面向LTE的传送网承载方案(白立武等《中国新通信》第3期2016年2月)

面向LTE的传送网承载方案白立武 于海生 张文文山东省邮电规划设计院有限公司 济南 摘 要: LTE网是目前运营商重点建设网络，如何建设一个大带宽、低成本、可扩容的LTE传输承载网至关重要。本文从LTE网的特点和传输需求入手，探讨LTE承载传输方式和传送网网络建设方案。关键词: LTE 分组 光纤拉远 BBU集中 pon回传1 LTE网络需求分析1.1 LTE网络架构LTE回传网络结构模型见下图： 图1 LTE回传网络结构模型 与传统3G网络相比，LTE网络结构更加扁平化、网络结构功能也更加复杂。省去了RNC一层，原有RNC部分功能上移至EPC设备，而另外一部分功能则下移至eNodeB设备。这种架构使得eNodeB承担了原有RNC的部分控制功能，网络资源分配，网络切换直接由eNodeB完成，并定义了几个新的接口。从图中可见，本地承载传送网针对LTE网络需要承载的业务主要包括：1) eNodeB到MME的S1-MME控制面接口业务；2) eNodeB到S-GW的S1-U用户名接口业务；3) eNodeB到O&M系统的管理控制信息；4) eNodeB之间的X2接口业务，包括X2_C（控制面）、X2_U（用户面）。1.2 带宽需求LTE网络提供比2/3G网络更多种类、更高带宽的数据业务，因此LTE网元所需传输带宽大大增加。以现有LTE基站为例，S111站型eNB传输带宽配置至少在115240M左右，而随着载波聚合（CA）、OFDM、多路MIMO等技术的发展，eNB传输带宽需求将达到1G以上。表1 FDD-LTE单独部署带宽需求区域类型站型峰值带宽（Mbps）均值带宽（Mbps）数据热点S111240135S1117090高需求S111170115S1117080表2 新技术应用LTE带宽需求2015年2016年2017年站型S222S333S444新技术应用2x2MIMO2CC CA2x2MIMO2CC CA4x4MIMO5CC CA单站峰值带宽660Mbps1Gbps2.7Gbps1.3 基站回传接口要求1.3.1 S1接口S1接口是连接eNodeB与EPC之间的接口。S1接口分为控制面和用户面，用户面接口为S1-U，控制面接口为S1-MME。一个eNodeB可以同时连接到多个MME和SGW，这种灵活的组网方式称为S1-flex。为满足LTE的呼通率、服务质量，S1接口的单向传输时延要求10ms以内。1.3.2 X2接口X2接口为eNodeB之间的互联接口。X2接口分为用户面接口X2-U和控制面接口X2-C。为满足用户业务的小区切换需求，X2接口的单向传输时延要求20ms以内。1.4 同步需求LTE网络对频率和时间同步有着很高的要求，同步可通过两种方式实现，一是安装GPS获取时钟信号；二是通过传输设备传递时钟信号。现阶段部署GPS则需要较高的成本，有的地点甚至无法安装，无疑通过传输设备提取时钟是最佳解决方案。表3 各种制式无线通信网络对同步精度的要求无线制式频率精度时间精度GSM50ppbNAWCDMA50ppbNACDMA200050ppb跟踪模式下，3us保持模式下（8h）10us（均以UTC时间为参考）TD-SCDMA50ppb3us（相邻基站间）1.5us（以共同的参考源为基准）TDD-LTE50ppb3us（相邻基站间）1.5us（以共同的参考源为基准）FDD-LTE50ppb4us(MBMS)1.5 网络保护LTE需要承载网提供高可靠性的电信级保护，倒换小于50ms。1.6 CPRI接口BBU与RRU之间互联采用CPRI接口。CPRI接口为光接口,并为BBU与RRU间提供同步信息。CPRI最大容忍传输时延小于200us，据此计算，CPRI最大传输距离是40km。BBU与RRU之间通过CPRI接口的传输频率抖动应不超过0.002ppm。若存在多级RRU级联的情况，BBU到最后一级RRU之间传输的频率抖动也不能超过0.002ppm。CPRI接口对带宽、时延、抖动等要求较严格，目前只宜采用光纤直驱方式。1.7 LTE网络规模随着LTE的深度覆盖，LTE节点将是现网2/3G节点的2-3倍。微基站做为市区热点补充盲点和吸收流量将会大量出现。2 传送网承载方案2.1 分组传送网特点分组传送网结合SDH和IP的优点，具有以下特点：（1）分组传送网具备大容量电信级分组交换核心，灵活的组网，支持多业务接口，能应对LTE高带宽低时延要求。（2）具备L3能力，支持路由、组播等一系列功能，为S1及X2接口的传输实现提供有效的承载解决方案。（3）支持层次化的QoS，提供流量分类、流量监控、拥塞管理、队列调度、流量整形等处理；支持分层的OAM，增强故障定位和准确的性能管理。（4）支持电信级保护，支持网内的线性保护（LSP1:1）及环网保护（Wrapping），也支持与其他网络互通的双规保护（LAG）。（5）支持1588V2功能，为LTE完美的提供时钟信号。基于以上特点，分组传送网可以很好的解决LTE的回传。2.2 分组传送网网络结构分组传送网采用分层结构，分为核心汇聚层和边缘接入层。网络参考结构详见下图：核心层主要负责业务转发和与其他网络的互连，汇聚层主要负责边缘接入层业务汇集和转发以及就近业务接入。2.2.1核心层网络结构核心节点数量原则上应为2-4个，不宜过多。核心节点之间宜采用网状网结构，提高业务转发效率。为保证核心设备的转发容量，核心设备应尽量配置高速率高密度接口，尽量避免通过核心设备配置大量GE及以下低速率接口与业务网互联，可在核心节点配置扩展设备与业务网互联。2.2.2汇聚层网络结构汇聚层网络结构采用双星型、口字形结构与核心节点相连。对于规模较大的本地网，汇聚层可设置为一级汇聚和二级汇聚，二级汇聚可根据光缆网结构采用口子形或者环形与一级汇聚节点相连。2.2.3边缘接入层网络结构边缘接入层采用与汇聚层单节点互联或双节点互联方式。边缘接入层在与汇聚层双节点互联组网时，应选择同一汇聚环上的两个相邻汇聚节点，不宜在一个汇聚环内跨汇聚节点双节点互联或跨汇聚环双节点互联。边缘接入层网络采用环形结构，光缆网不具备环形条件而采用链型结构时，避免3个节点以上的长链结构。2.3 业务承载2.3.1 S1、X2承载根据LTE对网络需求，分组承载传送网主要是对S1，X2口流量进行承载。LTE基站是纯IP基站，业务类型属于以太网业务。方案（a），采用层次化L3VPN的方式，直接为基站提供IP L3VPN接入。此时在相同接入环内的相邻基站X2接口流量直接在本接入环中转发。方案（b），采用PW+L3VPN的方式，LTE基站业务以以太网专线（E-Line）的方式接入，并在汇聚层通过L2/L3桥接进入L3VPN。此方案相邻基站X2接口流量需要在汇聚环中转发。方案（a）和方案（b）均可以满足LTE S1/X2接口对带宽和时延的要求。2.3.2 光纤直驱当基站机房安全性较差，装机条件较差等原因无法安装分组承载传送设备时，可采用光纤直驱方式接入最近的分组承载传送网接入设备。光纤直驱接入方式仅限在网络末端、链型接入。2.4 网络容量2.4.1 收敛比LTE回传网络的X2接口和S1接口均是纯IP接口。分组承载传送网具备对分组数据流量统计复用的特点。在承载分组业务时，对网络流量的预期和网络规划应在单站配置接入带宽的基础上，在不同的层面设置合适的收敛比。考虑到基站当前无线配置及未来无线扩容、大客户接入等带宽需要，边缘接入层环网应按各站均值带宽测算，按不小于2:1收敛比进行容量规划，汇聚层上联带宽应按各站均值带宽测算，按不小于4:1收敛比进行容量规划。2.4.2网络组织方式已建成边缘接入层网络，应结合网络目标架构要求，基于流量监测和分析，合理评估接入环容量，确定网络优化、扩容、升速方案。仅从容量规划角度，当现网GE接入环上基站数不超过15个（含链节点）时，可暂不考虑对GE接入环进行扩容升级。通过流量监测，当接入环双向流量达到环总容量的80%时（汇聚设备连接GE环的两汇聚端口流量和达到800M），应考虑容量扩容或结构优化。考虑网络容量、安全等因素，GE环路规划期末节点总数不超过8个；应避免3个节点以上的长链结构。2.5 BBU集中和RRU级联2.5.1 BBU集中BBU集中放置便于管理，维护方便；基带资源池RRU共享，可有效解决各RRU话务不均问题，提高网络资源利用率。BBU与RRU之间采用光纤连接，节省配套费用，虽对光缆资源需求较大，但目前光缆价格便宜，使用寿命长，综合折旧成本低。BBU适当集中化部署是无线网络发展趋势，BBU集中设置地点应结合本地网基础网络架构综合考虑。分组承载传送网在规划时应根据本地网络特点，兼顾BBU集中化组网方式的发展需求，确定网络的容量、大小。光纤直驱方式耗费大量光纤，在被选择作为BBU集中点机房，应充分考虑出局光缆、管道的路由布局、容量，与接入主干光缆网络统一规划使用。2.5.2 RRU级联采用RRU级联功能可以有效节省光纤资源、减少进出局站的光缆、降低建设成本。2.6 PON+分组回传Pon+分组回传移动业务组网结构如下图所示：经过测试pon+分组可满足LTE移动业务回传，但是此方案存在如下问题：（1）PON网络1588时钟同步方案和能力欠缺，需要对现网OLT和ONU换板卡升级。（2）可运维性，丧失了全程全网运维能力，在数据规划，业务发放，故障定位，性能监控，降低了效率，增加了运维成本。（3）可靠性及安全性不及全程分组方式。故此方案适用于以下场景：（1）PON覆盖区域的偏远LTE新选址站且无潜在部署分组设备的场景。（2）覆盖范围较小的室分站、微基站以及未来可能引入的Femto基站场景3 结束语分组传送网做为LTE的承载网，在LTE建设中具有至关重要的作用。分组传送网应结合网络架构构建核心、汇聚、边缘接入层网络层次清晰、大容量、可持续发展的网络，同时pon做为分组传送网的补充，解决一些重要级别不是很高的LTE基站业务回传。参考文献1中国联合网络通信有限公司.中国联通2013年本地传送网络建设指导