基于IPRAN的移動(dòng)基站綜合承載方案

羅金花 江西省萍鄉(xiāng)市電信分公司 萍鄉(xiāng)市 337000

鐘翠明 江西省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司 南昌市 330000

0、背景

近年來(lái)，隨著智能手機(jī)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的普及、3G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模部署，以及LTE發(fā)牌建設(shè)及商用，使移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，在未來(lái)5年內(nèi)還將以66%的年增長(zhǎng)率繼續(xù)增長(zhǎng)。網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)經(jīng)營(yíng)模式已經(jīng)從話(huà)務(wù)量經(jīng)營(yíng)轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)流量經(jīng)營(yíng)，以移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主的高速率、低時(shí)延、大吞吐量的用戶(hù)體驗(yàn)需求，對(duì)傳統(tǒng)的MSTP傳輸網(wǎng)絡(luò)提出新的挑戰(zhàn)。

2013年底4G牌照正式發(fā)放，標(biāo)志我國(guó)4G基站建設(shè)將全面啟動(dòng)并進(jìn)入新的高潮。在4G建設(shè)中，LTE高頻段、高速率、低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)特性決定了基站數(shù)量遠(yuǎn)多于3G，對(duì)無(wú)線(xiàn)承載網(wǎng)在帶寬、時(shí)延、同步等方面提出了更高的要求。原有MSTP傳輸網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不適應(yīng)4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，已不具備高效便捷組網(wǎng)、低成本擴(kuò)容建設(shè)、快速業(yè)務(wù)開(kāi)通能力；承載網(wǎng)IP化正成為L(zhǎng)TE網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中最大的一個(gè)趨勢(shì)，為此采用IPRAN承載4G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，成為當(dāng)前4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重中之重。1、承載業(yè)務(wù)需求分析

1.1、流量需求

1.1.1、LTE基站

LTE基站帶寬承載需求由S1-U、S1-MME、OM和X2接口需求構(gòu)成，其中S1-U用戶(hù)面帶寬需求占比超過(guò)90%，計(jì)算時(shí)主要考慮S1接口。LTE的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下圖示：

圖1 LTE無(wú)線(xiàn)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

依牌照發(fā)放情況，運(yùn)營(yíng)商將可能建設(shè)TDD、FDD兩張無(wú)線(xiàn)網(wǎng)，共一個(gè)IPRAN承載。根據(jù)全球商用LTE網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)情況及國(guó)內(nèi)LTE試驗(yàn)網(wǎng)的實(shí)際流量，對(duì)于FDD在配置20MHz帶寬、2X2MIMO的單小區(qū)的峰值速率下行可達(dá)150Mbps，上行可達(dá)50Mbps；實(shí)際頻率效率下行為1.7bps/Hz、上行為0.7bps/Hz，這樣下行平均吞吐量為下行為34 Mbps，上行可達(dá)14Mbps，合計(jì)約為50 Mbps，當(dāng)單站點(diǎn)配置S111三小區(qū)站型時(shí)，F(xiàn)DD單站數(shù)據(jù)流量將達(dá)到150 Mbps。當(dāng)FDD與TDD共站址時(shí)，還應(yīng)考慮TD-LTE的需求，可按FDD的70%估算，可見(jiàn)LTE對(duì)承載網(wǎng)流量需求非常巨大。具體見(jiàn)下表：

表1 LTE基站流量需求估算表

實(shí)際組網(wǎng)時(shí)應(yīng)根據(jù)BBU組網(wǎng)方式、頻帶寬度、扇區(qū)數(shù)和MIMO方式等參數(shù)，結(jié)合市場(chǎng)資費(fèi)策略、用戶(hù)行為、覆蓋區(qū)域內(nèi)的業(yè)務(wù)密度等因素統(tǒng)籌考慮。

1.1.2、CDMA基站

由于LTE站間距小，基本上可利舊現(xiàn)有的CDMA基站站址，為此對(duì)于這部分利舊站址，還需要考慮CDMA的1X和DO的承載流量需求，以實(shí)現(xiàn)2G、3G、4G共承載網(wǎng)，以?xún)?yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提升運(yùn)維效率。

現(xiàn)網(wǎng)CDMA基站承載帶寬情況，見(jiàn)下表：

表2 CDMA基站流量需求估算表

IP化改造前，3G基站語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、監(jiān)控業(yè)務(wù)均通過(guò)1～28個(gè)2M接入BSC。其帶寬需求一般可按城區(qū)30Mbps、農(nóng)村10Mbps來(lái)考慮；具體到實(shí)際帶寬需要根據(jù)IP化改造區(qū)域內(nèi)的具體站型及業(yè)務(wù)負(fù)荷來(lái)綜合考慮。IP化改造后，基站語(yǔ)音與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通過(guò)1～2個(gè)FE，動(dòng)環(huán)監(jiān)控用1個(gè)FE接入。

1.2、時(shí)鐘同步需求

TD-LTE無(wú)線(xiàn)網(wǎng)需要嚴(yán)格的時(shí)間同步要求，新建基站時(shí)間同步以衛(wèi)星信號(hào)為主用、1588v2備用，對(duì)于安裝GPS或北斗困難的基站可采用1588v2時(shí)間同步。

LTE FDD基站應(yīng)優(yōu)先選擇從承載網(wǎng)或同步網(wǎng)提取時(shí)鐘同步，包括從TDM傳輸鏈路提取時(shí)鐘同步，以及BITS時(shí)鐘源同步、同步以太網(wǎng)同步，GNSS時(shí)鐘源同步，PTP（IEEE1588）同步。

從穩(wěn)定和安全因素考慮，基站可從位于站址的GPS或北斗直接接入同步信號(hào)，同時(shí)也需要承載網(wǎng)傳送備份同步信號(hào)，因此要求IPRAN各層設(shè)備具備支持1588v2和以太同步的功能。

1.3、組網(wǎng)需求

每個(gè)帶BBU的宏基站、分布式基站、微基站需要1臺(tái)A類(lèi)設(shè)備。即一個(gè)帶BBU的物理站點(diǎn)的TD-LTE、LTE FDD、動(dòng)環(huán)監(jiān)控（若利舊C網(wǎng)站點(diǎn)，還應(yīng)包括1X、DO），均接入同一臺(tái)A類(lèi)設(shè)備；對(duì)于室內(nèi)分布系統(tǒng)，當(dāng)同一站址有多套室分系統(tǒng)信源/BBU時(shí)，可接入一套A類(lèi)設(shè)備。LTE基站要求提供GE接口，具體端口的數(shù)量根據(jù)該物理站點(diǎn)的RRU及載扇數(shù)、業(yè)務(wù)流量進(jìn)行配置。

BBU—IPRAN間(S1接口)應(yīng)采用環(huán)型接入方式或采用不同物理路由光纜的雙上聯(lián)保護(hù)機(jī)制。每個(gè)帶BBU物理站點(diǎn)要求接入2芯光纖，接入層要求環(huán)型組網(wǎng)。對(duì)于新建站點(diǎn)，要求接入光纜纖芯在12芯以上；對(duì)于BBU池的站點(diǎn)，建議光纜纖芯按規(guī)劃需拉遠(yuǎn)的RRU數(shù)進(jìn)行配置。

BBU—RRU間(CPRI接口)應(yīng)充分利用接入光纜網(wǎng)，采用星形拓?fù)?，?duì)重要基站采用不同物理路由光纜雙上聯(lián)保護(hù)機(jī)制。當(dāng)采用BBU池方案對(duì)CPRI接口光纖需求量非常大，則可以采用雙纖單向、單纖雙向兩種方式。

◎ 在BBU與RRU共站設(shè)置時(shí)，采用雙纖單向，通過(guò)野戰(zhàn)光纜直接連接。

◎ 在BBU與RRU拉遠(yuǎn)設(shè)置時(shí)，在光纜資源緊張的區(qū)域，采用單纖雙向方式。

2、IPRAN組網(wǎng)方案

2.1、移動(dòng)承載網(wǎng)現(xiàn)狀

CDMA網(wǎng)絡(luò)在核心層電路域(BSC-MGW-MSCe)、分組域(PCF-PDSN)均已經(jīng)IP化，主要是在基站接入層（BTS-BSC）間仍基于MSTP組網(wǎng)，基本上還未進(jìn)行IP化改造。其承載網(wǎng)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀如下圖示：

圖2 現(xiàn)有CDMA承載網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

2.2、綜合承載策略

作為全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商，有移動(dòng)、寬帶、政企等眾多業(yè)務(wù)及網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)共承載網(wǎng)絡(luò)將是未來(lái)的目標(biāo)。結(jié)合4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，在LTE部署區(qū)域做好2G3G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)的IP化改造工作，并規(guī)劃預(yù)留政企客戶(hù)組網(wǎng)型業(yè)務(wù)需求，以提高綜合承載效率，逐步實(shí)現(xiàn)2G、3G、4G共網(wǎng)承載，部署一張扁平、高效、智能的移動(dòng)綜合承載網(wǎng)。

由于LTE網(wǎng)絡(luò)部署先城區(qū)、后鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村，有一個(gè)逐步向外覆蓋建設(shè)的過(guò)程。因此，IPRAN綜合承載策略的實(shí)現(xiàn)應(yīng)分階段進(jìn)行，應(yīng)與LTE部署、業(yè)務(wù)發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)保持同步?？傮w上分為2個(gè)階段。

2.2.1、第1階段：MSTP與IPRAN共存

在LTE的IPRAN部署區(qū)域，CDMA的1X和DO業(yè)務(wù)全部割接至IPRAN承載。在LTE未部署區(qū)域，CDMA的1X和DO業(yè)務(wù)仍由原MSTP承載。

圖3 第1階段IPRAN與MSTP共存承載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.2.2、第2階段：IPRAN統(tǒng)一承載

根據(jù)LTE網(wǎng)絡(luò)發(fā)展及部署進(jìn)度，全網(wǎng)已經(jīng)部署LTE。CDMA的1X和DO業(yè)務(wù)全部割接至IPRAN統(tǒng)一承載，實(shí)現(xiàn)所有C網(wǎng)基站由IPRAN完全承載。

圖4 第2階段IPRAN綜合承載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.3、IPRAN組網(wǎng)方案

2.3.1、建設(shè)模式

在建設(shè)IPRAN網(wǎng)絡(luò)，逐步替代MSTP承載基站回傳的過(guò)程中，根據(jù)IPRAN的部署規(guī)模，可選擇全區(qū)模式和片區(qū)模式兩種建設(shè)模式。

◎ 全區(qū)模式：指在市區(qū)（含縣城）建立一張全覆蓋的IPRAN網(wǎng)絡(luò)，一次性將基站回傳由MSTP網(wǎng)絡(luò)割接至IPRAN。全區(qū)模式主要適用于大規(guī)模IP化改造3G基站或LTE規(guī)模部署的本地網(wǎng)。

◎ 片區(qū)模式：指在市/縣區(qū)的一個(gè)區(qū)域新建IPRAN網(wǎng)絡(luò)，將本區(qū)域內(nèi)的基站回傳由MSTP網(wǎng)絡(luò)割接至IPRAN。片區(qū)模式主要適用于LTE部署前MSTP擴(kuò)容壓力較大，基站IP化改造規(guī)模不大的本地網(wǎng)。

2.3.2、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

IPRAN網(wǎng)絡(luò)分為IPRAN核心層、匯聚層、接入層，核心層直接與BSC或IP骨干網(wǎng)相連，不再依托和接入原有城域網(wǎng)，IPRAN網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)設(shè)備也全部采用IPRAN A類(lèi)和B類(lèi)設(shè)備組成。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的扁平化、綜合業(yè)務(wù)承載。

圖5 IPRAN綜合承載網(wǎng)組網(wǎng)圖

3、C網(wǎng)IP化改造方案

3.1、基站側(cè)改造

1）基站側(cè)BBU的主控板已經(jīng)具備FE接口?；旧蠠o(wú)硬件改造，只需增加1根從BBU至IPRAN的A設(shè)備的網(wǎng)線(xiàn)。動(dòng)環(huán)監(jiān)控需要采用FE接口，除增加1根網(wǎng)線(xiàn)外，對(duì)于不具備FE接口的動(dòng)環(huán)監(jiān)控設(shè)備需要增加相應(yīng)的FE接口協(xié)議轉(zhuǎn)換器。

2）時(shí)鐘同步改造：CDMA站點(diǎn)仍使用現(xiàn)有的GPS。與CDMA共站的LTE系統(tǒng)，原則上不與CDMA共GPS，按LTE系統(tǒng)數(shù)各新建1套GPS。后期新建站點(diǎn)的時(shí)間同步以GPS衛(wèi)星信號(hào)為主用、1588v2備用，對(duì)于安裝GPS或北斗困難的基站可采用1588v2時(shí)間同步。

3.2、BSC側(cè)改造

BSC/PCF側(cè)改造方案如下：

1）新建1對(duì) BSC CE，實(shí)現(xiàn)與本地網(wǎng)ER的口字型互聯(lián)。

2）擴(kuò)容增加相應(yīng)的IP化Abis接口板卡,接口形式可以為GE或FE。

3）BSC/PCF的IP化軟件升級(jí)。

4）BSC/PCF及基站IP地址規(guī)劃及路由協(xié)議配置等數(shù)據(jù)配置。

IP化改造前后的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖，如下：

圖6 CDMA網(wǎng)絡(luò)IP化改造組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

4、結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)內(nèi) LTE商用進(jìn)程的加速，對(duì)IPRAN承載網(wǎng)的建設(shè)需求是巨大的。傳統(tǒng)的MSTP承載模式將難以適應(yīng)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，IPRAN網(wǎng)絡(luò)具有承載效率高，支持點(diǎn)到多點(diǎn)通信，擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)，適合作為L(zhǎng)TE基站的回傳網(wǎng)，IPRAN承載模式已成為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的必然選擇。同時(shí)進(jìn)行CDMA基站接入層IP化改造，實(shí)現(xiàn)2G、3G、4G多網(wǎng)共承載的綜合承載網(wǎng)，以?xún)?yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高運(yùn)維效率。

［1］陳運(yùn)清.IPRAN實(shí)現(xiàn)：面向LTE規(guī)模運(yùn)營(yíng)的移動(dòng)基站回傳綜合承載指引.電子工業(yè)出版社，2013.

［2］程鴻雁等.LTE FDD網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì).人民郵電出版社，2013.