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LTE及其回傳網解決方案介紹

作者: 時間:2012-06-07 來源:網絡 收藏

1 引言

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/154707.htm

  (LONg Term Evolution,長期演進)是由3GPP(第三代合作伙伴計劃組織)制定的移動通信體系最新標準。實際上,本身也在不斷發(fā)展演進中,當前已定義的并非人們普遍理解的4G技術,而是一種3.9G或準4G標準,其所對應的R8標準已正式凍結。它以OFDM(正交頻分復用)、MIMO(多進多出)等先進的物理層技術為核心,改進并增強了3G空中接口技術,在2×2MIMO,20MHz頻譜帶寬下能夠提供下行100Mbit/s與上行50Mbit/s的理論峰值速率(在采用4×4MIMO時,下行峰值速率甚至可達326Mbit/s);支持FDD(頻分復用技術)和TDD(時分復用技術)兩種工作方式,并支持高達500km/h的高速移動;R10是R8的增強版本,其理論峰值速率分別達到了下行1Gbit/s,上行500Mbit/s的水平,因此被稱為LTE-Advanced/LTE-A,也就是所謂4G技術。目前,R10正在制定中。

  LTE將是今后全球最主要的廣域寬帶移動通信系統(tǒng),未來所有的2G/3G/3.5G技術都將殊途同歸,統(tǒng)一演進到LTE/LTE-A階段。但由于各國運營商2G/3G網絡發(fā)展情況不同,對于LTE的演進路線是不同的,目前有如下4種LTE演進路線:

  (1)最傳統(tǒng)方式演進。即從2G到3G,再向LTE長期演進發(fā)展的思路。如Orange是這種穩(wěn)健策略的典型代表,其主要思路是堅定2G/3G發(fā)展戰(zhàn)略,LTE則作為長期演進目標。

  (2)跳躍式演進。即從2G直接演進到LTE階段。T-Mobile是這種思路的典型代表,其主要發(fā)展策略是限制對3G/HSPA的投資,跳過HSPA+,2010年直接上LTE。

  (3)不同體制間(3GPP/3GPP2)切換演進。如Verizon從2010年開始啟動從CDMA2000/EV-DO到LTE的商用進程。

  (4)從TD-SCDMA向LTE演進。這是中國移動特定的演進思路,目前其已明確了要積極推動TD-LTE產業(yè)發(fā)展的大思路。

  2010年國外電信運營商已開始啟動首輪商用,北美(Verizon)、歐洲(TMO)、日本(DoCoMo)等運營商均已開始進行商用網的部署;歐洲的FT,Telefonica,VDF也已宣布2011年將啟動第二輪商用。相對而言,我國的LTE尚處于技術啟動階段,離百萬用戶以上的大規(guī)模商用還需5年左右。特別是近兩年在3G方面投資巨大,故短時間內再次發(fā)放LTE牌照的可能性不大。因此,這兩年將主要以測試、試驗網及試商用網建設為主。

  2 LTE對承載網絡的要求

  2.1 LTE網絡的新變化

  LTE的無線接入網命名為演進型UMTS陸地無線接入網(E-UTRAN),核心網則為演進型分組核心網(EPC)。與2G/3G網絡相比,LTE網絡最顯著的新變化主要有:

  (1)網絡結構全IP化。核心網取消了CS(電路域),全IP的EPC支持3GPP,非3GPP各類技術統(tǒng)一接入,實現(xiàn)固網和移動融合(FMC)。EPC主要由MME(移動管理實體),SGW(服務網關),PGW(分組數(shù)據網關)等幾個主要的功能實體組成。其中,MME主要負責用戶及會話管理的所有控制功能,相當于2G/3G的SGSN控制平面。SGW主要負責用戶平面的數(shù)據傳送、轉發(fā)以及路由切換等,相當于2G/3G的SGSN用戶平面;PGW是所有外部數(shù)據網絡接入的錨點,類似2G/3G的GGSN功能。

  (2)網絡架構扁平化。傳統(tǒng)的3GPP接入網由Node B和RNC兩層節(jié)點構成,而LTE中省去了RNC這一層,eNB(演進型NodeB)直接接入EPC設備,因此E-UTRAN主要由eNB構成,采用這種扁平化結構的目的在于簡化網絡結構、減小網絡延遲。

  (3)引入了兩個新的接口。一是支持S1接口的靈活組網方式,即所謂S1-flex功能。S1是eNB和MME/SGW之間的接口,2G/3G網絡中RNC只能和一個核心網元連接,但S1-flex允許一個eNB連接到多個MME/SGW POOL(池),實現(xiàn)負載均衡、冗災等。每個eNB支持最多16個S1接口;另一個重要變化是X2接口,即相鄰eNB間的分布式接口,主要用于移動性管理(切換)和相鄰小區(qū)干擾抑制,每個eNB可定義32個X2接口,實際部署時相鄰基站數(shù)量由覆蓋情況決定。

  2.2 LTE對承載網的要求

  (1)傳輸帶寬。LTE基站的接入帶寬相對3G網絡有了非常顯著的提高。根據經驗估算,以TD-LTE S111站型為例,eNB的傳輸帶寬至少在440~590M左右。如果采用S222站型,傳輸帶寬將加倍,即880~1180M左右,這幾乎是3G基站帶寬的10~20倍。

  (2)LTE網絡結構的變化對承載網也有較大影響,S1flex和X2接口的引入打破了原有2G/3G匯聚型組網架構,這就要求承載網在原有的基礎上,具有靈活的業(yè)務調度能力。

  (3)LTE對于QoS和時延的要求比2G/3G嚴格。LTE將提供比3G更多種類的數(shù)據業(yè)務(多媒體、視頻、交互類等),3GPP詳細規(guī)范了各類業(yè)務的端到端時延和丟包率要求,因此要求承載網具有較強的QoS調度能力;3GPP建議S1/X2接口單向時延為2~15ms,NGMA(下一代移動聯(lián)盟)則要求承載網端到端最大時延小于10ms,特殊區(qū)域應滿足時延不超過5ms的要求。

  LTE將實現(xiàn)深度覆蓋,eNB節(jié)點數(shù)將是現(xiàn)有基站數(shù)量的2~3倍,承載網規(guī)模應適應這種組大網的需要;LTE將和2G,3G網絡共存,要求承載網不僅具備IP分組業(yè)務承載能力,而且也應考慮TDM和IP多業(yè)務統(tǒng)一接入的需求;當然,承載IP化同樣要求網絡保證高可靠性,LTE保護需求類似于2G/3G承載網的保護,故障切換小于50ms;同時,LTE也具備對于頻率同步和時間同步的要求。

  3 LTE承載及分析

  由于EPC是實現(xiàn)了全IP化的核心網,因此IP骨干網是各主要核心網元之間的惟一承載網。這里的IP骨干網,對中國電信而言是CN2,對中國移動則是IP專網。故核心網的承載方案已無懸念,IP over WDM/OTN是滿足當前及未來發(fā)展趨勢的最佳骨干層。因此,E-UTRAN承載方案就成為LTE承載網的研究重點。

  一般情況下,E-UTRAN承載網也被稱為LTE回傳網,主要是指城域傳送/承載網部分(只有少部分流量需經過IP骨干網)。其應滿足LTE高帶寬、靈活的業(yè)務調度、組大網、多業(yè)務承載、高可靠性和QoS、低時延、時間同步等方面的要求。根據這些需求,業(yè)界從不同角度提出多種解決方案。

  3.1 端到端PTN解決方案(見圖1)

  


  圖1 全PTN方案

  這是中國移動大規(guī)模采用的方案。進一步分,端到端的PTN方案有兩種實現(xiàn)方式:第一種是純L2方式,現(xiàn)有PTN無需支持復雜的L3協(xié)議,至上而下采用L2通道;第二種方式需要核心層設備升級支持L3VPN。

  純L2方式下設備實現(xiàn)最簡單,對于運維人員要求低,利用靜態(tài)的LSP解決S1flex和X2分布式接口需求,但存在的缺陷主要是浪費標簽的資源,因為這種方式必須從基站到多歸屬的網關之間預先建立多個LSP。雖然采用多段PW/LSP嵌套可從一定程度上節(jié)省標簽浪費的問題,但總的來說對業(yè)務調度的靈活性較差;核心層引入L3的方式可較好地解決純L2方式的缺陷,即節(jié)省了標簽資源,又可實現(xiàn)業(yè)務的靈活調度,即由核心層L3VPN實現(xiàn)S1 flex或X2等其他調度業(yè)務。

  3.2 PTN外掛CE路由器的解決方案(見圖2)

  

  圖2 PTN外掛CE的方案

  這種方案仍以PTN為主,實際是對端到端L2 PTN方案的一種引申。即PTN仍維持端到端的L2功能,L3VPN功能由新引入的CE負責,實現(xiàn)S1 flex,X2等動態(tài)IP業(yè)務。需要注意的是,這里CE是指客戶邊緣路由器(CuSTomer Edge Router)。


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