合理的无线回传网络保障TD-LTE网络运行和发展

2015-07-03 09:42高军诗
电信工程技术与标准化 2015年5期
关键词:微站宏站IP地址

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。

3.3 农村覆盖的回传方案

对于农村TD-LTE建设,主要以广域覆盖为主,一般基站半径较大、业务量相对较低,QoS要求相对不高,因此回传方案应充分利用现有的传输资源选择合适的回传方案,针对中国移动来说,可采用PTN、SDH、PON、交换机等方式进行接入,上联至PTN或CMNet网络中。

图3 一体化小基站承载方案示意图

4 结束语

中国移动的TD-LTE经过两年的大规模部署,已经基本成型,后续将不断的完善和扩容,相对应的回传网络方案也将随着TD-LTE基站回传要求的变化而不断变化,在满足业务需求的情况下,选择合适、合理的回传方案将提升网络的承载效率,并适应未来基站的发展需求,因此,未来应根据业务需求而优化调整承载网络。

[1]Erik Dahlman Stefan Parkvall Johan Skold.4G移动通信技术权威指南[M].北京:人民邮电出版社,2014.

[2]王应波, 张华荣.TD-LTE EPC组Pool传送方案研究[J].电信工程与技术标准化, 2014(6).

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