T之D地-方LT戰(zhàn)E略網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

中國移動(dòng)設(shè)計(jì)院黑龍江分公司 | 王世魁

中國移動(dòng)4G一期工程建設(shè)規(guī)模大、投資多，為了先行搶占4G市場，對(duì)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的質(zhì)量、工期都提出了很高的要求。

放眼全球移動(dòng)通信發(fā)展趨勢，3G向LTE網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)已呈現(xiàn)加速發(fā)展的態(tài)勢，目前，全球LTE部署仍以FDD為主，作為TD-LTE主要推動(dòng)者的中國移動(dòng)全球范圍內(nèi)發(fā)起TD-LTE發(fā)展倡議GTI，已有60多家運(yùn)營商和30多家設(shè)備商加入；著眼國內(nèi)，政府大力扶持TDD發(fā)展，已將2500M～2690M的190M帶寬劃分給TDD使用，此舉標(biāo)明中國政府對(duì)更多自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的通信技術(shù)的堅(jiān)定態(tài)度和信心，中國移動(dòng)迫切在新一輪競爭中取得優(yōu)勢，較之聯(lián)通、電信先行一步，計(jì)劃2013年全國建設(shè)20萬基站，覆蓋300多座城市，與之前的個(gè)別城市試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)相比，此次作為中國移動(dòng)4G一期工程建設(shè)規(guī)模大、投資多，為了先行搶占4G市場，對(duì)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的質(zhì)量、工期都提出了很高的要求，本文結(jié)合中國移動(dòng)獨(dú)立組建實(shí)驗(yàn)網(wǎng)和規(guī)模商用組網(wǎng)兩階段對(duì)TD-LTE建設(shè)方案進(jìn)行探討。

LTE獨(dú)立組網(wǎng)

獨(dú)立組網(wǎng)適用于實(shí)驗(yàn)網(wǎng)階段，組建小型網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用于個(gè)別城市或某些省份的部分城市，盡可能對(duì)現(xiàn)網(wǎng)不產(chǎn)生影響，即小范圍內(nèi)孤島式組網(wǎng)，網(wǎng)元設(shè)備盡量采用新建的方式。

網(wǎng)絡(luò) 組織

核心網(wǎng)建設(shè)需新建的網(wǎng)元有MME、S-GW、P-GW、HSS、CG、DNS、CE等網(wǎng)元，由于是小范圍組網(wǎng)，不用建設(shè)DRA設(shè)備，同時(shí)關(guān)于流量控制及計(jì)費(fèi)控制PCRF也可暫不考慮。實(shí)驗(yàn)網(wǎng)階段，LTE只承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，用戶以數(shù)據(jù)卡和CPE終端為主，網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)網(wǎng)階段LTE組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 歸屬地及通用APN拜訪地訪問路由選擇

EPC數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通過SAE-GW（P-GW)與外部數(shù)據(jù)網(wǎng)間的SGi接口疏導(dǎo)，承載在CMNet網(wǎng)絡(luò)，新建一對(duì)CE設(shè)備保證EPC網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立性，通過防火墻將CMNet與EPC網(wǎng)絡(luò)隔離，保證安全性；不同省份可根據(jù)需要考慮是否對(duì)試驗(yàn)網(wǎng)做計(jì)費(fèi)功能，若進(jìn)行計(jì)費(fèi)，則通過DCN承載網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一承載網(wǎng)管及計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)，新建網(wǎng)元通過本局接入交換機(jī)接入DCN網(wǎng)絡(luò)；如果實(shí)驗(yàn)網(wǎng)計(jì)劃完成2G/3G用戶使用LTE數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，則需要互通2G/3G/LTE數(shù)據(jù)，新建HSS接入現(xiàn)有七號(hào)信令網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)疏導(dǎo)，此時(shí)要新建網(wǎng)元BG，作為兩張網(wǎng)絡(luò)的邊界網(wǎng)關(guān)；由于是本地組網(wǎng)，不需考慮網(wǎng)間數(shù)據(jù)疏導(dǎo)，否則EPC網(wǎng)絡(luò)要接入IP承載網(wǎng)。

路由 原則

LTE用戶在歸屬地使用數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)采用本地路由，路由為MS--eNodeB--歸屬地S-GW—?dú)w屬地P-GW—外部數(shù)據(jù)網(wǎng)，如圖2中路由1所示，用戶漫游到拜訪地使用通用APN訪問數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)就近進(jìn)入拜訪地網(wǎng)絡(luò)，路由為MS--eNodeB—拜訪地S-GW—拜訪地P-GW—外部數(shù)據(jù)網(wǎng)，如圖2路由3所示，用戶漫游到拜訪地使用區(qū)域APN訪問數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)就近進(jìn)入拜訪地網(wǎng)絡(luò)，然后路由指向再回到歸屬地網(wǎng)絡(luò)從歸屬P-GW出口訪問，路由為MS--eNodeB—拜訪地S-GW—?dú)w屬地P-GW—外部數(shù)據(jù)網(wǎng)。

由于是小范圍組網(wǎng)，大部分地區(qū)沒有LTE覆蓋（即便是規(guī)模組網(wǎng)，在早期LTE也只能完成部分覆蓋），這便出現(xiàn)2G/3G用戶通過EPC訪問外部數(shù)據(jù)網(wǎng)，與上文所述用戶駐留LTE網(wǎng)絡(luò)訪問業(yè)務(wù)情況相似，只不過用戶接入方式不同，如圖5描述了幾種情況下的路由選擇。目前，LTE終端已多模單待為主，用戶同時(shí)駐留2G/3G/LTE網(wǎng)絡(luò)，在LTE覆蓋區(qū)域優(yōu)選LTE網(wǎng)絡(luò)，在非LTE覆蓋區(qū)域內(nèi)，用戶回落至2G/3G網(wǎng)絡(luò)。

其他 規(guī)劃

IP地址規(guī)劃：設(shè)備及用戶IP地址均采用IPV4私有地址。設(shè)備IP地址包括eNodeB與EPC間接口地址，包括網(wǎng)管及業(yè)務(wù)地址，同時(shí)每個(gè)IP地址規(guī)劃不同的VLAN用以隔離二層通信；EPC與2G/3G互通的IP地址針對(duì)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)階段即是分配BG地址；EPC采用全I(xiàn)P架構(gòu)，內(nèi)部組網(wǎng)均要分配IP地址；用戶IP地址由P-GW內(nèi)置DHCP功能動(dòng)態(tài)分配。

計(jì)費(fèi)及網(wǎng)管規(guī)劃：核心網(wǎng)側(cè)新建CG用于計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，由CG接入現(xiàn)網(wǎng)BOSS系統(tǒng)；避免對(duì)現(xiàn)網(wǎng)影響，核心網(wǎng)設(shè)備新建同廠家OMC網(wǎng)管，通過北向接口由OMC網(wǎng)管接入本省的網(wǎng)管系統(tǒng)。

時(shí)間及時(shí)鐘同步：融合HSS/HLR需要時(shí)鐘同步，就近接入本局址BITS系統(tǒng)獲取同步信號(hào)；時(shí)間同步信號(hào)由現(xiàn)網(wǎng)NTP Server服務(wù)器提供。

實(shí)驗(yàn)網(wǎng)階段LTE只要求滿足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)LTE用戶與2G/3G用戶互操作，需要對(duì)現(xiàn)網(wǎng)SGSN進(jìn)行改造，原則上對(duì)與LTE同覆蓋或相鄰覆蓋區(qū)域的SGSN進(jìn)行改造，改造網(wǎng)元數(shù)量盡可能少以減少對(duì)網(wǎng)絡(luò)影響，改造SGSN支持USIM卡的五元組鑒權(quán)、支持識(shí)別不同類型終端選路功能、支持由DNS查詢地址信息后建立至P-GW的連接。2G/3G與LTE互操作實(shí)現(xiàn)如圖3所示。

由于實(shí)驗(yàn)網(wǎng)階段不要求實(shí)現(xiàn)語音和短信業(yè)務(wù)，對(duì)現(xiàn)網(wǎng)CS域無需改造，改造的內(nèi)容將會(huì)在后邊介紹。

LTE規(guī)模組網(wǎng)

TD-LTE技術(shù)已經(jīng)成熟，中國移動(dòng)為擺脫3G時(shí)代的不利局面，對(duì)中國擁有更多中國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TD-LTE尤為青睞，與此同時(shí)，芯片廠商紛紛致力于多模多頻芯片的研究，終端市場風(fēng)生水起，來自GSA數(shù)據(jù)截止3月，已有166款TD-LTD終端設(shè)備，目前主要以數(shù)據(jù)類終端為主，包括上網(wǎng)卡、MiFi、CPE等，隨著28nm工藝芯片的推出，手持智能終端將遍地開花。從FDD商用經(jīng)驗(yàn)來看，語音業(yè)務(wù)解決方案的成功與否直接影響用戶體驗(yàn)，目前CSFB為主流語音技術(shù)方案，并可能較長期存在一段時(shí)間，綜上TD-LTE商用部署具備規(guī)模組網(wǎng)條件。

建設(shè) 原則

（1）采用2G/3G/LTE融合方式建設(shè)核心網(wǎng)

優(yōu)先采用升級(jí)改造現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的方式，實(shí)現(xiàn)HSS/HLR、MME/SGSN、SAE

GW/GGSN以及CG、DNS、PCRF融合，為滿足用戶“不換號(hào)、不登記、快速便捷換卡”使用LTE業(yè)務(wù)，本期工程應(yīng)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)HSS/HLR融合，且各網(wǎng)元的融合改造應(yīng)逐步推進(jìn)，避免盲目擴(kuò)大改造范圍，對(duì)于具備條件的省，應(yīng)引入SGSN/MME POOL，提高網(wǎng)絡(luò)安全性。

（2）構(gòu)建高效的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

考慮中國幅員遼闊，信令網(wǎng)采用“基地集中+省集中”的分級(jí)結(jié)構(gòu)建設(shè)IP信令網(wǎng)，對(duì)于信令大省分別建設(shè)1對(duì)H/LDRA設(shè)備轉(zhuǎn)接省內(nèi)及省際信令，其余省份按照南北地區(qū)分區(qū)建設(shè)2對(duì)H/LDRA設(shè)備，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)接區(qū)域內(nèi)各省省內(nèi)及省際信令，各H/LDRA采用網(wǎng)狀互聯(lián)，各省MME/SGSN、HSS/HLR、SAE GW/GGSN、融合PCRF設(shè)備均接入所歸屬的DRA設(shè)備，引入Diameter信令協(xié)議棧規(guī)模組網(wǎng)。

（3）核心網(wǎng)集中化設(shè)置，統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實(shí)施，確保安全

盡可能控制改造網(wǎng)元數(shù)量規(guī)模，盡可能少的引入過渡方案，繼續(xù)采用“雙路由、雙節(jié)點(diǎn)”容災(zāi)備份方案保證網(wǎng)絡(luò)安全。

圖3 2G/3G與LTE互操作融合系統(tǒng)

圖4 融合LTE網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

網(wǎng)絡(luò) 組織及承載

商用階段的LTE網(wǎng)絡(luò)應(yīng)帶給用戶更快的上網(wǎng)體驗(yàn)，同時(shí)并不丟棄原有的通信功能，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)應(yīng)支持語音業(yè)務(wù)、短信業(yè)務(wù)、更高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，采用融合建設(shè)方式，融合LTE網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

目前，電路域核心網(wǎng)建設(shè)以本地網(wǎng)建設(shè)為主，呈現(xiàn)向省會(huì)城市集中的趨勢，分組域核心網(wǎng)采用集中建設(shè)方式，同樣，LTE核心網(wǎng)也采用集中式建設(shè)，融合HLR/HSS采用現(xiàn)網(wǎng)改造或新建方式集中在省會(huì)建設(shè)，內(nèi)部利用邏輯隔離區(qū)分各地市本地網(wǎng)，MME及SAEGW采用現(xiàn)網(wǎng)改造SGSN、GGSN或新建的方式在省會(huì)集中建設(shè)，按照3GPP R8版本必選功能要求，控制面上當(dāng)MME數(shù)量大于1個(gè)且覆蓋連續(xù)時(shí)則部署MME Pool，用戶面上當(dāng)S-GW數(shù)量大于1個(gè)時(shí)部署S-GW Pool，即eNodeB與S-GW間采用全連接方式互聯(lián)。

S1接口（含S1-MME和S1-U）采用PTN網(wǎng)絡(luò)承載，從維護(hù)角度看由傳輸專業(yè)負(fù)責(zé)，從性價(jià)比角度看，跨本地網(wǎng)傳輸較之IP承載網(wǎng)具有時(shí)延小、投資少等優(yōu)點(diǎn)，采用核心PTN設(shè)備開啟L3 VPN功能、匯聚及接入PTN設(shè)備開啟L2 VPN功能方案，S1-MME接口負(fù)責(zé)控制面，采用GE接口，S1-U接口負(fù)責(zé)用戶面，采用10GE接口。

不同MME之間S10接口、MME與S-GW間的S11接口、SAE-GW間S5/S8接口以及SGSN與MME、SAE-GW/GGSN間的Gn接口以及DNS查詢接口和SGi接口采用CMNet網(wǎng)絡(luò)承載，若設(shè)備處同一局址可經(jīng)局域網(wǎng)互連；若為異局址通過防火墻接入CMNet接入路由器進(jìn)行互通。

MME/SGSN與HLR/HSS間的S6a接口采用完全構(gòu)架在IP之上Diameter協(xié)議，采用如獨(dú)立組網(wǎng)階段所介紹的DRA分級(jí)組網(wǎng)方式進(jìn)行信令互通，采用在IP承載網(wǎng)虛擬信令I(lǐng)P化VPN承載信令，MME/SGSN與MSC Server間SGs接口實(shí)現(xiàn)語音及短信業(yè)務(wù)，通過IP承載網(wǎng)虛擬軟交換信令VPN方式承載。

數(shù)據(jù) 業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是LTE網(wǎng)絡(luò)的主營業(yè)務(wù)，作為GPRS的替換或升級(jí)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期會(huì)與GPRS網(wǎng)絡(luò)共存，共存情況下2G/3G及LTE業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)路由選擇如圖5所示。

駐留在LTE網(wǎng)絡(luò)的LTE用戶通過E-UTRAN接入融合EPC網(wǎng)絡(luò)訪問外網(wǎng)數(shù)據(jù)，此部分會(huì)給用戶帶來全4G的快速上網(wǎng)體驗(yàn)；駐留在2G/3G網(wǎng)絡(luò)的LTE用戶通過2G/3G RAN接入GPRS網(wǎng)絡(luò)的SGSN，SGSN向融合DNS發(fā)起EPC查詢，建立至SAE-GW連接訪問外網(wǎng)數(shù)據(jù)，此路由需要BOSS支持處理PGW-CDR話單；駐留在2G/3G網(wǎng)絡(luò)的2G/3G用戶以負(fù)荷分擔(dān)的方式通過2G/3G RAN接入GPRS或EPC網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而訪問外網(wǎng)數(shù)據(jù)。另外，PCRF、CG、DNS、OMC均需改造為融合設(shè)備或是新建設(shè)備以支持策略、計(jì)費(fèi)、聯(lián)合DNS查詢、網(wǎng)絡(luò)管理等功能。

語音 業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)

針對(duì)LTE的語音業(yè)務(wù)，大致呈現(xiàn)為CS Fall Back、SR-VCC、VoLTE三個(gè)分階段演進(jìn)的解決方案，在3GPP R8/R9的版本中引入并完善CSFB方案，在此方案中，語音及短信業(yè)務(wù)回落至2G/3G網(wǎng)絡(luò)中完成；SR-VCC（Single Radio Voice Call Continuity）為單射頻無線語音呼叫連續(xù)性解決方案，LTE作為語音業(yè)務(wù)的承載網(wǎng)絡(luò)，由IMS核心網(wǎng)進(jìn)行呼叫控制及業(yè)務(wù)觸發(fā)，但是在LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋不全或信號(hào)強(qiáng)度弱于2G/3G網(wǎng)絡(luò)時(shí)，語音實(shí)現(xiàn)切換至2G/3G網(wǎng)絡(luò)，此方案為演進(jìn)的過渡方案；業(yè)界公認(rèn)的LTE語音解決方案即VoLTE將在LTE建設(shè)的后期實(shí)現(xiàn)，此時(shí)LTE網(wǎng)絡(luò)已完成全覆蓋，VoLTE基于IMS語音業(yè)務(wù)，得利于IMS支持多種接入和豐富的多媒體業(yè)務(wù)，VoLTE將大大提升用戶體驗(yàn)。

在LTE商用初期，語音業(yè)務(wù)采用CSFB方案，需要對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的部分與LTE重覆蓋MSC Server進(jìn)行升級(jí)改造，若MSC Server已經(jīng)組Pool，則選取其中2個(gè)異局址的端局進(jìn)行改造，改造后支持SGs接口功能及CSFB功能，包括通過SGs接口實(shí)現(xiàn)短信功能。

多模單待CSFB終端在2G/3G及LTE網(wǎng)絡(luò)中聯(lián)合注冊(cè)并平時(shí)駐留在LTE網(wǎng)絡(luò)，完成數(shù)據(jù)和短信業(yè)務(wù)，但在進(jìn)行回落時(shí)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)會(huì)被中斷，語音業(yè)務(wù)通過CSFB技術(shù)回落至2G/3G網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行，業(yè)務(wù)結(jié)束后再返回至LTE網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)過程由CSFB回落以及返回兩部分構(gòu)成。目前，得到一致認(rèn)可的CSFB回落技術(shù)為RRC方案，有R8、R9兩個(gè)版本，R8版本中，由網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起RRC Release消息（攜帶回落目標(biāo)小區(qū)信息）使UE回落至2G/3G，回落后的UE讀取2G/3G系統(tǒng)廣播參數(shù)，R9版本是對(duì)R8的優(yōu)化，在RRC Release消息中增加了系統(tǒng)廣播參數(shù)，縮短UE回落時(shí)間，R8版本同R9比較而言不用對(duì)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行額外改造，是目前部署階段主要采用的過渡方案，后續(xù)會(huì)引入R9方案。所謂返回技術(shù)是指語音業(yè)務(wù)結(jié)束后，UE重新返回LTE網(wǎng)絡(luò)的過程，有空閑態(tài)小區(qū)重選和快速返回FR（Fast Return）兩種方案，空閑態(tài)小區(qū)重選是指用戶掛機(jī)后，UE根據(jù)2G/3G廣播的LTE鄰區(qū)信息，滿足信號(hào)強(qiáng)度等條件后，重選回LTE網(wǎng)絡(luò)，室內(nèi)測試返回用時(shí)25～40S，室外測試返回用時(shí)29～52S，F(xiàn)R是指用戶掛機(jī)時(shí)，2G/3G網(wǎng)絡(luò)在釋放用戶信道的同時(shí)下發(fā)LTE鄰小區(qū)頻點(diǎn)，UE按網(wǎng)絡(luò)指示測量并快速在指定頻點(diǎn)返回LTE網(wǎng)絡(luò)，若返回成功，測試用時(shí)0．5～1S，若返回失敗，需35～55S回到2G/3G駐留，在LTE覆蓋較好的區(qū)域，F(xiàn)R明顯優(yōu)于空閑態(tài)小區(qū)重選方案，但其改造范圍較大，需要對(duì)所有與LTE覆蓋重疊區(qū)域BSC進(jìn)行改造，所以目前部署主要采用小區(qū)重選方案，后續(xù)按需部署FR方案。

小結(jié)

以全球視野來看，加快LTE網(wǎng)絡(luò)部署已是大勢所趨，刻不容緩，就中國移動(dòng)而言，TD-LTE更是具有極為重要的意義，寄希望于TD-LTE網(wǎng)絡(luò)挽回在3G時(shí)代的不利局面，然而建設(shè)與投資往往是運(yùn)營商平衡考慮的重點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期應(yīng)充分考慮并深入探討前期及后續(xù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中建設(shè)方案、實(shí)施計(jì)劃，盡可能減少對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的影響，盡可能方便地讓現(xiàn)網(wǎng)用戶享受4G服務(wù)。