LTE解決方案介紹

　　1 引言

　　LTE（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(biāo)準(zhǔn)。實際上，LTE本身也在不斷發(fā)展演進中，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（多進多出）等先進的物理層技術(shù)為核心，改進并增強了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，下行峰值速率甚至可達326Mbit/s）;支持FDD（頻分復(fù)用技術(shù)）和TDD（時分復(fù)用技術(shù)）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(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苿油ㄐ畔到y(tǒng)，未來所有的2G/3G/3.5G技術(shù)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(wǎng)絡(luò)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：

　?。?）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(biāo)。

　?。?）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。

　?。?）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。

　?。?）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(chǎn)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(wǎng)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(shù)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(nèi)再次發(fā)放LTE牌照的可能性不大。因此，這兩年將主要以測試、試驗網(wǎng)及試商用網(wǎng)建設(shè)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的無線接入網(wǎng)命名為演進型UMTS陸地?zé)o線接入網(wǎng)（E-UTRAN），核心網(wǎng)則為演進型分組核心網(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：

　?。?）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)全IP化。核心網(wǎng)取消了CS（電路域），全IP的EPC支持3GPP，非3GPP各類技術(shù)統(tǒng)一接入，實現(xiàn)固網(wǎng)和移動融合（FMC）。EPC主要由MME（移動管理實體），SGW（服務(wù)網(wǎng)關(guān)），PGW（分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)）等幾個主要的功能實體組成。其中，MME主要負責(zé)用戶及會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，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)點構(gòu)成，而LTE中省去了RNC這一層，eNB（演進型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)的目的在于簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、減小網(wǎng)絡(luò)延遲。

　?。?）引入了兩個新的接口。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只能和一個核心網(wǎng)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(zāi)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(wǎng)的要求

　?。?）傳輸帶寬。LTE基站的接入帶寬相對3G網(wǎng)絡(luò)有了非常顯著的提高。根據(jù)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。

　?。?）LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(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。

　?。?）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(jù)業(yè)務(wù)（多媒體、視頻、交互類等），3GPP詳細規(guī)范了各類業(yè)務(wù)的端到端時延和丟包率要求，因此要求承載網(wǎng)具有較強的QoS調(diào)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(wǎng)端到端最大時延小于10ms，特殊區(qū)域應(yīng)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(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保護需求類似于2G/3G承載網(wǎng)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承載解決方案及分析

　　由于EPC是實現(xiàn)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)展趨勢的最佳骨干層解決方案。因此，E-UTRAN承載方案就成為LTE承載網(wǎng)的研究重點。

　　一般情況下，E-UTRAN承載網(wǎng)也被稱為LTE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、低時延、時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(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)備升級支持L3VPN。

　　純L2方式下設(shè)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(biāo)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(yù)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(biāo)簽浪費的問題，但總的來說對業(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，又可實現(xiàn)業(yè)務(wù)的靈活調(diào)度，即由核心層L3VPN實現(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(zé)，實現(xiàn)S1 flex，X2等動態(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）。

　　有觀點認為這種方案適合大規(guī)模組網(wǎng)，運維優(yōu)化，因此很可能是LTE承載應(yīng)用主流之一，但主要的問題是引入CE路由器可能帶來新的故障隱患，如果CE發(fā)生故障則會造成整個移動網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，故采用一對CE可以一定程度上解決這個問題。

　　3.3 端到端路由器解決方案（見圖3）

　　圖3 全路由器方案

　　從核心到接入全網(wǎng)采用動態(tài)路由協(xié)議承載IP類業(yè)務(wù)，采用PWE3管道方式承載TDM/ATM等傳統(tǒng)業(yè)務(wù)。顯然此方案處理LTE的動態(tài)業(yè)務(wù)具有天然的優(yōu)勢，具有端到端靈活業(yè)務(wù)調(diào)度能力，無需像L2那樣需要預(yù)先建立很多的通道。但全路由器方案存在的最大問題就是建網(wǎng)成本相對較高、設(shè)備功耗較大、另外在組網(wǎng)規(guī)模上受限。此外，這種大規(guī)模動態(tài)網(wǎng)絡(luò)對于運維要求最高，且當(dāng)前路由器的網(wǎng)絡(luò)保護、OAM能力相比PTN設(shè)備要弱。因此，這種方案適合規(guī)模較小的網(wǎng)絡(luò)，對于國內(nèi)運營商這種大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)適用性較差。

　　3.4 路由器+IAN/PTN/CE混合組網(wǎng)解決方案（見圖4）

　　圖4 路由器+PTN/IAN/CE

　　這種方案的核心/匯聚層采用路由器，接入層采用IAN/PTN/CE，此處CE指電信級以太網(wǎng)交換機。進一步可擴展為3種方式：

　?。?）路由器+PTN的方式。

　?。?）路由器+CE的方式。

　　這兩種方式本質(zhì)上都是核心/匯聚層支持L3路由，接入維持靜態(tài)L2功能。只是PTN（MPLS-TP）和CE（PBT或VPLS）采用的技術(shù)體制不同。

　　（3）核心/匯聚層采用路由器，接入層采用IAN。IAN即綜合接入節(jié)點設(shè)備，是中國電信新定義的一種結(jié)合了MPLS-TP和IP/MPLS功能的數(shù)據(jù)設(shè)備。這種方式比較適合擁有豐富IP城域骨干網(wǎng)資源的運營商，在實現(xiàn)LTE業(yè)務(wù)承載的基礎(chǔ)上，還可實現(xiàn)對大客戶專線及組播等高品質(zhì)精品業(yè)務(wù)的綜合承載。

　　目前看來，對于路由器+CE，CE在OAM方面的能力相對較弱;采用路由器+PTN方案，則從某種程度上存在端到端的管理，異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)互通等問題，并出現(xiàn)需要數(shù)通和傳輸專業(yè)共同維護無線回傳網(wǎng)的情況;采用路由器+IAN方案，LTE回傳網(wǎng)均由端到端的數(shù)通產(chǎn)品組網(wǎng)，并統(tǒng)一由數(shù)通專業(yè)運維，故此方案對于固網(wǎng)資源豐富的運營商吸引力較大。

　　4 結(jié)束語

　　LTE回傳網(wǎng)目前存在端到端的PTN，PTN+CE（客戶邊緣路由器），端到端的路由器，路由器+IAN/PTN /CE（電信級以太網(wǎng)交換機）等幾種解決方案。其中，前兩種解決方案均以PTN為主，而后兩種解決方案以數(shù)據(jù)設(shè)備為主。從技術(shù)可行性來講以上這些方案均可滿足LTE回傳網(wǎng)需求，主要區(qū)別在于L3路由的起點。實際上，引入L3功能的原因是在合適的位置提供靈活的業(yè)務(wù)調(diào)度能力，理想的狀況是既希望網(wǎng)絡(luò)具備很高的靈活及可靠性，又要做到簡單易維護，但這兩個方面往往是較難統(tǒng)一的。通常一個較小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)靈活性相對較大，而國內(nèi)運營商網(wǎng)絡(luò)規(guī)模往往都很大，故更需要關(guān)注可靠性和維護能力。因此，在考慮LTE承載方案選擇時，需要找到合適的平衡點。由于網(wǎng)絡(luò)資源狀況不同，各運營商的方案選擇往往存在差異。

　　從目前國內(nèi)的發(fā)展情況看，以PTN為主的解決方案已實現(xiàn)大規(guī)模商用，故成熟性最好;路由器+IAN這種以數(shù)據(jù)網(wǎng)為主的解決方案創(chuàng)新性較強，適合擁有豐富IP城域網(wǎng)資源的運營商，但實際工程應(yīng)用較少，成熟性有待進一步驗證。

　　盡管LTE在我國大規(guī)模商用尚待時日，但各大主流基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供商均已推出相關(guān)承載網(wǎng)產(chǎn)品。烽火通信作為國內(nèi)知名的信息通信產(chǎn)品及解決方案提供商，其PTN產(chǎn)品已相繼服務(wù)于黑龍江、遼寧、山東、河北、湖北、湖南、江蘇等全國多個省市的移動承載網(wǎng)建設(shè)。在傳統(tǒng)光網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品向分組化轉(zhuǎn)型的過程中，烽火通信將繼續(xù)以客戶需求為己任，通過不斷的技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新為處于轉(zhuǎn)型中的電信運營商帶來更加全面的解決方案，滿足未來不同應(yīng)用場景下對于LTE承載網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需求。