上海世博会TD-LTE示范网方案

上海世博会 TD-LTE示范网方案 （讨论稿） 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 2 汇报内容 示范网目标与原则 世博区 LTE业务需求 世博区建设方案 试验网建设考虑 建设汇总 待决策问题 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 3 目 录 网络解决方案 建网原则 主要内容 网络节点设置 网络组织与设备连接 安全、计费、网管方案 新增设备清单 对互联网元功能性能要求 独立建网原则 网间互联原则 安全保障原则 容量适配原则 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 4 示范网目标与原则 LTE示范网目标 借助上海世博会舞台，推动 TD-LTE国际化发展 加大对 LTE系统端到端设备的测试和验证工作，推动国内和国际厂商的技术成熟 在世博园区建设 LTE网络， 展示我国自主创新技术所取得的最新成就， 针对上海环境摸索 LTE规划、优化方法，积累技术经验，加速省公司人才培养 示范网建设原则 LTE/SAE网络独立组网，减少对世博园区现有网络的影响 实现世博园区和重点场馆的 LTE覆盖 ,不考虑宏站对室内建筑的覆盖 共用现网站址和分布系统资源，尽量减少对现网的改造 相关技术及业务需在外场进行验证，成熟后逐步引入园区 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 5 业务引入策略 世博业务应用需求： 原则： 安全备份 结合世博应用需求与 LTE技术现状，重点服务专项行业应用与友好用户： 重点服务世博局视频监控与发布等专项、行业应用 考虑终端成熟性问题， 控制个人应用发放数量与范围 （注：世博会期间 CPE终端基本成熟，有少量数据工程样卡） 业务 类型 视频监控应用 移动信息屏 行业馆业务演示 TD-LTE上网卡 专项与行业应用 个人应用 业务 描述 作为有线监控系统的补充，包括：移动车体和轮渡监控、单兵监控、监控补点 信息、广告发布等媒体的传输承载。如出入口或移动的大屏幕 尽可能展示 TD-LTE的承载能力，业务形式需要结合行业馆的主题展示思想和风格 为新闻行业提供基于数据卡的增值业务，作为 WLAN的接入补充和业务分流 应用 场景 全园区室外覆盖 有线信息屏的补充 行业馆室内覆盖 新闻中心室内覆盖 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 6 无线网（ 1） 无线网建设原则（独立、共站） 无线网建设目标 覆盖目标与指标 频率规划 室外建设方案 站址情况（可选站址） 链路预算 仿真验证 站址清单 关键站址 覆盖质量预测 站址可行性分析 机房 面积 功耗 承重 GPS独立建设 天馈安装可行性分析 独立铁塔 女儿墙 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 7 无线网建设原则 无线网建设原则 覆盖目标 世博园区 5.28平方公里室外连续覆盖 重要场馆室内覆盖 满足高数据流量区域（如新闻中心）的容量需求 资源利用原则 室外宏站充分利用现有室外机房和天面资源 室内覆盖尽量利用现有室内机房和布线系统资源 工程建设原则 避免 TD-LTE对现有通信网络的影响 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 8 无线网建设目标 宏站覆盖目标 室外小区保证上行 2Mbps/下行 4Mbps区域覆盖率 90% 小区边缘导频信道 RSRP高于 -110dBm。 频率规划 TD-LTE使用 2300-2400MHz频段，共 100MHz 室外 3个频点异频组网，每个 20M，共 60MHz 时隙配比 世博园区对上行数据和下行数据均有较大需求，因此选择上下行较为均衡的时隙配比方式，即时隙配比方式上下行 1： 1 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 9 上下行数据信道链路预算 eNB使用 20W的功率模块，天线发射方式为双通道分集发射 UE发射功率 0.5W，为定制终端 在满足覆盖目标的前提下，室外站覆盖半径为 1.1公里 : TD-LTE站间距要求小于 1.6公里 链路预算（增加细项） 下行 PDSCH 上行 PUSCH MAX Tx Power (dBm) 46.00 27.00 SINR Required (dB) 5.0 0.12 Maximum Allowed Path Loss (dB) 142.98 142.04 Cell Radius (km) 1.16 1.16 Cell Coverage Radius (km) 1.16 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 10 世博园区已有站点情况 世博园区共有 17个站点。 包括 13个已规划站点、 3个移动已建站点及 1个联通保留站点 6个站点已开工，其中 5号站点天面实施难度很大 从站点分布来看，世博园区相邻站点间最小距离为 210米，最大距离为1880米。 雪野与汉庭均位于世博园区边缘，且相邻距离均小于 250米，因此该两个站点不作为 TD-LTE备选站点。 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 11 导频信道覆盖仿真 (增加量化表格 ) 导频信道覆盖仿真 使用 15个站址对世博园区进行覆盖， TD-LTE小区边缘 RSRP 大于 -110dBm，满足连续覆盖要求 如 5号站未开通，则在世博中心区域形成弱覆盖区 15个站点 14个站点， 缺少 5号宏站 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 12 上下行数据吞吐量仿真（统一图标） 上下行峰值吞吐量仿真 DL UL 在使用 15个站点对世博园区进行覆盖的情况下，上行边缘速率大于2Mbps，下行边缘速率大于 4Mbps，满足覆盖要求。 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 13 室外站清单 (待建设 ) 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 14 设备安装要求（图修改 +文字修改） eNodeB TD-LTE设备普遍为 BBU+RRU类型 BBU设备对机房的空间、承重以及电源的要求均可参照 TD-SCDMA系统已有经验。参考世博园区机房规划方案， BBU设备对机房影响较小。 TD-LTE RRU设备安装要求与 TD-SCDMA RRU设备相似，在可以安装TD-SCDMA RRU设备的条件下， TD-LTE RRU设备也同样满足要求。 天线 天线方案一： TD-LTE与 TD-SCDMA合用 B+C频段的智能天线 MIMO天线的双路隔离度较低 宽频天线性能较差 天线方案二： TD-LTE使用专用的 C频段双极化天线 建议： TD-LTE系统配置 C频段双极化天线 6 阵 元 B + C 频 段 的 智 能 天 线 合 路 器T D - L T E T D - S C D M A合 路 器T D - L T E T D - S C D M A2 . 5 个 波 长中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 15 TD-LTE设备对天面的要求 水平距离 垂直距离 65度定向天线，平行放置 增益 18dBi 2.5m 0.15m TD-LTE双极化天线与 TD-SCDMA智能天线的隔离要求 TD-LTE双极化天线与 GSM天线的隔离要求 水平距离 垂直距离 65度定向天线，平行放置 增益 18dBi 3.7m 0.5m TD-LTE天线安装方案一： TD-LTE与 GSM、 TD-SCDMA均使用独立平台， TD-LTE天线挂高要求 20米 30米 TD-LTE天线安装方案二： TD-SCDMA系统使用宽带天线（支持 A频段和 B频段），TD-LTE与 TD-SCDMA天线共平台 优先单独、否则共 TD 规划中白莲泾景观塔 推荐为 TD-LTE搭建独立平台 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 16 无线网（ 2） 室内覆盖建设方案 建设现状（描述） 技术可行性方案（方案、预期性能、工程量） 方案一：支持 MIMO 方案二：不支持 MIMO 覆盖目标选择建议： 中国管：方案一 行业管：方案一 其他： 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 17 TD-LTE 室内覆盖拟建目标（ 1） 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 18 TD-LTE 室内覆盖建设原则 室内与室外异频组网 ； 室内采用 2个 20MHz带宽频点，共 40MHz； 覆盖区域内信号覆盖率 90%； 室内覆盖上下行时隙配比 4:4 ； 边缘速率下行大于 2Mbps（低方案）或 4Mbps（高方案） 尽量减小室内对现有室内覆盖分布系统的设计改动； 尽量发挥并展示 TD-LTE的性能特点并保证网络质量； 根据建筑施工难度和投资成本，选择采用两种布建模式： 模式一： MIMO 2*2 模式； 模式二： SIMO 1*2 模式； 根据网络性能、改造难度、投资成本，结合建筑的功能用途选择最佳建设模式。 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 19 模式一： MIMO 2*2 模式 通过二路独立馈线和天线元构成 2*2 MIMO系统 SFBC：天线分集增益 SM：空间复用并行增益 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 20 模式一 的具体实施方案（ 1） 方案一：直接合路于 Tx、 Rx 说明： 将 TD-LTE MIMO两路信号分别与室分系统的 Tx与 Rx进行后端合路。 优势： 能充分体现 MIMO上下行容量增益； 无需对原室内分布系统进行任何改动； 劣势： Rx一路 TD-LTE上行时隙受多系统下行信号影响，互调干扰严重（见下文互调干扰分析）； 若将 WLAN独立组网可大大降低 Rx杂散及互调干扰要求，但将增加原室内分布系统的投资成本； 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 21 模式一 的具体实施方案（ 2） 方案二：更换双极化天线 说明： 将原单极化天线更换为双极化天线，增加一路馈线合入 TD-LTE的一路信号，其另一路信号与原室内分布系统的 Tx后端合路； 优势： 能充分体现 MIMO上下行容量增益； 无需增加天线布设数量和位置，仅更换 Tx天线类型； 多系统合路干扰较小； 劣势： 全向双极化吸顶天线需研发，待测试验证其可行性； 对于线槽方案已施工的建筑，增加一路馈线工程实施难度大； 单改造 Tx天线，其他系统面临 Tx与 Rx具有相位及损耗差异的风险（待测）； Tx、 Rx天线全部改造工程投资较大； 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 22 模式一 的具体实施方案（ 3） 方案三：新增一路单元天线 说明： 在不改动原分布系统的天线类型的基础上，额外增加一路馈线和一幅单极化天线； TD-LTE一路合入新建馈线，另一路与原室内分布系统的 Tx后端合路。 优势： 能充分体现 MIMO上下行容量增益； 无需使用高风险的双极化天线，对其他系统影响较小； 多系统合路干扰较小； 劣势： 网络改造量较大，对于已确认天线布点的建筑，需重新协调； 对于线槽方案已施工的建筑，增加一路馈线工程实施难度大； 工程投资较大； Tx/Rx 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 23 模式二： SIMO 1*2 模式 TD-LTE基站仅输出一路，形成 1*2 SIMO 系统 具体实施方案： Tx后端合路 说明： TD-LTE一路直接合入 POI输出 Tx端，采用一元全向天线覆盖。 优势： 无需对原室内分布系统进行任何改动； 劣势： 无法获得分集增益或并行增益，因而无法充分发挥 TD-LTE速率及容量优势； 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 24 模式一和模式二的性能比较 根据仿真分析 在 MIMO空间容易构建的区域（多径占优）， 采用 MIMO和不采用 MIMO吞吐量增加 30 40 在直视径占优的区域 MIMO吞吐量增益 15 20 仿真结果 假设典型 50m*100m空间， 20MHz带宽下，天线口功率 13dBm, 天线口增益 2dBi，整个场景内放置 4个 AP，均匀分布 48个用户。 1*1SISO与 2*2MIMO 比较结果如下： 天线模式 小区平均吞吐率 单用户平均吞吐率 2*2 MIMO 16.73Mbps 1.394Mbps 1*1 SISO 12.2Mbps 1.017Mbps 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 25 同频小区隔离度要求 由于采用正交频分多址方式，同层的相邻两个小区必须异频，否则在小区交叠处负载两个小区超过 50%的时候干扰就比较严重，会导致新用户无法接入或已有用户掉话； 上下层或同层空间隔离分区的情况下，可同频分区，但前提条件是上下层两个小区间跟离度指标。 具体干扰隔离分析： 终端 NF=7 系统噪底 -174+10log1M+7= -107dBm/1Mhz 基站发射 58dbm/20MHz=1821dBm/1MHz 则灵敏度恶化 1db，需要隔离度 18-（ -107） +7=132dB 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 26 边缘场强链路预算计算 高方案 : (20MHz/1:1/15RB/边缘速率下行 4Mbps): RSRP = -116.87dBm 低方案 : (20MHz/1:1/15RB/边缘速率下行 2Mbps): RSRP = -122.53dBm 单通道不考虑 3dB分集增益 Bitrate(kbps) 2000 4000 RB Number Required 15 15 Antenna Gain(dBi) 0 0 Cable Loss (dB) 2 2 SINR 0.34 6 Noise Figure (dB) 7 7 Background Noise Level (dBm/Hz) -174 -174 Interference Margin (dB) 8.83 8.83 Shadow Fading Margin (dB) 3 3 RSRP (dBm) -122.53 -116.87 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 27 共分布系统干扰指标分析 杂散、阻塞隔离度要求 若不考虑与 WLAN共系统，隔离度要求为 90dB； 若考虑与 WLAN共系统，隔离度要求为 100dB； (LTE杂散干扰按 -120dB/M计 ) 互调指标要求 若以下条件成立 TD-LTE考虑优先使用 23002340MHz频段； TD-SCDMA与 WLAN合入室分系统 Rx端； 则 Tx与 Rx两路： Tx端强下行信号不会产生影响 TD-LTE的低阶互调； Rx端由于 WLAN与 TD-LTE频段接近，会产生 TDs（ A/B频段）、 WLAN、WCDMA、 TD-LTE在内的多种三阶互调干扰组合，对合路器互调抑制指标要求很高（大于 120dBc）。 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 28 天线类型和指标要求 模式一： 2*2 MIMO模式 方案一：沿用原吸顶全向天线设计； 方案二：目前业界无室内用双极化全向天线，需订制开发，可行性及更换天线后对其他系统的影响需试验测试评估后，方能用于示范网； 方案三：沿用原吸顶全向天线设计； 模式二： 1*2 SIMO模式 沿用原吸顶全向天线设计； 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 29 覆盖方式选择建议 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 30 目 录 网络解决方案 建网原则 主要内容 网络节点设置 网络组织与设备连接 安全、计费、网管方案 新增设备清单 对互联网元功能性能要求 独立建网原则 网间互联原则 安全保障原则 容量适配原则 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 31 SAE核心网建设原则（） 独立建网原则 采用独立设备建设网络 与现网 2G/3G无互操作 独立于现网的号码资源 网间互联原则 与世博会信息专网互联满足世博展示需求 与 CMNET互联解决 LTE用户上网问题 与 CM-IMS互联支持相关 IMS业务 安全保障原则 两套核心网设备异地放置物理容灾 核心网设备负荷分担实现网络级容灾 核心网主要设备单板都采用 1 1备份实现单板级容灾 容量适配原则 满足实际用户需求的情况下设备容量采用最小配置 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 32 网络节点设置 -SAE组网架构 MME SAE GW eNodeB S6a S11 eNodeB CPE MME SAE GW S6a S11 HSS 数据卡 HSS SGSN BSC/RNC BTS 2G/3G网络 GGSN HLR 机房 1 机房 2 世博园区 LTE/SAE 与 2/3G独立组网 CG CG CMNET 世博信息专网 独立组网！ 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 33 网元节点设置 -SAE核心网容量配置（反推支持的用户数） 业务类型 总用户数需求 总带宽需求 设备类型 数据卡 视频监控终端 软终端 * 1500 2G 终端数量 1000 500 1000 每用户基本带宽需求 300K 3M 300K 忙时 80%带宽需求 240M 1200M 240M 最大带宽需求 300M 1500M 300M SAE核心网设备 最小配置 组网配置（容灾配置） MME 50万用户 (一对业务单板， 1+1) 2套（负荷分担） SAE-GW 100万承载， 6Gbps（一对业务单板， 1 1） 2套（负荷分担） CG 3000CDR/s 2套（负荷分担） HSS 50万用户 2套（ 1 1备份） *软终端使用数据卡接入 设备最小配置足以满足示范网需求！ 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 34 目 录 网络解决方案 建网原则 主要内容 网络节点设置 网络组织与设备连接 安全、计费、网管方案 新增设备清单 对互联网元功能性能要求 独立建网原则 网间互联原则 安全保障原则 容量适配原则 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 35 网络组织与设备连接 -SAE核心网站点接入 E-NodeB MME1 SAE GW1 主 HSS 机房 1 主 NTP-Server CG1 网管系统 CE 主 DNS MME2 SAE GW2 备 HSS 机房 2 备 NTP-Server 备 DNS E-NodeB 世博信息专网 CMNET 承 载 网 CE CG2 CE CE PE PE PE PE 采用 CE进行桥接，减少核心节点上 VLAN数量要，降低与 PTN间的交互需求 CE双点备份 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 36 PE 网络组织与设备连接 -SGi接口连接 世博信息专网 CMNET SAE GW PE PE CM-IMS PE PE PE PE PE MPLS VPN GRE GRE MPLS VPN CE CE 接入 IMS： 为软终端提供融合宽带通信业务，如通过 PC软终端体验多媒体彩铃，多媒体电话，多媒体会议等业务体验 接入 CMNET： 解决 LTE用户上网问题，需要CMNET提供 GRE路由器以及 NAT转换设备（终端采用私网 IP地址） 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 37 P-CSCF I/S-CSCF IMS域 MME SAE GW S6a S11 eNodeB CPE HSS CG SAE网络 需支持 P-CSCF Discovery机制 UE： 在发起 Attach/PDN Connection请求时指示获取 P-CSCF地址 MME/SGW： 支持透传该指示 PGW： 获取 P-CSCF地址后返回给 UE UE： 终端需要支持发起资源修改请求（ TAD=ADD）流程，由 PGW完成专用承载的建立。 网络组织与设备连接 IMS接入方案 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 38 目 录 网络解决方案 建网原则 主要内容 网络节点设置 网络组织与设备连接 安全、计费、网管方案 新增设备清单 对互联网元功能性能要求 独立建网原则 网间互联原则 安全保障原则 容量适配原则 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 39 网元级容灾保障： eNodeB在 2套核心网上平均分配用户， SAE采用负荷分担方式，实现资源共享。如果一套 MME出现异常，另外一套 SAE设备将承担所有 LTE业务接入，确保世博园区移动宽带业务接入安全 单板级容灾保障： SAE核心网设备 (MME,SAE-GW,HSS,CG)主要单板支持 N 1备份，保证业务安全 MME1 SAE GW 1 eNodeB S6a S11 eNodeB CPE MME2 SAE GW 2 S6a S11 HSS 1 数据卡 HSS 2 机房 1 机房 2 CG 1 CG 2 2套 SAE核心网设备采用负荷分担方式，安全组网 CMNET 世博信息专网 SAE核心网安全方案 容灾备份 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 40 SAE核心网安全方案 -网元备份 机房 1 MME 机房 2 MME 资源共享 平均分配用户 网元级安全备份 eNodeB 机房 1主 HSS 机房 2 备 HSS 设备 1 1备份 数据动态同步 网元级安全备份 HSS 1 1备份 MME负荷分担 MME 机房 1 SAE-GW MME SAE-GW负荷分担 机房 2 SAE-GW 资源共享 平均分配用户 网元级安全备份 机房 1 CG 机房 2 CG SAE-GW CG负荷分担 资源共享 网元级安全备份 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 41 SAE核心网安全方案 站点备份 主 HSS 主NTP-Server CG1 SAE GW1 网管系统 CE 主 DNS 机房 1 PE CE MME1 CE站点双备份 设备单板支持 1 1备份 同一网元 1+1单板双连 CE保证业务安全！ 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 42 Authentication data request /Response 通过 EPS安全机制，提供比 UMTS/GSM更高的安全性 : 采用 EPS AKA鉴权算法 独立的 NAS、 RRC、 UP安全层 完全兼容 USIM卡，不再后向兼容 SIM卡 RRC SMC: RRC和 UP保 护算法 协 商和 key协 商 UE eNodeB SAE GW HSS MME SAE核心网安全方案 用户接入安全 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 43 SAE核心网计费方案 (推荐 2) MME SAE GW S6a S11 eNodeB CPE S1-U HSS CG CG 计费中心 DDN/X.25/E1/LAN TCP/IP FTP/FTAM 配置计费中心定期取话单： SAE-GW通过局域网交换机实时发送原始 CDRs给计费网关（ CG），计费中心通过 FTP/FTAM获取经过 CG处理过的话单。 不配置计费中心： 建议 CG配置大容量存储硬盘，保证 6个月话单不丢失。或者定期下载话单数据，本地保存。（ PC服务器采用 438 GB硬盘， ATCA配备 146G） 中国移动通信集团上海有限公司 China Mobile Group Shanghai Co., Ltd. 44 目 录 网络解决方案 建网原则 主要内容