LTE及其回傳網解決方案淺析

　　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準。實際上，LTE本身也在不斷發(fā)展演進中，當前已定義的LTE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(jù)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(jù)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(jù)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(jù)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(jù)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承載解決方案及分析

　　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解決方案。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)。其解決方案應滿足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(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)。

　　有觀點認為這種方案適合大規(guī)模組網，運維優(yōu)化，因此很可能是LTE承載應用主流之一，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絡的癱瘓，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

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

　　3.4 路由器+IAN/PTN/CE混合組網解決方案(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指電信級以太網交換機。進一步可擴展為3種方式：

　　(1)路由器+PTN的方式。

　　(2)路由器+CE的方式。

　　這兩種方式本質上都是核心/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)點設備，是中國電信新定義的一種結合了MPLS-TP和IP/MPLS功能的數(shù)據(jù)設備。這種方式比較適合擁有豐富IP城域骨干網資源的運營商，在實現(xiàn)LTE業(yè)務承載的基礎上，還可實現(xiàn)對大客戶專線及組播等高品質精品業(yè)務的綜合承載。

　　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，異質網絡互通等問題，并出現(xiàn)需要數(shù)通和傳輸專業(yè)共同維護無線回傳網的情況;采用路由器+IAN方案，LTE回傳網均由端到端的數(shù)通產品組網，并統(tǒng)一由數(shù)通專業(yè)運維，故此方案對于固網資源豐富的運營商吸引力較大。

　　4 結束語

　　LTE回傳網目前存在端到端的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)設備為主。從技術可行性來講以上這些方案均可滿足LTE回傳網需求，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)務調度能力，理想的狀況是既希望網絡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)模的網絡靈活性相對較大，而國內運營商網絡規(guī)模往往都很大，故更需要關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。由于網絡資源狀況不同，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)網為主的解決方案創(chuàng)新性較強，適合擁有豐富IP城域網資源的運營商，但實際工程應用較少，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，但各大主流基礎網絡設備提供商均已推出相關承載網產品。烽火通信作為國內知名的信息通信產品及解決方案提供商，其PTN產品已相繼服務于黑龍江、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建設。在傳統(tǒng)光網絡產品向分組化轉型的過程中，烽火通信將繼續(xù)以客戶需求為己任，通過不斷的技術和產品創(chuàng)新為處于轉型中的電信運營商帶來更加全面的解決方案，滿足未來不同應用場景下對于LTE承載網絡建設的需求。