3G實訓室WCDMA網絡升級到LTE網絡策略探討

陳海濤+胡也

【摘 要】在概述WCDMA網絡和LTE網絡關鍵技術的基礎上，從網絡架構、傳輸承載網、無線接入網（RAN）等方面比較了高校實訓室WCDMA設備與運營商現網設備升級到LTE策略的異同，并提出了高校實訓室的WCDMA網絡升級到LTE網絡的策略。

【關鍵詞】實訓 WCDMA LTE 網絡升級

中圖分類號：G482 文獻標識碼：A 文章編號：1006-1010（2014）-20-

Strategy for Upgrading WCDMA Network to LTE Network

in 3G Training Room

CHEN Hai-tao1， HU Ye2

（1. Department of Electronic Information， Guangzhou Civil Aviation College， Guangzhou 510403， China；

2. GCI Science & Technology Co.， Ltd.， Guangzhou 510310， China）

[Abstract] Based on an overview of key technologies of WCDMA networks and LTE networks， the different strategies for upgrading WCDMA network equipment in university training room or current network equipment of operators to LTE network are compared in terms of network architecture， transmission bearing network and radio access network （RAN）. In addition， the strategy for upgrading WCDMA network to LTE network in university training room is proposed.

[Key words]training WCDMA LTE network upgrading

1 引言

2008年以來，為適應3G網絡的發展，培養符合用人單位需求的高技能應用型人才，部分高校構置了3G實訓設備，加強了電子信息技術專業的實訓能力，并提高了學生的實踐技能。

隨著技術的進步和市場發展的需要，工業和信息化部于2013年12月正式發放了4G牌照，4G網絡建設正式展開。在建設之初，各運營商首先面臨的一個問題就是投入巨資建設的3G網絡與新建4G網絡如何共存？

同各大運營商當前面臨的現實一樣，各高校的3G實訓設備也面臨著同樣的問題：如何充分保護已有投資，實現從3G網絡向4G網絡的過渡？

高校的3G實訓設備多數采用WCDMA技術。本文將在闡述實訓室現有WCDMA網絡及設備配置、WCDMA到LTE網絡架構的演進等基礎上，提出實訓室3G WCDMA設備升級到LTE網絡的策略。

2 實訓室WCDMA組網及設備配置

實訓室WCDMA平臺結構如圖1所示。

系統由3部分組成：CN（Core Network，核心網）、UTRAN（UMTS Terrestrial Radio Access Network，UMTS陸地無線接入網）和UE（User Equipment，用戶設備）。其中，UTRAN和UE采用UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移動通信系統）無線接入技術，無線接入網負責處理所有與無線通信相關的功能，如無線資源的管理功能等；CN在邏輯上又分為電路域（CS）、數據域（PS）和廣播域。

UTRAN是UMTS（WCDMA）系統中連接用戶與核心網的橋梁和紐帶，包括許多通過Iu連接到CN的RNS（Radio Network Subsystem，無線網子系統），1個RNS包括1個RNC（Radio Network Controller，無線網絡控制器）和1個或多個Node B。Node B通過lub接口連接到RNC，Node B包括1個或多個小區。在UTRAN內部，RNS中的RNC可通過lur接口交互信息，UTRAN通過Uu接口與UE交互信息，Node B硬件采用BBU+RRU架構。需要指出的是，基站與RNC之間的鏈路可以是光纖連接，也可以是網線連接或E1電路連接；Iub接口可以使用以太網協議傳輸，也可以使用ATM（異步傳輸模式）協議傳輸。

3 WCDMA到LTE網絡

架構的演進

WCDMA到LTE網絡的演進首先體現在空口技術的發展：在3GPP R5階段，為滿足移動多媒體業務的使用需求，系統應支持上行384kbit/s、下行14.4Mbit/s的峰值速率。在不需要改變系統網絡架構的情況下，可以通過引入MIMO、64QAM等技術，實現系統演進到HSPA+，最高速率達42Mbit/s。

LTE技術的出現是在3GPP R8階段，是以OFDM為核心技術，上行峰值速率達到50Mbit/s、下行峰值速率達到100Mbit/s。到R10階段，上行峰值速率將達到100Mbit/s、下行峰值速率達到300Mbit/s。伴隨著傳輸速率的變化，技術也在不斷升級。

WCDMA網絡HSDPA+技術的特點和LTE網絡的技術特點相比有很大不同，WCDMA到LTE的演進除了空口技術的升級以外，整個網絡的架構也發生了很大的改變，如圖2所示。

LTE網絡架構的演進是基于以前WCDMA網絡的UTRAN和核心網的PS域，圖2的左側是WCDMA網絡基本的拓撲結構，由基站（Node B）、無線網絡控制器（RNC）、GPRS服務支持節點（SGSN）、網關GPRS支持節點（GGSN）構成，演進到LTE網絡時，只有演進型基站（eNodeB）、接入網關（AGW）和移動管理實體（MME）。

E-UTRAN架構中，eNodeB是在UTRAN架構中Node B的功能基礎上增加了控制平面（RRC）協議和用戶平面（RLC/MAC/PHY）協議的功能。具體包括：RB控制、無線資源準入控制；調度和傳呼信息；調度和傳輸BCCH信息；上下行帶寬動態分配；UE附著時的AGW選擇；LTE_ACTIVE時的移動性管理等。

LTE網絡架構中的E-UTRAN直接由若干個eNodeB組成。與WCDMA網絡架構的UTRAN相比，E-UTRAN減少了RNC和SGSN這2層架構。RNC的功能被分解到了eNodeB和AGW（接入網關）中，SGSN的功能則被包含在AGW中，而AGW仍屬于SAE（系統架構演進）的邊界節點。

由圖2可知，LTE網絡是兩層扁平網絡架構，同典型的IP寬帶網絡結構有相似之處，功能上支持VoIP、IMS、Mobile IP、SIP等各種先進技術。與3G網絡架構相比，LTE網絡架構層次減少，降低了系統復雜性，所帶來的好處是系統內部相應的交互操作減少和降低系統時延。

綜上所述，LTE網絡架構相對WCDMA網絡有更多的優點，具體如下：

（1）網絡架構更趨扁平化和簡單化；

（2）減少網絡節點，降低系統復雜度以及傳輸和無線接入時延；

（3）eNBs通過X2接口直接連接；

（4）只承載PS業務，語音通過VoIP實現。

對于實訓設備而言，網絡架構的演進與運營商是相同的。

LTE核心網側的變化相對于3G網絡而言是革命性的，無論是運營商還是實訓中心都需要新建部分LTE網絡核心網設備，以滿足LTE網絡需求。

4 實訓室WCDMA到LTE網絡的升級策略

實訓室網絡設備與現網設備在基本架構和設備類型上基本一致，但在使用對象、使用目的、使用方法和使用環境等方面存在差異（見表1），因此在升級設備時，兩者采用的策略并不完全一致。

表1 現網設備和實訓室設備使用情況對比

對比項目 現網設備 實訓室設備

使用目的 提供大眾通信 教學、實訓

使用對象 專業操作人員 教師、學生

使用要求 保證24小時不間斷正常運行，數據要事先規劃好 根據需要開機，臨時

加載數據

使用環境 設備分布地域廣，容量大，實時性強，可靠性要求高 分布在實訓（樓）室內，實時性不強，數據量不大

4.1 實訓室傳輸承載網的升級策略

基于上述關鍵技術的更新以及網絡架構的變化，目前通信網絡中WCDMA的Node B基站過渡到LTE網絡的eNodeB基站，前提是必須要滿足LTE時代的寬帶數據業務。

對于運營商而言，LTE時代數據業務已成為承載主體，其對帶寬的需求在迅猛增長。傳統的SDH光傳輸網絡已經難以支撐，分組化的承載網建設成為一種不可逆轉的趨勢。由于LTE網絡是全IP組網，承載大量的數據業務，eNodeB基站接入MME/S-GW設備時也需要通過IP網絡。但是，目前大部分WCDMA基站還是在采用雙棧技術，語音和數據業務傳輸依然主要靠傳統的SDH光傳輸網絡，這已經滿足不了通信網絡面向IP化發展。在升級到LTE基站之前，先要將傳統的傳輸網絡升級到IP傳輸，可以采用成熟的IP RAN技術。

對于實訓室而言，其主要目的是教學和實訓，網絡中業務數據量不大，當前3G實訓室使用的MSTP設備仍可以發揮作用，通過以太網方式接入基站。因此，可將傳輸網的升級作為實訓設備更新的最后考慮因素。

4.2 實訓室無線接入網（RAN）的升級策略

現有的WCDMA網絡Node B基站硬件大部分都是采用BBU+RRU的構造，BBU UMTS典型配置如圖3所示：

圖3 BBU UMTS典型配置

從圖3可以看出，WCDMA網絡Node B的BBU主要構成有BBU機框、風扇板（FAN），基帶處理板（WBBP）、主控板（WMPT）和電源板（UPEU）。

LTE的基站也是主要采用BBU+RRU的構造，BBU LTE典型配置如圖4所示：

圖4 BBU LTE典型配置

從圖4可以看出，LTE與WCDMA網絡的基站主要區別是：LTE的基站采用LBBP單板（LTE網絡基帶處理板）替代了WBBP單板、LMPT單板（LTE網絡主控板）替代了WMPT單板。

綜上所述，WCDMA網絡的Node B基站升級到LTE基站，硬件上的改造可從BBU機框內部分單板替換開始，只要用LBBP單板和LMPT單板替換WBBP單板和WMPT單板即可。對應軟件上需要升級到支持LTE技術的軟件版本。

對于實訓室而言，由于不存在規劃頻段的使用問題，可以不用更換RRU，只需要修改升級軟件就可以使WCDMA網絡的RRU支持LTE網絡的RRU。

5 總結

考慮到實訓室設備與運營商現網設備在使用目的、使用方法和使用環境等方面存在差異，針對WCDMA網絡設備如何過渡到LTE網絡，本文從現有實訓3G設備組網結構、WCDMA到LTE網絡架構的演進、RAN的演進和基站設備的演進等方面進行了探討，提出了適合實訓室WCDMA設備演進到LTE的策略，為實訓室升級改造提供了依據和途徑。

參考文獻：

[1] 3GPP TS 25.201. Technical Specification Group Radio Access Network[S]. 2007.

[2] 3GPP. The Mobile Broadband Standard[S/OL]. [2014-09-18]. http：//www.3gpp.org/technologies/keywords-acronyms/98-lte.

[3] 章海峰，張辰，李文正. WCDMA HSPA向LTE的演進方案探討[J]. 郵電設計技術， 2011（11）： 64-67.

[4] 陳國利. WCDMA HSPA技術演進思考[J]. 信息通信技術， 2009（1）： 47-51.

[5] 韓志剛，孔力，陳國利，等. LTE FDD技術原理與網絡規劃[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2012.

[6] 張堅平，張屆新，方鳴. 面向LTE的IP RAN技術路線與組網研究[J]. 電信科學， 2012（7）： 33-39.

作者簡介

陳海濤：高級工程師，副教授，工程碩士，現任廣州民航職業技術學院航空港管理學院電子信息系主任，國家級精品課程負責人，主要研究方向為信息網絡和通信技術，具有豐富的信息技術咨詢、規劃設計和教學經驗。

胡也：工程師，工程碩士，現任廣州杰賽科技股份有限公司第一事業部副總經理，主要研究方向為信息網絡和通信技術、智能化及系統集成業務，具有豐富的專業經驗。

E-UTRAN架構中，eNodeB是在UTRAN架構中Node B的功能基礎上增加了控制平面（RRC）協議和用戶平面（RLC/MAC/PHY）協議的功能。具體包括：RB控制、無線資源準入控制；調度和傳呼信息；調度和傳輸BCCH信息；上下行帶寬動態分配；UE附著時的AGW選擇；LTE_ACTIVE時的移動性管理等。

LTE網絡架構中的E-UTRAN直接由若干個eNodeB組成。與WCDMA網絡架構的UTRAN相比，E-UTRAN減少了RNC和SGSN這2層架構。RNC的功能被分解到了eNodeB和AGW（接入網關）中，SGSN的功能則被包含在AGW中，而AGW仍屬于SAE（系統架構演進）的邊界節點。

由圖2可知，LTE網絡是兩層扁平網絡架構，同典型的IP寬帶網絡結構有相似之處，功能上支持VoIP、IMS、Mobile IP、SIP等各種先進技術。與3G網絡架構相比，LTE網絡架構層次減少，降低了系統復雜性，所帶來的好處是系統內部相應的交互操作減少和降低系統時延。

綜上所述，LTE網絡架構相對WCDMA網絡有更多的優點，具體如下：

（1）網絡架構更趨扁平化和簡單化；

（2）減少網絡節點，降低系統復雜度以及傳輸和無線接入時延；

（3）eNBs通過X2接口直接連接；

（4）只承載PS業務，語音通過VoIP實現。

對于實訓設備而言，網絡架構的演進與運營商是相同的。

LTE核心網側的變化相對于3G網絡而言是革命性的，無論是運營商還是實訓中心都需要新建部分LTE網絡核心網設備，以滿足LTE網絡需求。

4 實訓室WCDMA到LTE網絡的升級策略

實訓室網絡設備與現網設備在基本架構和設備類型上基本一致，但在使用對象、使用目的、使用方法和使用環境等方面存在差異（見表1），因此在升級設備時，兩者采用的策略并不完全一致。

表1 現網設備和實訓室設備使用情況對比

對比項目 現網設備 實訓室設備

使用目的 提供大眾通信 教學、實訓

使用對象 專業操作人員 教師、學生

使用要求 保證24小時不間斷正常運行，數據要事先規劃好 根據需要開機，臨時

加載數據

使用環境 設備分布地域廣，容量大，實時性強，可靠性要求高 分布在實訓（樓）室內，實時性不強，數據量不大

4.1 實訓室傳輸承載網的升級策略

基于上述關鍵技術的更新以及網絡架構的變化，目前通信網絡中WCDMA的Node B基站過渡到LTE網絡的eNodeB基站，前提是必須要滿足LTE時代的寬帶數據業務。

對于運營商而言，LTE時代數據業務已成為承載主體，其對帶寬的需求在迅猛增長。傳統的SDH光傳輸網絡已經難以支撐，分組化的承載網建設成為一種不可逆轉的趨勢。由于LTE網絡是全IP組網，承載大量的數據業務，eNodeB基站接入MME/S-GW設備時也需要通過IP網絡。但是，目前大部分WCDMA基站還是在采用雙棧技術，語音和數據業務傳輸依然主要靠傳統的SDH光傳輸網絡，這已經滿足不了通信網絡面向IP化發展。在升級到LTE基站之前，先要將傳統的傳輸網絡升級到IP傳輸，可以采用成熟的IP RAN技術。

對于實訓室而言，其主要目的是教學和實訓，網絡中業務數據量不大，當前3G實訓室使用的MSTP設備仍可以發揮作用，通過以太網方式接入基站。因此，可將傳輸網的升級作為實訓設備更新的最后考慮因素。

4.2 實訓室無線接入網（RAN）的升級策略

現有的WCDMA網絡Node B基站硬件大部分都是采用BBU+RRU的構造，BBU UMTS典型配置如圖3所示：

圖3 BBU UMTS典型配置

從圖3可以看出，WCDMA網絡Node B的BBU主要構成有BBU機框、風扇板（FAN），基帶處理板（WBBP）、主控板（WMPT）和電源板（UPEU）。

LTE的基站也是主要采用BBU+RRU的構造，BBU LTE典型配置如圖4所示：

圖4 BBU LTE典型配置

從圖4可以看出，LTE與WCDMA網絡的基站主要區別是：LTE的基站采用LBBP單板（LTE網絡基帶處理板）替代了WBBP單板、LMPT單板（LTE網絡主控板）替代了WMPT單板。

綜上所述，WCDMA網絡的Node B基站升級到LTE基站，硬件上的改造可從BBU機框內部分單板替換開始，只要用LBBP單板和LMPT單板替換WBBP單板和WMPT單板即可。對應軟件上需要升級到支持LTE技術的軟件版本。

對于實訓室而言，由于不存在規劃頻段的使用問題，可以不用更換RRU，只需要修改升級軟件就可以使WCDMA網絡的RRU支持LTE網絡的RRU。

5 總結

考慮到實訓室設備與運營商現網設備在使用目的、使用方法和使用環境等方面存在差異，針對WCDMA網絡設備如何過渡到LTE網絡，本文從現有實訓3G設備組網結構、WCDMA到LTE網絡架構的演進、RAN的演進和基站設備的演進等方面進行了探討，提出了適合實訓室WCDMA設備演進到LTE的策略，為實訓室升級改造提供了依據和途徑。

參考文獻：

[1] 3GPP TS 25.201. Technical Specification Group Radio Access Network[S]. 2007.

[2] 3GPP. The Mobile Broadband Standard[S/OL]. [2014-09-18]. http：//www.3gpp.org/technologies/keywords-acronyms/98-lte.

[3] 章海峰，張辰，李文正. WCDMA HSPA向LTE的演進方案探討[J]. 郵電設計技術， 2011（11）： 64-67.

[4] 陳國利. WCDMA HSPA技術演進思考[J]. 信息通信技術， 2009（1）： 47-51.

[5] 韓志剛，孔力，陳國利，等. LTE FDD技術原理與網絡規劃[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2012.

[6] 張堅平，張屆新，方鳴. 面向LTE的IP RAN技術路線與組網研究[J]. 電信科學， 2012（7）： 33-39.

作者簡介

陳海濤：高級工程師，副教授，工程碩士，現任廣州民航職業技術學院航空港管理學院電子信息系主任，國家級精品課程負責人，主要研究方向為信息網絡和通信技術，具有豐富的信息技術咨詢、規劃設計和教學經驗。

胡也：工程師，工程碩士，現任廣州杰賽科技股份有限公司第一事業部副總經理，主要研究方向為信息網絡和通信技術、智能化及系統集成業務，具有豐富的專業經驗。

E-UTRAN架構中，eNodeB是在UTRAN架構中Node B的功能基礎上增加了控制平面（RRC）協議和用戶平面（RLC/MAC/PHY）協議的功能。具體包括：RB控制、無線資源準入控制；調度和傳呼信息；調度和傳輸BCCH信息；上下行帶寬動態分配；UE附著時的AGW選擇；LTE_ACTIVE時的移動性管理等。

LTE網絡架構中的E-UTRAN直接由若干個eNodeB組成。與WCDMA網絡架構的UTRAN相比，E-UTRAN減少了RNC和SGSN這2層架構。RNC的功能被分解到了eNodeB和AGW（接入網關）中，SGSN的功能則被包含在AGW中，而AGW仍屬于SAE（系統架構演進）的邊界節點。

由圖2可知，LTE網絡是兩層扁平網絡架構，同典型的IP寬帶網絡結構有相似之處，功能上支持VoIP、IMS、Mobile IP、SIP等各種先進技術。與3G網絡架構相比，LTE網絡架構層次減少，降低了系統復雜性，所帶來的好處是系統內部相應的交互操作減少和降低系統時延。

綜上所述，LTE網絡架構相對WCDMA網絡有更多的優點，具體如下：

（1）網絡架構更趨扁平化和簡單化；

（2）減少網絡節點，降低系統復雜度以及傳輸和無線接入時延；

（3）eNBs通過X2接口直接連接；

（4）只承載PS業務，語音通過VoIP實現。

對于實訓設備而言，網絡架構的演進與運營商是相同的。

LTE核心網側的變化相對于3G網絡而言是革命性的，無論是運營商還是實訓中心都需要新建部分LTE網絡核心網設備，以滿足LTE網絡需求。

4 實訓室WCDMA到LTE網絡的升級策略

實訓室網絡設備與現網設備在基本架構和設備類型上基本一致，但在使用對象、使用目的、使用方法和使用環境等方面存在差異（見表1），因此在升級設備時，兩者采用的策略并不完全一致。

表1 現網設備和實訓室設備使用情況對比

對比項目 現網設備 實訓室設備

使用目的 提供大眾通信 教學、實訓

使用對象 專業操作人員 教師、學生

使用要求 保證24小時不間斷正常運行，數據要事先規劃好 根據需要開機，臨時

加載數據

使用環境 設備分布地域廣，容量大，實時性強，可靠性要求高 分布在實訓（樓）室內，實時性不強，數據量不大

4.1 實訓室傳輸承載網的升級策略

基于上述關鍵技術的更新以及網絡架構的變化，目前通信網絡中WCDMA的Node B基站過渡到LTE網絡的eNodeB基站，前提是必須要滿足LTE時代的寬帶數據業務。

對于運營商而言，LTE時代數據業務已成為承載主體，其對帶寬的需求在迅猛增長。傳統的SDH光傳輸網絡已經難以支撐，分組化的承載網建設成為一種不可逆轉的趨勢。由于LTE網絡是全IP組網，承載大量的數據業務，eNodeB基站接入MME/S-GW設備時也需要通過IP網絡。但是，目前大部分WCDMA基站還是在采用雙棧技術，語音和數據業務傳輸依然主要靠傳統的SDH光傳輸網絡，這已經滿足不了通信網絡面向IP化發展。在升級到LTE基站之前，先要將傳統的傳輸網絡升級到IP傳輸，可以采用成熟的IP RAN技術。

對于實訓室而言，其主要目的是教學和實訓，網絡中業務數據量不大，當前3G實訓室使用的MSTP設備仍可以發揮作用，通過以太網方式接入基站。因此，可將傳輸網的升級作為實訓設備更新的最后考慮因素。

4.2 實訓室無線接入網（RAN）的升級策略

現有的WCDMA網絡Node B基站硬件大部分都是采用BBU+RRU的構造，BBU UMTS典型配置如圖3所示：

圖3 BBU UMTS典型配置

從圖3可以看出，WCDMA網絡Node B的BBU主要構成有BBU機框、風扇板（FAN），基帶處理板（WBBP）、主控板（WMPT）和電源板（UPEU）。

LTE的基站也是主要采用BBU+RRU的構造，BBU LTE典型配置如圖4所示：

圖4 BBU LTE典型配置

從圖4可以看出，LTE與WCDMA網絡的基站主要區別是：LTE的基站采用LBBP單板（LTE網絡基帶處理板）替代了WBBP單板、LMPT單板（LTE網絡主控板）替代了WMPT單板。

綜上所述，WCDMA網絡的Node B基站升級到LTE基站，硬件上的改造可從BBU機框內部分單板替換開始，只要用LBBP單板和LMPT單板替換WBBP單板和WMPT單板即可。對應軟件上需要升級到支持LTE技術的軟件版本。

對于實訓室而言，由于不存在規劃頻段的使用問題，可以不用更換RRU，只需要修改升級軟件就可以使WCDMA網絡的RRU支持LTE網絡的RRU。

5 總結

考慮到實訓室設備與運營商現網設備在使用目的、使用方法和使用環境等方面存在差異，針對WCDMA網絡設備如何過渡到LTE網絡，本文從現有實訓3G設備組網結構、WCDMA到LTE網絡架構的演進、RAN的演進和基站設備的演進等方面進行了探討，提出了適合實訓室WCDMA設備演進到LTE的策略，為實訓室升級改造提供了依據和途徑。

參考文獻：

[1] 3GPP TS 25.201. Technical Specification Group Radio Access Network[S]. 2007.

[2] 3GPP. The Mobile Broadband Standard[S/OL]. [2014-09-18]. http：//www.3gpp.org/technologies/keywords-acronyms/98-lte.

[3] 章海峰，張辰，李文正. WCDMA HSPA向LTE的演進方案探討[J]. 郵電設計技術， 2011（11）： 64-67.

[4] 陳國利. WCDMA HSPA技術演進思考[J]. 信息通信技術， 2009（1）： 47-51.

[5] 韓志剛，孔力，陳國利，等. LTE FDD技術原理與網絡規劃[M]. 北京： 人民郵電出版社， 2012.

[6] 張堅平，張屆新，方鳴. 面向LTE的IP RAN技術路線與組網研究[J]. 電信科學， 2012（7）： 33-39.

作者簡介

陳海濤：高級工程師，副教授，工程碩士，現任廣州民航職業技術學院航空港管理學院電子信息系主任，國家級精品課程負責人，主要研究方向為信息網絡和通信技術，具有豐富的信息技術咨詢、規劃設計和教學經驗。

胡也：工程師，工程碩士，現任廣州杰賽科技股份有限公司第一事業部副總經理，主要研究方向為信息網絡和通信技術、智能化及系統集成業務，具有豐富的專業經驗。