LTE及其回傳網(wǎng)解決方案淺析

　　1 引言

　　LTE(LONg Term Evolution,長(zhǎng)期演進(jìn))是由3GPP(第三代合作伙伴計(jì)劃組織)制定的移動(dòng)通信體系最新標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際上，LTE本身也在不斷發(fā)展演進(jìn)中，當(dāng)前已定義的LTE并非人們普遍理解的4G技術(shù)，而是一種3.9G或準(zhǔn)4G標(biāo)準(zhǔn)，其所對(duì)應(yīng)的R8標(biāo)準(zhǔn)已正式凍結(jié)。它以O(shè)FDM(正交頻分復(fù)用)、MIMO(多進(jìn)多出)等先進(jìn)的物理層技術(shù)為核心，改進(jìn)并增強(qiáng)了3G空中接口技術(shù)，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(shí)，下行峰值速率甚至可達(dá)326Mbit/s);支持FDD(頻分復(fù)用技術(shù))和TDD(時(shí)分復(fù)用技術(shù))兩種工作方式，并支持高達(dá)500km/h的高速移動(dòng);R10是R8的增強(qiáng)版本，其理論峰值速率分別達(dá)到了下行1Gbit/s，上行500Mbit/s的水平，因此被稱為L(zhǎng)TE-Advanced/LTE-A，也就是所謂4G技術(shù)。目前，R10正在制定中。

　　LTE將是今后全球最主要的廣域?qū)拵б苿?dòng)通信系統(tǒng)，未來所有的2G/3G/3.5G技術(shù)都將殊途同歸，統(tǒng)一演進(jìn)到LTE/LTE-A階段。但由于各國(guó)運(yùn)營(yíng)商2G/3G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展情況不同，對(duì)于LTE的演進(jìn)路線是不同的，目前有如下4種LTE演進(jìn)路線：

　　(1)最傳統(tǒng)方式演進(jìn)。即從2G到3G，再向LTE長(zhǎng)期演進(jìn)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(jiān)定2G/3G發(fā)展戰(zhàn)略，LTE則作為長(zhǎng)期演進(jìn)目標(biāo)。

　　(2)跳躍式演進(jìn)。即從2G直接演進(jìn)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(duì)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(jìn)。如Verizon從2010年開始啟動(dòng)從CDMA2000/EV-DO到LTE的商用進(jìn)程。

　　(4)從TD-SCDMA向LTE演進(jìn)。這是中國(guó)移動(dòng)特定的演進(jìn)思路，目前其已明確了要積極推動(dòng)TD-LTE產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大思路。

　　2010年國(guó)外電信運(yùn)營(yíng)商已開始啟動(dòng)首輪商用，北美(Verizon)、歐洲(TMO)、日本(DoCoMo)等運(yùn)營(yíng)商均已開始進(jìn)行商用網(wǎng)的部署;歐洲的FT，Telefonica，VDF也已宣布2011年將啟動(dòng)第二輪商用。相對(duì)而言，我國(guó)的LTE尚處于技術(shù)啟動(dòng)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(shí)間內(nèi)再次發(fā)放LTE牌照的可能性不大。因此，這兩年將主要以測(cè)試、試驗(yàn)網(wǎng)及試商用網(wǎng)建設(shè)為主。

　　2 LTE對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)的要求

　　2.1 LTE網(wǎng)絡(luò)的新變化

　　LTE的無線接入網(wǎng)命名為演進(jìn)型UMTS陸地?zé)o線接入網(wǎng)(E-UTRAN)，核心網(wǎng)則為演進(jìn)型分組核心網(wǎng)(EPC)。與2G/3G網(wǎng)絡(luò)相比，LTE網(wǎng)絡(luò)最顯著的新變化主要有：

　　(1)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)全I(xiàn)P化。核心網(wǎng)取消了CS(電路域)，全I(xiàn)P的EPC支持3GPP，非3GPP各類技術(shù)統(tǒng)一接入，實(shí)現(xiàn)固網(wǎng)和移動(dòng)融合(FMC)。EPC主要由MME(移動(dòng)管理實(shí)體)，SGW(服務(wù)網(wǎng)關(guān))，PGW(分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān))等幾個(gè)主要的功能實(shí)體組成。其中，MME主要負(fù)責(zé)用戶及會(huì)話管理的所有控制功能，相當(dāng)于2G/3G的SGSN控制平面。SGW主要負(fù)責(zé)用戶平面的數(shù)據(jù)傳送、轉(zhuǎn)發(fā)以及路由切換等，相當(dāng)于2G/3G的SGSN用戶平面;PGW是所有外部數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接入的錨點(diǎn)，類似2G/3G的GGSN功能。

　　(2)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)扁平化。傳統(tǒng)的3GPP接入網(wǎng)由Node B和RNC兩層節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，而LTE中省去了RNC這一層，eNB(演進(jìn)型NodeB)直接接入EPC設(shè)備，因此E-UTRAN主要由eNB構(gòu)成，采用這種扁平化結(jié)構(gòu)的目的在于簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、減小網(wǎng)絡(luò)延遲。

　　(3)引入了兩個(gè)新的接口。一是支持S1接口的靈活組網(wǎng)方式，即所謂S1-flex功能。S1是eNB和MME/SGW之間的接口，2G/3G網(wǎng)絡(luò)中RNC只能和一個(gè)核心網(wǎng)元連接，但S1-flex允許一個(gè)eNB連接到多個(gè)MME/SGW POOL(池)，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡、冗災(zāi)等。每個(gè)eNB支持最多16個(gè)S1接口;另一個(gè)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(dòng)性管理(切換)和相鄰小區(qū)干擾抑制，每個(gè)eNB可定義32個(gè)X2接口，實(shí)際部署時(shí)相鄰基站數(shù)量由覆蓋情況決定。

　　2.2 LTE對(duì)承載網(wǎng)的要求

　　(1)傳輸帶寬。LTE基站的接入帶寬相對(duì)3G網(wǎng)絡(luò)有了非常顯著的提高。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化對(duì)承載網(wǎng)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(wǎng)架構(gòu)，這就要求承載網(wǎng)在原有的基礎(chǔ)上，具有靈活的業(yè)務(wù)調(diào)度能力。

　　(3)LTE對(duì)于QoS和時(shí)延的要求比2G/3G嚴(yán)格。LTE將提供比3G更多種類的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(多媒體、視頻、交互類等)，3GPP詳細(xì)規(guī)范了各類業(yè)務(wù)的端到端時(shí)延和丟包率要求，因此要求承載網(wǎng)具有較強(qiáng)的QoS調(diào)度能力;3GPP建議S1/X2接口單向時(shí)延為2~15ms，NGMA(下一代移動(dòng)聯(lián)盟)則要求承載網(wǎng)端到端最大時(shí)延小于10ms，特殊區(qū)域應(yīng)滿足時(shí)延不超過5ms的要求。

　　LTE將實(shí)現(xiàn)深度覆蓋，eNB節(jié)點(diǎn)數(shù)將是現(xiàn)有基站數(shù)量的2~3倍，承載網(wǎng)規(guī)模應(yīng)適應(yīng)這種組大網(wǎng)的需要;LTE將和2G，3G網(wǎng)絡(luò)共存，要求承載網(wǎng)不僅具備IP分組業(yè)務(wù)承載能力，而且也應(yīng)考慮TDM和IP多業(yè)務(wù)統(tǒng)一接入的需求;當(dāng)然，承載IP化同樣要求網(wǎng)絡(luò)保證高可靠性，LTE保護(hù)需求類似于2G/3G承載網(wǎng)的保護(hù)，故障切換小于50ms;同時(shí)，LTE也具備對(duì)于頻率同步和時(shí)間同步的要求。

　　3 LTE承載解決方案及分析

　　由于EPC是實(shí)現(xiàn)了全I(xiàn)P化的核心網(wǎng)，因此IP骨干網(wǎng)是各主要核心網(wǎng)元之間的惟一承載網(wǎng)。這里的IP骨干網(wǎng)，對(duì)中國(guó)電信而言是CN2，對(duì)中國(guó)移動(dòng)則是IP專網(wǎng)。故核心網(wǎng)的承載方案已無懸念，IP over WDM/OTN是滿足當(dāng)前及未來發(fā)展趨勢(shì)的最佳骨干層解決方案。因此，E-UTRAN承載方案就成為L(zhǎng)TE承載網(wǎng)的研究重點(diǎn)。

　　一般情況下，E-UTRAN承載網(wǎng)也被稱為L(zhǎng)TE回傳網(wǎng)，主要是指城域傳送/承載網(wǎng)部分(只有少部分流量需經(jīng)過IP骨干網(wǎng))。其解決方案應(yīng)滿足LTE高帶寬、靈活的業(yè)務(wù)調(diào)度、組大網(wǎng)、多業(yè)務(wù)承載、高可靠性和QoS、低時(shí)延、時(shí)間同步等方面的要求。根據(jù)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(guó)移動(dòng)大規(guī)模采用的方案。進(jìn)一步分，端到端的PTN方案有兩種實(shí)現(xiàn)方式：第一種是純L2方式，現(xiàn)有PTN無需支持復(fù)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(shè)備升級(jí)支持L3VPN。

　　純L2方式下設(shè)備實(shí)現(xiàn)最簡(jiǎn)單，對(duì)于運(yùn)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(fèi)標(biāo)簽的資源，因?yàn)檫@種方式必須從基站到多歸屬的網(wǎng)關(guān)之間預(yù)先建立多個(gè)LSP。雖然采用多段PW/LSP嵌套可從一定程度上節(jié)省標(biāo)簽浪費(fèi)的問題，但總的來說對(duì)業(yè)務(wù)調(diào)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(biāo)簽資源，又可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的靈活調(diào)度，即由核心層L3VPN實(shí)現(xiàn)S1 flex或X2等其他調(diào)度業(yè)務(wù)。

　　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(shí)際是對(duì)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(fù)責(zé)，實(shí)現(xiàn)S1 flex，X2等動(dòng)態(tài)IP業(yè)務(wù)。需要注意的是，這里CE是指客戶邊緣路由器(CuSTomer Edge Router)。