LTE及其回傳網(wǎng)解決方案介紹

1 引言

　　LTE(LONg Term Evolution,長(cháng)期演進(jìn))是由3GPP(第三代合作伙伴計劃組織)制定的移動(dòng)通信體系最新標準。實(shí)際上，LTE本身也在不斷發(fā)展演進(jìn)中，當前已定義的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(jìn)多出)等先進(jìn)的物理層技術(shù)為核心，改進(jìn)并增強了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326Mbit/s);支持FDD(頻分復用技術(shù))和TDD(時(shí)分復用技術(shù))兩種工作方式，并支持高達500km/h的高速移動(dòng);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(chēng)為L(cháng)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寬帶移動(dòng)通信系統，未來(lái)所有的2G/3G/3.5G技術(shù)都將殊途同歸，統一演進(jìn)到LTE/LTE-A階段。但由于各國運營(yíng)商2G/3G網(wǎng)絡(luò )發(fā)展情況不同，對于LTE的演進(jìn)路線(xiàn)是不同的，目前有如下4種LTE演進(jìn)路線(xiàn)：

　　(1)最傳統方式演進(jìn)。即從2G到3G，再向LTE長(cháng)期演進(jìn)發(fā)展的思路。如Orange是這種穩健策略的典型代表，其主要思路是堅定2G/3G發(fā)展戰略，LTE則作為長(cháng)期演進(jìn)目標。

　　(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3G/HSPA的投資，跳過(guò)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(kāi)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年國外電信運營(yíng)商已開(kāi)始啟動(dòng)首輪商用，北美(Verizon)、歐洲(TMO)、日本(DoCoMo)等運營(yíng)商均已開(kāi)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。相對而言，我國的LTE尚處于技術(shù)啟動(dòng)階段，離百萬(wàn)用戶(hù)以上的大規模商用還需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(wǎng)及試商用網(wǎng)建設為主。

　　2 LTE對承載網(wǎng)絡(luò )的要求

　　2.1 LTE網(wǎng)絡(luò )的新變化

　　LTE的無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)命名為演進(jìn)型UMTS陸地無(wú)線(xiàn)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(zhù)的新變化主要有：

　　(1)網(wǎng)絡(luò )結構全IP化。核心網(wǎng)取消了CS(電路域)，全IP的EPC支持3GPP，非3GPP各類(lèi)技術(shù)統一接入，實(shí)現固網(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(分組數據網(wǎng)關(guān))等幾個(gè)主要的功能實(shí)體組成。其中，MME主要負責用戶(hù)及會(huì )話(huà)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(hù)平面的數據傳送、轉發(fā)以及路由切換等，相當于2G/3G的SGSN用戶(hù)平面;PGW是所有外部數據網(wǎng)絡(luò )接入的錨點(diǎn)，類(lèi)似2G/3G的GGSN功能。

　　(2)網(wǎng)絡(luò )架構扁平化。傳統的3GPP接入網(wǎng)由Node B和RNC兩層節點(diǎn)構成，而LTE中省去了RNC這一層，eNB(演進(jìn)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(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )結構、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)現負載均衡、冗災等。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)相鄰基站數量由覆蓋情況決定。

　　2.2 LTE對承載網(wǎng)的要求

　　(1)傳輸帶寬。LTE基站的接入帶寬相對3G網(wǎng)絡(luò )有了非常顯著(zhù)的提高。根據經(jīng)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(wǎng)絡(luò )結構的變化對承載網(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，這就要求承載網(wǎng)在原有的基礎上，具有靈活的業(yè)務(wù)調度能力。

　　(3)LTE對于QoS和時(shí)延的要求比2G/3G嚴格。LTE將提供比3G更多種類(lèi)的數據業(yè)務(wù)(多媒體、視頻、交互類(lèi)等)，3GPP詳細規范了各類(lèi)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)具有較強的QoS調度能力;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，特殊區域應滿(mǎn)足時(shí)延不超過(guò)5ms的要求。

　　LTE將實(shí)現深度覆蓋，eNB節點(diǎn)數將是現有基站數量的2~3倍，承載網(wǎng)規模應適應這種組大網(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，而且也應考慮TDM和IP多業(yè)務(wù)統一接入的需求;當然，承載IP化同樣要求網(wǎng)絡(luò )保證高可靠性，LTE保護需求類(lèi)似于2G/3G承載網(wǎng)的保護，故障切換小于50ms;同時(shí)，LTE也具備對于頻率同步和時(shí)間同步的要求。

　　3 LTE承載解決方案及分析

　　由于EPC是實(shí)現了全IP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)，對中國電信而言是CN2，對中國移動(dòng)則是IP專(zhuān)網(wǎng)。故核心網(wǎng)的承載方案已無(wú)懸念，IP over WDM/OTN是滿(mǎn)足當前及未來(lái)發(fā)展趨勢的最佳骨干層解決方案。因此，E-UTRAN承載方案就成為L(cháng)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(chēng)為L(cháng)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(guò)IP骨干網(wǎng))。其解決方案應滿(mǎn)足LTE高帶寬、靈活的業(yè)務(wù)調度、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(jiàn)圖1)

　　圖1 全PTN方案

　　這是中國移動(dòng)大規模采用的方案。進(jìn)一步分，端到端的PTN方案有兩種實(shí)現方式：第一種是純L2方式，現有PTN無(wú)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(shí)現最簡(jiǎn)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(wǎng)關(guān)之間預先建立多個(gè)LSP。雖然采用多段PW/LSP嵌套可從一定程度上節省標簽浪費的問(wèn)題，但總的來(lái)說(shuō)對業(yè)務(wù)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，即節省了標簽資源，又可實(shí)現業(yè)務(wù)的靈活調度，即由核心層L3VPN實(shí)現S1 flex或X2等其他調度業(yè)務(wù)。

　　3.2 PTN外掛CE路由器的解決方案(見(jiàn)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(shí)現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(hù)邊緣路由器(CuSTomer Edge Router)。