小基站回傳方案探討

孫凱

【摘要】本文進行了小基站回傳方案、同步方案選擇及VLAN和IP地址部署各方面進行探討研究。

【關鍵詞】PON；小基站；皮飛站；網關；網管

【Abstract】In this paper， a small base station return program， synchronization options and VLAN and IP address deployment of all aspects of research.

【Key words】PON；Small base station；Pico station；Gateway；Network management

1. 前言

無線網絡的大規(guī)模部署和智能手機的快速普及，使用戶對移動寬帶數據業(yè)務的需求呈現出爆發(fā)式的增長，對傳統(tǒng)移動網絡提出了兩大挑戰(zhàn)：熱點區(qū)域密集用戶群的吞吐量需求和邊緣網絡盲點覆蓋問題。持續(xù)增加宏站數量，可以在一定程度上實現補忙和分流，但是在建設、運維成本高昂。而且隨著LTE網絡建設的深入，基站站址資源獲取以及工程施工難度越來越大，傳統(tǒng)的宏基站難以滿足日益復雜的城市無線環(huán)境深度覆蓋和大帶寬數據業(yè)務的需求。因此，運營商越來越多地考慮引入靈活多樣的小基站來滿足不同應用場景的建設需求。鑒于此，安全可靠、低成本的解決小基站的回傳問題就成為了當務之急。

2. 小基站介紹

2.1 小基站概念。

（1）小基站（Small Cell）是指單載波（20MHz帶寬）功率在500mW以下，集成了BBU、RRU、天線的一體化基站，按照單載波功率大小又可細分為皮基站（Pico Cells）（100mW-500mW）和飛基站（Femto Cells）（100mW以下）兩類。由于數量多、覆蓋范圍小，需納入皮飛站網關設備后再連接至EPC，其它基站均直接連接至EPC。4G基站根據覆蓋能力分為四大類：

（2）對于典型蜂窩網絡，通常采用宏基站進行連續(xù)覆蓋和室內淺層的部署，采用微基站進行道路、室外覆蓋室內以及室內深度覆蓋的室分系統(tǒng)的部署，而采用皮基站和飛基站進行補盲、補熱，家庭級Femto用于家庭部署。小基站在移動網絡中的位置如圖1所示。

2.2 小基站網絡架構。

（1）小基站是基于3GPP LTE 標準研發(fā)的。3GPP 中定義的LTE 網絡結構如圖2 所示。

（2）小基站和宏站的網絡結構類似，邏輯接口相同（如S1/X2），由于數量多、覆蓋范圍小，小基站可選支持聚合網關（即HeNB GW）后再連接至EPC，其它基站均直接連接至EPC。該網關可完成S1 接口的匯聚轉發(fā)，以支持某一區(qū)域內大規(guī)模的小基站連接。小基站是電信級設備，不僅支持數據業(yè)務，也支持CSFB 進行語音業(yè)務，后期通過固件升級，還能支持VoLTE 功能。小基站工作在授權制式和頻段，支持空口、IP（IEEE 1588v 2 或NTP）、GPS 等各種同步方式。較之WLAN，小基站的有效部署與宏站一樣也需要科學設計，提前規(guī)劃回傳（Backhaul）方案。

2.3 小基站系統(tǒng)組成。

LTE 小基站系統(tǒng)的主要網元包括LTE小基站、小基站網關與網管系統(tǒng)。

（1）LTE 小基站為終端提供LTE 接入，采用交流市電供電，安裝簡便，即插即用，支持自啟動、自配置、自優(yōu)化功能。在閉合區(qū)域內，小基站信號強度可以明顯高于附近宏站。

（2）LTE 小基站網關包括安全網關、信令網關兩部分功能。安全網關主要是保證LTE 小基站系統(tǒng)的安全。通過LTE 小基站與安全網關的雙向認證，防止非法AP 接入；通過LTE 小基站與安全網關間的IPSec 隧道，實現對數據進行加密和完整性保護，并實現LTE 小基站與核心網跨域的連接。信令網關主要用于匯聚LTE 小基站的信令，以減輕核心網負荷。通過信令網關減少SCTP 鏈路，降低核心網信令負荷；實現使用28 位ID 的LTE 小基站與宏網絡的互操作；通過S1-Flex 功能接入MME Pool，實現MME 負荷的分擔。

（3）網管系統(tǒng)對LTE 小基站、小基站網關設備進行管理，實現系統(tǒng)的可監(jiān)控、可管理，可操作維護。

3. 小基站回傳方案

小基站的回傳分為兩部分：小基站至網關和網關至EPC。

3.1 小基站至網關。

3.1.1 總體原則。

鑒于4G皮飛站尤其是飛基站，其數量較多、可規(guī)劃性較差，原則上不采用端到端PTN方式承載。飛基站采用PON+CMNET（方案一）方案連接至皮飛站網關，皮基站采用PON/PTN+CMNET（方案一和方案二）方案連接至網關，新建接入設備時優(yōu)先考慮PON設備，即選擇PON+CMNET（方案一）。如采用端到端PTN方式承載，應嚴格控制接入數量，并做好風險控制，避免PTN設備與CMNET網絡直接相連。原則上不采用第三方資源回傳，當自建資源存在建設難度大、成本高等問題而采用第三方資源時，應注意評估其傳輸質量，避免影響用戶體驗（4G皮飛站回傳方案示意圖見圖3）。

3.1.2 傳輸接入方案。

4G皮飛站的傳輸接入場景可分為以下兩種：

3.1.2.1 場景一、利用現網資源：

（1）已有移動PON網絡覆蓋的區(qū)域，4G皮飛站數量不超過16個（1個PON口下）且不影響現有業(yè)務的前提下，可利用現有分光器的空閑端口新設ONU實現皮飛站傳輸接入，并在PON系統(tǒng)網管中做好業(yè)務標識，同時必須在業(yè)務系統(tǒng)同步更新相關資源占用情況。

（2）對于不具備PON網絡但有PTN資源的區(qū)域，可采用PTN+CMNET方式。 4G皮飛站采用L2 PTN接入，通過PTN核心調度層網元與同機房的CMNET的BRAS/SR或者SW網元通過10GE或N*GE口對接，對接采用LAG保護方式。endprint

3.1.2.2 場景二、新建傳輸資源：

（1）對于不具備PTN和PON資源的區(qū)域，采用PON+CMNET方式接入，即末端采用PON接入，通過OLT上聯(lián)至BRAS/SR，經城域數據網、省干CMNET后連接至4G皮飛站網關。為了保證安全性，在CMNET與皮飛站網關間需經過防火墻，以保證網絡的安全性。

（2）4G皮飛站占用單獨的PON口，采用一級分光方式，最大分光比不超過1：32；根據覆蓋區(qū)域的皮飛站密度合理選擇分光器安裝位置，一般不高于綜合業(yè)務接入區(qū)二級分纖點（小基站傳輸接入方案圖見圖4）。

3.2 網關至EPC。

3.2.1 總體原則。

原則上皮飛站網關部署位置不高于SAE-GW，與EPC間連接首選通過L3 PTN方式，次選直連方式。

3.2.2 具體方案。

（1）L3 PTN方式。

A.對于皮飛站網關設備端口少、流量不大、EPC數量較多、EPC需要組Pool且沒有配置交換機時，通過L3 PTN連接至EPC，與宏站共用EPC對接的端口資源。此方案不需EPC擴容或改造，只需對PTN網絡進行擴容或改造即可。

B.皮飛站網關與異機房EPC的之間電路連接，通過省干PTN系統(tǒng)解決。省干PTN系統(tǒng)通過調度L3 PTN完成跨機房轉發(fā)。皮飛站網關先與交換機對接，交換機出主、備端口分別與同機房主、備省干落地L3 PTN對接。后期皮飛站網關若實現多機房容災備份可直接與同機房省干落地PTN對接（小基站網關至EPC（L3 PTN方式）見圖5）。

（2）直連方式。

對于皮飛站網關設備端口少且沒有配置有交換機時，可采用皮飛站網關和EPC直連方式，即通過光纖或WDM/OTN進行連接。但目前的4G皮飛站網關設備端口有限，建設初期流量不大，因此近期不建議采用此方案。

3.3 同步方案。

皮飛站可根據部署情況，選擇采用無線空口同步、GPS直接同步或地面?zhèn)鬏?588v2同步方式，其中地面?zhèn)鬏?588v2方式可采用從末端接入的PON或PTN設備提取同步信號。

（1）PON+CMNET方案：現有PON設備需升級支持1588V2，同步于GPS或同機房PTN設備，再通過PON網絡對基站進行同步。同步于GPS需從同機房現有的GPS引接，但增加功分器會對時鐘信號引入3dB插損，可能會影響無線站同步接收。

（2）PTN+CMNET方案：PTN網絡在核心機房時間同步服務器引入同步信號，需要對PTN全網進行改造，改造之后可直接從PTN設備提取同步信號。

（3）如采用微波或第三方資源，則需微波或第三方設備支持1588v2。

通過上述對比，現網PTN、OLT設備升級支持1588v2難度較大， 因此首選無線空口同步和GPS直接同步。

3.4 VLAN和IP地址。

（1）PON承載皮飛站業(yè)務時，到寬帶邊緣網關（BRAS/SR）間采用SVLAN+CVLAN（QinQ）方式進行VLAN規(guī)劃，其中外層SVLAN用于區(qū)分業(yè)務類型、OLT和PON口，內層CVLAN用于區(qū)分用戶和業(yè)務（皮飛站VLAN分配示意圖見圖6）。

（2）VLAN分配應統(tǒng)一規(guī)劃各類業(yè)務的VLAN資源，具體應制定劃分原則及業(yè)務QOS等級。

3.5 網管。

4G皮飛站網管系統(tǒng)實現對4G皮飛站、皮飛站網關的可監(jiān)控、可管理，可操作維護。

3.6 配套供電。

4G皮飛站設備主要采用就近交流供電方式，如安裝位置附近無電源，可采用支持 POE的ONU對皮飛站設備實現遠端供電。

4. 建設中需要注意的問題

4.1 PON接入時需要注意的問題。

由于4G 皮飛站采用PON做為回傳網絡，在部署中需注意：

（1）PON的帶寬規(guī)劃中，應統(tǒng)籌考慮專線、家寬和飛站/一體化皮站帶寬需求；

（2）在PON內部與承載的集團客戶專線、家庭寬帶和WLAN等業(yè)務統(tǒng)一進行VLAN規(guī)劃并配置相應的QoS，以區(qū)分4G皮飛站業(yè)務流量，提供較高優(yōu)先級保障；

（3）對于質量要求較高的皮飛站，建議配置為宏站模式，通過端到端PTN系統(tǒng)連接至EPC。

4.2 網絡安全問題。

為了保證回傳網絡及皮飛站網關的安全性，所有進出CMNET的流量均需經過防火墻，即部署的DHCP服務器、初始化服務器HeMS均需經過防火墻，皮飛站網管需部署在皮飛站網關之后（即網管信息需經過皮飛站的安全網關）；不得將PTN設備與CMNET網絡直接相連。

5. 總結

小基站或將在未來幾年內成為運營商網絡投資建設的重點。小基站體積小、造價低，安裝簡單，能適應各種室內外安裝環(huán)境及高密度部署需求，設備數量可能達到宏站的10倍之多。小基站作為宏基站的有效補充，正逐步成為LTE網絡部署的重要組成部分。PON具有點到多點拓撲結構、多業(yè)務接入能力、部署成本低、方便快捷等優(yōu)勢，能很好滿足LTE小基站數量眾多、分布廣泛、部署快速等需求，必將成為LTE小基站回傳的主流承載方式，各電信運營商根據自身業(yè)務發(fā)展需要，從皮飛站回傳方案及選擇、同步方案選擇及VLAN和IP地址部署各方面進行探討研究，通過具體場景具體分析，得出建設方案切實可行。

參考文獻

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[文章編號]1619-2737（2017）07-20-677endprint