LTE小基站承载方案研究

白鹭， 揭摄（ 中国移动通信集团设计院有限公司安徽分公司，合肥 3003； 解放军电子工程学院，合肥 30037）



LTE小基站承载方案研究

白鹭1， 揭摄2
（1 中国移动通信集团设计院有限公司安徽分公司，合肥 230031；2 解放军电子工程学院，合肥 230037）

摘 要作为宏基站的有效补充，小基站正逐步成为LTE网络部署的重要组成部分。本文根据LTE小基站的分类和适用环境，分析了小基站的传输承载需求，提出了适用于不同应用场景的传输承载方案，并给出合理化建议。

关键词LTE； 小基站； PTN； PON

近年来，随着智能手机的普及和LTE网络的大规模部署，使移动宽带数据呈现爆发式增长，传统的宏基站难以满足复杂的城市无线环境深度覆盖的要求以及大带宽数据业务的需求，此外站址资源获取也成为网络建设的一个瓶颈。因此，LTE网络除采用传统的宏基站进行广域覆盖外，还需要考虑引入灵活多样的小基站来满足不同应用场景的建设需求。

1　LTE小基站的定义与分类

小基站（Small Cell）一般指区别于宏基站的基站类型的统称，都具备RRU、BBU的功能，但发射功率、功耗、吞吐量和覆盖范围等指标比宏基站小，具有改善室内深度覆盖、增加网络容量、提升用户感知、降低站点获取难度的优势，逐渐成为4G时代网络部署的重要组成部分。

目前，各设备厂商的小基站产品种类繁多，产品分类与命名也五花八门，业内对小基站的认识和理解还未完全统一。作者认为可以从覆盖范围和集成度两个维度对小基站进行分类。

根据覆盖范围和适用场景，小基站可分为Micro（微蜂窝、微基站）、Pico（微微蜂窝、皮基站）、Femto（家庭基站、飞基站）3种类型。其中Micro基站主要应用于室外的补盲吸热，如密集城区局部区域的深度覆盖以及密集住宅小区、城中村、商业街及室外宏蜂窝基站覆盖不足的区域，具有部署快速灵活、性价比高的综合优势；Pico基站主要应用于相对比较封闭的大中型室内场景热点区域的补盲及容量需求，如办公室、咖啡厅、酒吧、电影院等，具有低成本、易部署的综合优势；Femto基站主要应用于室内小型场所，如营业厅、家庭，具有部署迅速、用户感知好等优势。

根据集成度，小基站还可分为一体化和分布式两种类型。一体化通常指小基站的基带、射频和天线集成为一体，而分布式通常指基带与射频天线分离建设（也称拉远）。与宏基站类似，分布式小基站对建站条件的要求更加灵活，因其射频和天线可以拉远，所以覆盖范围更大。Micro基站和Pico基站都各有一体化和分布式两种建设类型，而Femto基站通常只有一体化类型。

目前在LTE网络中，应用较为广泛的是一体化Micro基站、一体化Pico基站、分布式Pico基站、Femto基站这4种站型，其发射功率和覆盖范围如表1所示。

表1　常见LTE小基站的发射功率和覆盖范围

2　LTE小基站的承载需求分析

LTE小基站作为LTE宏基站的补充建设手段，对技术和业务的要求是一样的，因此其单个站点承载需求也与宏基站基本类似，只有细微差别。但由于LTE小基站数量众多（或将达到宏基站的数倍），室内外安装环境复杂，使得LTE小基站的传输承载也面临一些挑战。

2.1接口与带宽

根据不同的站型，需要考虑传输承载的接口主要有以下两种：

（1） BBU到EPC或相邻基站的S1/X2接口。

这里的BBU包含一体化小基站和分布式小基站的BBU。小基站和宏基站的网络结构类似，都需要配置到EPC的S1接口，以及相邻的小基站与宏基站之间以及相邻的小基站之间的X2接口。

LTE小基站通常只配置一个小区，如单小区空口速率为100 Mbit/s，则传输峰值带宽需要150 Mbit/s左右。由于LTE小基站单站用户较少，且集中在站点周围，信号质量好，用户达到峰值速率的机会也较多，因此对传输峰值带宽的需求也比宏基站高。

（2） 分布式站型的BBU和RRU之间的CPRI接口。

这类接口里传输的是RRU射频信号采样后的原始数据，且可能包含多个RRU的数据，因此对带宽需求很大，一般为1～10 Gbit/s。这个接口属于小基站内部接口，通常采用光纤直接承载。

2.2QoS

对于用户而言，不论是接入宏基站还是小基站，用户体验必须是相同的，这包括数据速率、时延、抖动和分组丢失率等。因此，小基站的QoS要求与宏基站相同。

2.3同步

由于家庭和局域类基站发射功率有限，因此对频率稳定性的需求略低，在3GPP TS36.133标准中对频率同步划分了家庭、局域和广域3个等级，具体指标依次是±0.25 ppm、±0.1 ppm和±0.05 ppm。由此可见，小基站的频率同步要求可略低于宏基站，即Micro基站和Pico基站为±0.1 ppm，Femto基站为±0.25 ppm。在时间同步方面，小基站和宏基站的指标相同，都是不大于3μs。

2.4可靠性

当LTE小基站用于宏基站覆盖范围之外的补盲场景时，其可靠性要求与宏基站是相同的，即99.9%～99.99%；当用于宏基站覆盖范围之内的吸热场景时，其可靠性要求可略低于宏基站，即99%～99.9%。

3　LTE小基站的承载方案

3.1PTN接入

由于小基站的传输承载需求与宏基站基本相同，因此采用PTN承载小基站无疑是最可靠的方式。PTN承载的实现过程如图1所示，业务配置、IP和VLAN划分、保护方式都与宏基站相同，也就是说对于PTN网络而言，小基站和宏基站是同等对待的。

但小基站的安装环境通常比宏基站“恶劣”，安全性和稳定性较差，作为运营商重要的高品质承载网，面对小基站简陋的安装环境、快速低成本的部署要求，PTN承载未必适用于所有小基站站型和应用场景。因此，需要结合接入便利性、PTN网络稳定性、建设成本、安装条件等因素，综合考虑是否采用PTN方式承载。

图1　PTN接入小基站组网示意图

我们知道，既然宏基站主要通过PTN承载，那么整体条件最接近宏基站的小基站（如有稳定的电源、有固定的机房等）也就可以通过PTN承载。尽管如此，在组网上建议采用星型或短链型结构，对于有较为稳定机房的小基站也可纳入PTN接入环中。今后随着更加紧凑和小型化PTN设备的推出，PTN承载将更加适用于更多场景的小基站接入。

3.2PON+PTN接入

随着家庭宽带和集团客户的大规模建设，PON网络的覆盖范围和接入节点数量已远远超过PTN网络，非常便于为LTE小基站提供回传网络。由于PON仅为末端接入技术，仅依靠PON网络是无法完成小基站电路的回传，所以小基站的传输承载需要经过PON和PTN两张网络。

PON+PTN承载的实现过程如图2所示，PON主要完成小基站接入的功能，小基站就近通过ONU接入传送网，再通过OLT上联至汇聚节点的PTN设备，从而接入PTN网络，实现与EPC S1电路的互通，以及与相邻宏基站、小基站X2电路的互通。在PON网络中，主要通过VLAN来区分小基站业务，PON只完成S1/X2电路的接入，S1/ X2电路的根据不同目的地址的灵活转发功能则由核心层L3VPN PTN设备实现。

在时延方面，除光纤的传输时延外，PON系统的转发时延在1 ms以内，可以满足S1和X2接口链路的时延要求。

在保护方面，可以采用Type B或Type C的光链路保护方式为小基站接入提供单点故障保护。

在同步方面，PON系统传递频率和时钟信号的技术成熟均较为成熟，主流厂商的PON设备都可使用物理线路时钟实现频率同步，也可以提供PPS+TOD同步接口实现时间同步。

但PON+PTN接入方式也有不足之处，一是由于小基站的接入分别经过PON和PTN两张网络，因此无法实现端到端的运维，故障定位也较为困难；二是由于PON网络的VLAN大都已被宽带业务、WLAN及各类专线所占用，剩余可用VLAN资源较少，因此宏基站和小基站的IP、VLAN必须统一规划。

3.3分组化微波接入

分组化微波是以分组传送为核心的数字微波，能够将传输的数据分组直接映射成微波帧结构，并支持对于分组数据基于且仅基于分组进行交换，实现端到端的业务传输。分组可以是以太网报文、MPLS-TP报文或IP报文等形式。

图2　PON+PTN接入小基站组网示意图

分组化微波可分为以太网微波和PTN微波。以太网微波支持FE或GE以太网接口，支持完善的二层以太网功能，包括全面的以太网OAM、保护、QoS、V-Lan、QinQ等以太网特性，支持Sync-E和1588v2同步功能，可与PTN设备对接，满足分组化业务接入、传输和处理需求。PTN微波具备与PTN融合组网的能力，支持MPLS-TP OAM（ITU-T G.8113.1）、保护、QoS和同步等功能，支持与PTN通过网络侧接口（NNI）对接，同厂家组网时，可与PTN统一网管，实现端到端的业务配置与管理。

由此可见，在光纤资源暂时无法到达但又急需开通小基站的场景，通过分组化微波作为小基站的接入方式不失为一个好的应急方案。

3.4结论和建议

虽然小基站与宏基站有着类似的功能和技术要求，但小基站数量众多、分布广泛、部署快速等特点，决定了小基站的承载方式必须灵活高效且低成本，能够满足小基站快速放装的需要，尽可能降低工程实施难度和施工时间，特别是要尽可能避免小基站的建设对传输网络基础设施（如光缆、传输系统）的改变或者过高的要求。

结合上述3种承载方式，不同站型和应用场景下的小基站接入建议如下：

（1） 对于已实现PTN或PON覆盖的区域，优先利用现有接入方式，这样对网络影响最小；

（2） 对PTN或PON未覆盖的区域，需要综合考虑接入便利性、PTN网络稳定性、建设成本、安装条件等因素，确定接入方案：

（1） Micro基站和分布式Pico基站优先选择PTN承载，采用星型或短链型结构，对于有较为稳定机房的也可纳入PTN接入环中。

（2） 一体化Pico基站和Femto基站优先选择PON承载，利用附近的FTTx网络实现多种业务的统一接入。

（3） 对于不具备有线接入的情况，分组化微波是必备和重要的补充手段。

4　结束语

在LTE网络部署中，多样化的基站类型在提升深度覆盖和网络容量能力的同时，也大大增加了网络的复杂度，给LTE网络的建设和运营带来了全新的挑战。本文根据LTE小基站的分类和适用环境，分析了小基站的传输承载需求，提出了适用于不同应用场景的传输承载方案，希望能为LTE小基站的规划与建设提供参考。

参考文献

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Research on LTE small cell carrying scheme

BAI Lu1， JIE She2
（1 China Mobile Group Design Institute Co.， Ltd. Anhui Branch， Hefei 230041， China； 2 Electronic Engineering Institute，Hefei， 230037， China）

AbstractAs an effective complement to macro cell， small cell is becoming an important part of the LTE network deployment. According to the classification and application environment， the paper analyzes the transmission carrying needs of LTE small cell， proposes scheme for different scenarios， and proposes rationalization proposals also.

KeywordsLTE； small cell； PTN； PON

中图分类号TN929.5

文献标识码A

文章编号1008-5599（2016）05-0045-04

收稿日期：2015-07-29