等重要区域的基站在发生战争或重大灾难事件时可用）；二、需要保障高等级的业务优先进行转发。因此，要求承载网能够支持层次化QoS（H-QoS）处理能力，能针对不同基站和不同业务执行层次化的队列调度能力，以此确保重要基站一直可用。

3 LTE承载需求的特点

（1）网络规模大。LTE实现广域深度覆盖，网络节点数目将是现有覆盖区域基站数量的3倍左右。

（2）L3需求。由于LTE网络引入了相邻eNodeB之间的分布式X2接口和eNodeB与SGW/MME间的动态S1接口，承载网络需要支持L3功能才能疏导LTE流量。

（3）高带宽。由于LTE需要为用户提供高带宽业务服务，因此对承载网的带宽有更高的要求。LTE接入带宽最高可以达到200Mb/s。

（4）高可靠性。实现承载网全IP化需要保证网络高可靠性，故障切换小于50ms。

（5）统一承载要求。由于考虑承载网多场景（2G/3G/LTE）统一接入，现有承载网应该向分组网络平滑演进。

（6）网络QoS。时延要求小于20ms。

4 LTE承载需求的应对方式

（1）大带宽、低时延、多业务：提升100G平滑演进能力，使用大缓存路由型设备，进行环网树形改造，实施路由型方案。

（2）点到多灵活组网：实现IP/MPLS网络结构扁平化，搭建L3到核心的S1接口以及L3到边缘的X2接口。

（3）维护超大规模基站：设计L3自适应网络，实现可视化基站接入设备运维。

（4）相位同步新需求：实现频率同步、相位同步以及进行环网自动补偿。

5 展望

随着全球移动通信业的迅猛发展，运营商、设备制造商的用户规模不断增加，资金实力不断增强，国际交往合作不断加深，将不断促进LTE承载网络的实现、应用及推广，满足LTE承载网络需求的技术将会大大加快下一代移动通信网络的发展。但同时，LTE承载网络在设备平滑演进、相关技术的创新革命以及实现成本上还有很大的提升空间。

参考文献：

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