微小基站的傳輸接入規(guī)劃及建設(shè)方案探討*

喻　敏，項　暉

(1.中國移動通信集團(tuán)廣東有限公司中山分公司，廣東 中山 528400；2.湖南省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司，湖南 長沙 410000)

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微小基站的傳輸接入規(guī)劃及建設(shè)方案探討*

喻敏1，項暉2

(1.中國移動通信集團(tuán)廣東有限公司中山分公司，廣東 中山 528400；2.湖南省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司，湖南 長沙 410000)

摘要：相比于宏基站，LTE微小基站由于具有部署簡單、組網(wǎng)靈活、維護(hù)方便以及功耗低等突出優(yōu)勢，在未來將得到廣泛應(yīng)用。與此同時，微小基站還具有高密度及大規(guī)模部署的特點，如采用傳統(tǒng)的基站傳輸接入建設(shè)方案，將會對接入光纜、網(wǎng)絡(luò)容量、設(shè)備端口等帶來重大壓力。通過分析微小基站的傳輸接入需求，針對性地提出了三種微小基站的傳輸接入規(guī)劃及建設(shè)方案，并在網(wǎng)絡(luò)部署成本和承載品質(zhì)等方面分別對各方案的優(yōu)劣勢進(jìn)行了對比分析和探討。

關(guān)鍵詞：小基站;傳輸接入;PTN;IP RAN;PON

0引言

隨著4G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模商用，移動通信網(wǎng)絡(luò)正在經(jīng)歷從廣度覆蓋向深度覆蓋、從輕載網(wǎng)向重載網(wǎng)的重大轉(zhuǎn)變。當(dāng)前，基站和密集選址問題已日漸成為無線宏基站建設(shè)的重要阻礙，而微小基站因其體積小、重量輕、對工程建設(shè)環(huán)境要求低，易于解決工程建設(shè)、物業(yè)協(xié)調(diào)等方面的問題[1]，為實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步“深度”和“厚度”覆蓋提供了可能。同時微小基站功耗低，符合綠色節(jié)能的發(fā)展趨勢，能夠滿足通信運營企業(yè)對節(jié)能降耗的需求。因此，在未來的LTE網(wǎng)絡(luò)部署中，微小基站將得到廣泛應(yīng)用和部署，以加強(qiáng)對傳統(tǒng)宏站覆蓋的區(qū)域進(jìn)行優(yōu)化和覆蓋。

微小基站由于覆蓋范圍有限，具有高密度部署的特點，其設(shè)備數(shù)量可能達(dá)到宏基站的十倍之多[2]。如果仍然采用傳統(tǒng)的基站傳輸接入網(wǎng)絡(luò)對微小基站進(jìn)行承載，承載網(wǎng)絡(luò)的接入光纜、網(wǎng)絡(luò)容量、設(shè)備端口等方面將面臨巨大的壓力。

1微小基站部署需求

根據(jù)功率與覆蓋能力的不同，微小基站可分為微站、皮站、飛站三大類，如表1所示。

表1　微小基站分類

目前微小基站的主要應(yīng)用應(yīng)用場景有：

(1)在宏覆蓋中使用，主要用于增加網(wǎng)絡(luò)容量及提高邊緣速率，例如可部署在城市中的熱點區(qū)域。

(2)在宏覆蓋外使用，主要用于覆蓋“補(bǔ)盲”，例如可部署在郊區(qū)的部分熱點區(qū)域。

(3)在室內(nèi)使用，主要用于室內(nèi)覆蓋，例如可部署在辦公場所和家庭。

微小基站的突出優(yōu)勢是工程實施簡單、對站址要求低、組網(wǎng)靈活、能耗和部署成本低等。要充分發(fā)揮微小基站的優(yōu)勢，就要求其傳輸接入設(shè)備、回傳網(wǎng)絡(luò)也必須適應(yīng)微小基站的這些突出特點。因而，微小基站對于傳輸接入網(wǎng)絡(luò)具有特定的要求。不同應(yīng)用場景下，微小基站對無線網(wǎng)及傳輸和配套的建設(shè)要求具體如表2所示。

表2　微小基站建設(shè)需求

2微小基站傳輸接入方案

2.1PTN/IP RAN網(wǎng)絡(luò)承載方案

當(dāng)前，各通信運營企業(yè)的基站傳輸網(wǎng)絡(luò)主要采用PTN/IP RAN技術(shù)，利用光纖組成環(huán)形等網(wǎng)絡(luò)，提供大容量、高安全性的承載性能。隨著微小基站的廣泛應(yīng)用，站點覆蓋范圍小而覆蓋密度越來越大，必然要求建設(shè)低成本、深度覆蓋的傳輸承載網(wǎng)絡(luò)。為降低組網(wǎng)成本，各通訊設(shè)備廠商已相繼推出小型化PTN/IP RAN設(shè)備，通過星型組網(wǎng)方式，為微小基站提供不亞于宏基站的傳輸承載品質(zhì)，同時更好地兼顧網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。

如圖1所示，利用PTN/IP RAN網(wǎng)絡(luò)承載方案，具體可分為新增小型化PTN/IP RAN設(shè)備和利舊現(xiàn)網(wǎng)PTN/IP RAN資源兩種方式：

(1)新增小型化PTN/IP RAN設(shè)備，微小基站通過小型化PTN/IP RAN設(shè)備與原有宏基站接入環(huán)的PTN/IP RAN設(shè)備對接，經(jīng)PTN/IP RAN網(wǎng)絡(luò)連接至EPC，小型化PTN/IP RAN設(shè)備采用星型組網(wǎng)方式。

(2)利舊現(xiàn)網(wǎng)PTN/IP RAN資源，微小基站通過光纖拉遠(yuǎn)的方式與接入環(huán)PTN/IP RAN設(shè)備端口直連，快速完成站點接入。

PTN/IP RAN網(wǎng)絡(luò)承載方案優(yōu)劣勢分析：

1)方案優(yōu)勢

(1)組網(wǎng)方式、業(yè)務(wù)配置、IP和VLAN規(guī)劃等與現(xiàn)網(wǎng)宏基站業(yè)務(wù)方案相同，端到端可管控，安全性較高。

(2)上下行帶寬對稱，可保障基站帶寬及用戶體驗一致。

2)方案劣勢

(1)對于新址微小基站，需考慮接入設(shè)備及管道、光纜等的建設(shè)，成本仍可能相對較高。

(2)隨著小基站接入數(shù)量的大規(guī)模增加，將對現(xiàn)網(wǎng)接入光纜、網(wǎng)絡(luò)容量、設(shè)備端口造成一定壓力。

圖1　PTN/IP RAN網(wǎng)絡(luò)承載方案

2.2PON網(wǎng)絡(luò)承載方案

在各通信運營商紛紛大規(guī)模開展全業(yè)務(wù)運營的大背景下，基于PON技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)已經(jīng)大規(guī)模海量部署，光纖已經(jīng)非常密集的向用戶側(cè)深度延伸，覆蓋地區(qū)與樓宇等與微小基站的深度覆蓋非常吻合。同時，PON網(wǎng)絡(luò)技術(shù)經(jīng)過多年技術(shù)發(fā)展和演進(jìn)，已經(jīng)具備綜合承載多種業(yè)務(wù)的能力[3]。微小基站通過PON網(wǎng)絡(luò)接入，可以節(jié)約大量的管線基礎(chǔ)資源，同時可極大降低工程成本和實施難度。

如圖2所示，微小基站通過ONU就近連接到分光器的空閑端口，接入現(xiàn)網(wǎng)OLT設(shè)備，回傳業(yè)務(wù)由城域網(wǎng)承載，通過安全網(wǎng)關(guān)后接入核心網(wǎng)。

圖2　PON網(wǎng)絡(luò)承載方案

PON網(wǎng)絡(luò)承載方案優(yōu)劣勢分析：

1)方案優(yōu)勢

(1)建設(shè)和運維成本低，能充分利用PON網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中已有的光纜、局房等基礎(chǔ)設(shè)施和資源。

(2)地理分布和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞倪m配性好，小基站的覆蓋區(qū)域通常也是PON網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域，且PON 網(wǎng)絡(luò)采用點到多點的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，非常適合分布零散、位置不可預(yù)測的微小基站的傳輸接入。

(3)工程實施難度低、效率高，PON網(wǎng)絡(luò)可以采用終端放裝模式，在基站安裝完成后放裝ONU并開通即可，具有部署靈活和高效的優(yōu)勢。

2)方案劣勢

(1)現(xiàn)網(wǎng)的ONU設(shè)備及部分OLT設(shè)備無法提供網(wǎng)絡(luò)同步信號，需經(jīng)過軟件/硬件升級后增加支持頻率同步功能。

(2)PON網(wǎng)絡(luò)不具備端到端運維能力，安全性較低，且PON承載上下行帶寬不對稱。

(3)PON網(wǎng)絡(luò)的封閉性較差，需要部署微小基站接入安全網(wǎng)關(guān)。

2.3PTN/IP RAN+PON網(wǎng)絡(luò)承載方案

微小基站通過ONU設(shè)備連接到現(xiàn)網(wǎng)OLT(可建設(shè)微小基站專用OLT)，微小基站回傳業(yè)務(wù)通過OLT直接上聯(lián)或經(jīng)匯聚交換機(jī)收斂后上聯(lián)到現(xiàn)網(wǎng)PTN/IP RAN設(shè)備。通過規(guī)劃專用于移動回傳業(yè)務(wù)的VLAN，實現(xiàn)小基站回傳業(yè)務(wù)與固網(wǎng)寬帶業(yè)務(wù)的綜合承載和邏輯隔離，如圖3所示。

圖3　PTN/IP RAN+PON網(wǎng)絡(luò)承載方案

PTN/IP RAN+PON網(wǎng)絡(luò)承載方案優(yōu)劣勢分析：

1)方案優(yōu)勢

可充分利用PON網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中形成的光纜、局房等基礎(chǔ)設(shè)施資源，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。

2)方案劣勢

小基站業(yè)務(wù)需分為PTN/IP RAN網(wǎng)絡(luò)和PON兩個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行維護(hù)，增加了維護(hù)難度，同時不具備端到端運維能力，安全性較低。

2.4微小基站接入承載方案可行性分析

微小基站直接采用PTN/IP RAN網(wǎng)絡(luò)接入時，將對接入光纜、網(wǎng)絡(luò)容量、設(shè)備端口造成一定壓力，同時，隨著微小基站的大量增多，對PTN/IP RAN核心節(jié)點的OAM、APS保護(hù)、PW/Tunnel等的消耗也會增加，現(xiàn)有PTN網(wǎng)絡(luò)將面臨較大的承載壓力。

微小基站通過PON網(wǎng)絡(luò)接入時，城域網(wǎng)的數(shù)據(jù)安全存在風(fēng)險，需要引入安全網(wǎng)關(guān)(SeGW)及接入網(wǎng)關(guān)(AG)設(shè)備。微小基站經(jīng)由城域網(wǎng)到核心網(wǎng)的端到端鏈路打通較困難，需涉及到通信運營企業(yè)多個職能部門的分工合作，且現(xiàn)網(wǎng)安全網(wǎng)關(guān)均部署在EPC核心節(jié)點，微小基站的規(guī)模部署必然也會增加集中管理維護(hù)的壓力。

當(dāng)前寬帶城域網(wǎng)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備不保證支持1588v2(包括IP設(shè)備和PON設(shè)備)，如果需要用1588v2實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)同步，則需對城域網(wǎng)的硬件和軟件進(jìn)行升級改造。否則，微小基站則只能通過GPS保證同步。

微小基站采用PON網(wǎng)絡(luò)承載方案，還需進(jìn)一步完善解決在宏/微切換，VoLTE業(yè)務(wù)部署、端到端運維、網(wǎng)絡(luò)和性能監(jiān)控、傳送質(zhì)量以及帶寬保障等方面存在的多個問題。

3微小基站接入方案工程應(yīng)用場景

基于各自的技術(shù)特點，微小基站的三種傳輸接入方案分別適用于不同的建設(shè)場景。以廣東省中山市為例，城區(qū)分布有大型商業(yè)綜合體、住宅小區(qū)、學(xué)校、工業(yè)園區(qū)、城中村等各類場景區(qū)域，開展小基站的傳輸接入建設(shè)時，需要結(jié)合場景內(nèi)小基站的部署規(guī)模以及現(xiàn)網(wǎng)基站接入網(wǎng)絡(luò)和PON網(wǎng)絡(luò)的情況，綜合選擇小基站的傳輸接入方案，如圖4所示。

圖4　微小基站接入方案工程應(yīng)用場景

(1)PTN/IP RAN網(wǎng)絡(luò)承載方案適用于小基站還未大規(guī)模部署，周邊基站的PTN/IP RAN設(shè)備端口和接入光纜纖芯相對較充足的建設(shè)場景，從而避免了小基站對現(xiàn)網(wǎng)PTN/IP RAN網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)容量、設(shè)備端口及接入光纜纖芯產(chǎn)生沖擊。

(2)通過對PON網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級改造，使其支持頻率同步和端到端運維能力后，小基站的PON網(wǎng)絡(luò)承載方案非常適合于小基站已經(jīng)大規(guī)模成片部署的城市區(qū)域，例如大型商場、寫字樓等，通過充分利用空閑的PON網(wǎng)絡(luò)端口，可以以極小的建設(shè)部署成本實現(xiàn)小基站的大規(guī)模、快速入網(wǎng)。

(3)PTN/IP RAN+PON網(wǎng)絡(luò)承載方案適用于小基站小規(guī)模部署時期，周邊基站的PTN/IP RAN設(shè)備端口和接入光纜纖芯緊張的建設(shè)場景，依托PTN/IP RAN網(wǎng)絡(luò)的高可靠傳輸承載品質(zhì)和PON網(wǎng)絡(luò)充足的端口和接入纖芯資源，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的綜合互補(bǔ)利用。

4結(jié)語

在目前的技術(shù)能力和產(chǎn)業(yè)環(huán)境下，上述幾種微小基站的傳輸接入方案在建設(shè)和維護(hù)成本、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和安全、工程實施難易度等方面，分別呈現(xiàn)出了各自的優(yōu)勢和不足，具體網(wǎng)絡(luò)部署還需進(jìn)行綜合權(quán)衡選擇。在移動大寬帶化的趨勢下，無線基站的回傳承載網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)統(tǒng)一端到端運維和業(yè)務(wù)部署，將會成為通信運營企業(yè)未來的最佳選擇。為此，還需要各通信設(shè)備廠商和通信運營企業(yè)積極探索，加快實現(xiàn)固定和移動網(wǎng)絡(luò)的融合，從而在滿足網(wǎng)絡(luò)品質(zhì)的同時大大降低運營商的CAPEX。

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Planning and Construction of Transmission Access Network for Small Cell

YU Min1, XIANG Hui2

(1.Zhongshan Branch, China Mobile Group Guangdong Co., Ltd., Zhongshan Guangdong 528400,China;2.Hunan Planning & Designing Institute of Post & Telecommunication Co., Ltd., Changsha Hunan 410000,China)

Abstract：Compared to the macro-cell, LTE small cell enjoys certain outstanding advantages, such as simple deployment, flexible networking, easy maintenance and low power consumption,and thus would be widely used in the future. In addition, the small cell also features high-density and large-scale deployment. With the adoption of traditional transmission access scheme, the small cells would bring great challenges to the optical fiber cable, network capacity and equipment port. Based on analysis of the transmission access requirements for small cell,three planning and construction schemes of transmission access network for small cells are proposed. In addition, the advantages and disadvantages of each scheme are analyzed and discussed in terms of the cost and capacity of network deployment.

Key words：small cell; transmission access; PTN; IP RAN; PON

doi:10.3969/j.issn.1002-0802.2016.04.021

*收稿日期：2015-11-10；修回日期：2016-03-06Received date:2015-11-10；Revised date：2016-03-06

中圖分類號：TN913

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-0802(2016)04-0492-04

作者簡介：

喻敏(1964—)，男，學(xué)士，高級工程師，主要研究方向為傳送網(wǎng)和接入網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計和管理;

項暉(1978—)，男，學(xué)士，高級工程師，主要研究方向為傳送網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計。