中國(guó)移動(dòng)4G小基站回傳網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案研究

王迎春 高軍詩(shī) 李勇 陳曉明

【摘 要】中國(guó)移動(dòng)4G宏站的廣覆蓋基本完成，用于補(bǔ)盲補(bǔ)熱的4G小基站的建設(shè)提上了日程，由于一體化皮基站和飛基站需支持自動(dòng)切換功能，且需連接至一體化皮基站網(wǎng)關(guān)設(shè)備，這與傳統(tǒng)的回傳方案略有不同，因此進(jìn)行相應(yīng)回傳方案的研究探討，僅供大家參考。

【關(guān)鍵詞】小基站 回傳 PON+CMNET方案

1 引言

中國(guó)移動(dòng)4G（TD-LTE）宏站已經(jīng)基本完成部署，用于補(bǔ)盲補(bǔ)熱的4G小基站被提上了日程。由于4G小基站要求具有自啟動(dòng)功能，并需連接至小基站網(wǎng)關(guān)設(shè)備，因此其回傳方案與宏站有所不同，本文針對(duì)4G小基站的回傳方案進(jìn)行了研究和探討。

2 4G小基站概述

2.1 4G基站分類及定義

4G基站根據(jù)覆蓋能力分為四大類，具體如表1所示。

4G小基站是指單載波（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(xì)分為皮基站（100mW～500mW）和飛基站（100mW以下）兩類，本文中的小基站均是指一體化的皮基站和飛基站，以下簡(jiǎn)稱小基站。

4G小基站是一種低成本的室內(nèi)覆蓋解決方案，可作為蜂窩網(wǎng)絡(luò)的有效覆蓋補(bǔ)充和容量擴(kuò)充手段，主要用于網(wǎng)絡(luò)覆蓋不全、網(wǎng)絡(luò)容量不足、建設(shè)難度較大且具備自有回傳資源的場(chǎng)景。其中主要是家庭、小型企業(yè)、營(yíng)業(yè)廳、超市等室內(nèi)補(bǔ)盲補(bǔ)熱場(chǎng)景，用來(lái)解決室內(nèi)深度覆蓋不足，提升業(yè)務(wù)分流能力，以改善用戶體驗(yàn)。

2.2 4G小基站系統(tǒng)架構(gòu)

4G小基站系統(tǒng)主要的網(wǎng)元有4G小基站、小基站網(wǎng)關(guān)及網(wǎng)管系統(tǒng)。具體如圖1所示：

圖1 4G小基站系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

4G小基站各部分功能及特點(diǎn)如下：

（1）4G小基站

為終端提供LTE接入，對(duì)回傳網(wǎng)絡(luò)要求相對(duì)較低（相比宏站），具有如下的功能和特點(diǎn)：

1）設(shè)備制式：在多模設(shè)備尚未成熟前，初期以TD-LTE單模設(shè)備為主。

2）站型配置：初期按照O1站型配置，后續(xù)根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展，可采用O2配置并引入載波聚合功能；采用FE/GE自適應(yīng)接口。

3）基本功能：支持TD-LTE R9基本無(wú)線功能。

4）IP地址和ID配置：小基站支持1個(gè)或2個(gè)IP地址，建議采用1個(gè)IP地址；小基站ID的第9～20位不能與宏站的相同。

5）關(guān)鍵功能配置：

SON（自優(yōu)化）功能：4G小基站應(yīng)支持自啟動(dòng)、自配置、自優(yōu)化功能，實(shí)現(xiàn)即插即用。具備偵聽(tīng)周邊相鄰小區(qū)頻點(diǎn)的能力，也可自動(dòng)配置本設(shè)備頻點(diǎn)。

空口同步：4G小基站支持空口同步功能，通過(guò)偵聽(tīng)周?chē)镜耐叫盘?hào)，保證相鄰小區(qū)間同步。應(yīng)滿足頻率同步誤差不超過(guò)±2.5ppm，時(shí)間同步誤差不超過(guò)±1.5us的要求。

6）移動(dòng)性管理：支持小站到宏站，宏站到小站，小站到小站的重選。支持小站到宏站的S1切換，小站通過(guò)SON或手工配置宏站鄰區(qū)。支持小站間的切換，通過(guò)SON或手工配置小站鄰區(qū)。原則上在能建立X2路由的場(chǎng)景下，建議采用X2切換；無(wú)X2接口時(shí)，采用S1切換。當(dāng)有網(wǎng)關(guān)部署時(shí)，異廠商小站間采用S1切換。

7）互操作：支持與2G/3G的互操作，支持CSFB功能。對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，支持到2G/3G的重選和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)連接態(tài)重定向功能。

8）VoLTE業(yè)務(wù)：支持VoLTE功能（包括語(yǔ)音承載，頭壓縮，eSRVCC等）。

（2）4G小基站網(wǎng)關(guān)

4G小基站網(wǎng)關(guān)分為安全網(wǎng)關(guān)和信令網(wǎng)關(guān)兩部分：

1）安全網(wǎng)關(guān)：用于保證小基站系統(tǒng)的安全。通過(guò)小基站與安全網(wǎng)關(guān)的雙向認(rèn)證，防止非法AP接入；通過(guò)小基站與安全網(wǎng)關(guān)間的IPSec隧道，實(shí)現(xiàn)對(duì)回傳數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和完整性保護(hù)，并實(shí)現(xiàn)小基站與核心網(wǎng)跨域的連接。

2）信令網(wǎng)關(guān)：主要用于實(shí)現(xiàn)小基站信令匯聚功能，減少M(fèi)ME的負(fù)荷。通過(guò)信令網(wǎng)關(guān)減少SCTP鏈路，降低對(duì)核心網(wǎng)信令負(fù)荷并實(shí)現(xiàn)小基站（采用28位ID）與宏站（采用20位ID）間的互操作。另外通過(guò)S1-Flex功能接入MME Pool，實(shí)現(xiàn)MME的負(fù)荷分擔(dān)。

由于4G小基站連接至小基站網(wǎng)關(guān)后仍需連接至核心網(wǎng)網(wǎng)元（如MME/SAE-GW），為了減少流量回流對(duì)傳輸帶寬的壓力，建議4G小基站網(wǎng)關(guān)的部署位置初期參照核心網(wǎng)網(wǎng)元（如MME/SAE-GW）集中部署，后期根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展并結(jié)合核心網(wǎng)網(wǎng)元位置變動(dòng)情況適當(dāng)下沉。

（3）4G小基站網(wǎng)管系統(tǒng)

4G小基站網(wǎng)管系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)小基站和小基站網(wǎng)關(guān)進(jìn)行維護(hù)和管理，即實(shí)現(xiàn)對(duì)小基站AP、安全網(wǎng)關(guān)和信令網(wǎng)關(guān)的可監(jiān)控、可管理、可操作維護(hù)。小基站網(wǎng)管與小基站之間是標(biāo)準(zhǔn)南向接口，與綜合網(wǎng)管OSS采用北向接口連接。網(wǎng)管系統(tǒng)可根據(jù)用戶需求實(shí)現(xiàn)分權(quán)、分域的管理。

3 4G小基站回傳方案

根據(jù)4G小基站及網(wǎng)關(guān)的功能、部署特點(diǎn)，4G小基站可使用移動(dòng)自有回傳網(wǎng)絡(luò)、自有寬帶或第三方網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)回傳。根據(jù)4G小基站網(wǎng)關(guān)初期部署位置，4G小基站回傳分為兩部分：4G小基站至小基站網(wǎng)關(guān)、小基站網(wǎng)關(guān)至核心網(wǎng)網(wǎng)元（如MME/SAE-GW）間的回傳，下面分別論述這兩部分的回傳方案。

3.1 4G小基站至小基站網(wǎng)關(guān)間回傳方案

目前中國(guó)移動(dòng)的核心網(wǎng)網(wǎng)元原則上按省建設(shè)，大部分省份的核心網(wǎng)網(wǎng)元部署在省會(huì)城市，個(gè)別省有分區(qū)設(shè)置，極少數(shù)省份的SAE-GW部署在各個(gè)地市。本文主要針對(duì)SAE-GW集中部署的情況進(jìn)行討論，下沉到地市的回傳方案和集中部署方案類似。

根據(jù)4G小基站部署位置，末端接入方式有兩種：PON或PTN。由于4G小基站主要為補(bǔ)盲補(bǔ)熱且對(duì)回傳網(wǎng)絡(luò)要求較低，可根據(jù)現(xiàn)有資源選擇其中之一。上層網(wǎng)絡(luò)的可選方案有CMNET或PTN，則可選的方案有圖2所示的五種：

（1）方案一：第三方回傳

考慮到當(dāng)前使用第三方或競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的寬帶網(wǎng)絡(luò)，回傳質(zhì)量難以保障，影響用戶體驗(yàn)，原則上不建議采用此方式作為回傳方案，只作為一種補(bǔ)充手段。

（2）方案二：PON+CMNET

1）方案描述

由于4G小基站一般部署在企業(yè)或家庭，因此末端采用PON接入的方式較多。此方案采用PON接入，通過(guò)OLT上聯(lián)至BRAS，經(jīng)城域數(shù)據(jù)網(wǎng)、省干CMNET后連接至4G小基站網(wǎng)關(guān)。為了保證安全性，在CMNET與小基站網(wǎng)關(guān)間設(shè)置防火墻，以保證進(jìn)入小基站網(wǎng)關(guān)的業(yè)務(wù)和設(shè)備安全。

由于4G小基站需支持SON（自優(yōu)化）功能，4G小基站需可自動(dòng)獲取IP地址、自動(dòng)進(jìn)行初始化、自動(dòng)和小基站網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)管進(jìn)行連接。為此，需在CMNET網(wǎng)絡(luò)中部署初始化的服務(wù)器（HeMS）并在公共DNS上進(jìn)行配置。IP地址則可由BRAS自動(dòng)分配，占用目前數(shù)據(jù)城域網(wǎng)中的IP地址段或由單獨(dú)設(shè)置的DHCP服務(wù)器來(lái)自動(dòng)配置IP地址。

大致流程為：首先4G小基站通過(guò)ONU連接至BRAS，由BRAS自動(dòng)分配一個(gè)IP地址（IP SEC地址），通過(guò)此IP地址連接至公共DNS，由DNS指配（需要提前配置）HeMS的地址，然后對(duì)小基站進(jìn)行初始化。初始化完成后，小基站連接至安全網(wǎng)關(guān)，安全網(wǎng)關(guān)分配小基站私有IP地址，再連接至核心網(wǎng)網(wǎng)元。

2）建設(shè)中需注意的問(wèn)題

由于4G小基站采用PON做為回傳網(wǎng)絡(luò)，在部署中需注意幾個(gè)問(wèn)題：

采用PON接入4G小基站時(shí)，光分路器應(yīng)盡量設(shè)置在主干分纖點(diǎn)以下位置，可采用獨(dú)享PON口方案，也可與其它業(yè)務(wù)共用PON口。

PON可選擇性配置主干光纖保護(hù)，OLT和BASE間可采用雙上聯(lián)方式保證網(wǎng)絡(luò)安全。

4G小基站的VLAN應(yīng)和PON網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一規(guī)劃和配置，規(guī)劃時(shí)應(yīng)注意與承載的普通集團(tuán)客戶、家庭客戶和WLAN等業(yè)務(wù)統(tǒng)一進(jìn)行，并配置相應(yīng)的QoS，以確保4G小基站業(yè)務(wù)質(zhì)量，提供較高優(yōu)先級(jí)保障。

當(dāng)4G小基站分布密集時(shí)，采用MDU設(shè)備，但不宜采用24口等大端口設(shè)備，分布稀疏時(shí)采用FTTH型ONU。

另外，為了保證回傳網(wǎng)絡(luò)及小基站網(wǎng)關(guān)的安全性，所有進(jìn)出CMNET的流量均需經(jīng)過(guò)防火墻。

3）小結(jié)

此方案可充分利用末端接入資源和現(xiàn)網(wǎng)CMNET資源，簡(jiǎn)單配置后即可滿足多廠家、多設(shè)備的接入，簡(jiǎn)單易行，可便捷接入且經(jīng)過(guò)多方面的評(píng)估和論證，該方案可滿足一般4G小基站的回傳指標(biāo)要求，因此主推此回傳方案。

（3）方案三：PTN+CMNET

該方案和方案二類似，只是末端采用L2 PTN接入，通過(guò)PTN連接至BRAS。為保證小基站業(yè)務(wù)安全，在PTN和BRAS間對(duì)接時(shí)可通過(guò)LAG方式進(jìn)行保護(hù)。其它均和方案二類似，此處不再重復(fù)。

該方案主要適用于末端接入只有PTN資源的場(chǎng)景，作為主推的可選方案之一。

（4）方案四：PON+PTN

1）方案描述

該方案末端采用PON接入，上聯(lián)通過(guò)匯聚層PTN、核心層PTN、省干PTN連接至小基站網(wǎng)關(guān)。目前中國(guó)移動(dòng)大部分城域傳送網(wǎng)中，L2轉(zhuǎn)L3的PTN一般部署在核心節(jié)點(diǎn)，因此核心層和省干的PTN均支持靜態(tài)三層功能。但由于現(xiàn)網(wǎng)的PTN設(shè)備均不支持DHCP功能，為了實(shí)現(xiàn)小基站的自啟動(dòng)功能，需外置DHCP服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)4G小基站的IP地址自動(dòng)分配，初始化部分可和CMNET公用HeMS服務(wù)器。

4G小基站自啟動(dòng)大致流程為：首先4G小基站通過(guò)ONU傳輸至OLT，OLT雙端口連接至匯聚（接入、核心）PTN。經(jīng)由核心、省干PTN連接至DHCP服務(wù)器，自動(dòng)分配一個(gè)IP地址（IP SEC地址）。通過(guò)此IP地址連接至CMNET的公共DNS，由DNS指配（需要提前配置）HeMS的地址，然后對(duì)小基站進(jìn)行初始化，隨后過(guò)程同方案二。

2）建設(shè)中需注意的問(wèn)題

末端接入的PON需要注意的問(wèn)題同方案二，在部署中還需注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

VLAN規(guī)劃：由于現(xiàn)網(wǎng)中PON網(wǎng)絡(luò)大多采用二層VLAN方式，且大多按照業(yè)務(wù)進(jìn)行規(guī)劃。而PTN設(shè)備目前采用一層VLAN方式，一個(gè)基站規(guī)劃一個(gè)VLAN地址，因此需PON網(wǎng)絡(luò)和PTN網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)進(jìn)行VLAN地址的規(guī)劃。

為了實(shí)現(xiàn)小基站的自啟動(dòng)功能，二轉(zhuǎn)三PTN設(shè)備需支持DHCP relay功能。

由于目前L2轉(zhuǎn)L3的PTN設(shè)備可支持基站回傳的數(shù)量有限（一般為2000個(gè)，最多4000個(gè)），因此在部署過(guò)程中，需注意L2轉(zhuǎn)L3的PTN設(shè)備能力受限問(wèn)題。

為節(jié)約投資和統(tǒng)一管理，一個(gè)廠家的小基站可共用同一個(gè)HeMS服務(wù)器和DHCP服務(wù)器。因此，本方案按照CMNET回傳和PTN回傳共用HeMS服務(wù)器的方式進(jìn)行。

為了保證安全，在OLT和PTN對(duì)接時(shí)，可采用LAG保護(hù)方式，提升網(wǎng)絡(luò)的安全性。

3）小結(jié)

此方案的VLAN規(guī)劃方案復(fù)雜，當(dāng)小基站數(shù)量較多時(shí)需配置和管理的LSP數(shù)量增多，且需增加PTN L2轉(zhuǎn)L3設(shè)備。由于現(xiàn)網(wǎng)PTN設(shè)備能力有限，需補(bǔ)充擴(kuò)容設(shè)備，因此投資較高，此方案不適應(yīng)未來(lái)發(fā)展，建議只作為補(bǔ)充方案使用。即當(dāng)末端接入只有PON資源且該小基站對(duì)回傳網(wǎng)絡(luò)要求較高時(shí)使用。

（5）方案五：全程PTN

該方案和方案四類似，只是末端采用L2 PTN接入，但VLAN規(guī)劃只需考慮PTN網(wǎng)絡(luò)即可，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)端到端的管理和維護(hù)。不過(guò)一旦小基站數(shù)量增多，現(xiàn)網(wǎng)PTN設(shè)備能力不足，需新增投資，總體上該方案投資最高，因此，僅作為補(bǔ)充方案使用。即當(dāng)小基站部署場(chǎng)景對(duì)回傳網(wǎng)絡(luò)要求較高時(shí)使用。

（6）小結(jié)

綜上所述，針對(duì)4G小基站至小基站網(wǎng)關(guān)間回傳方案，主推采用PON+CMNET方案。當(dāng)末端只有PTN接入時(shí)，也可采用PTN+CMNET方案；對(duì)于4G小基站部署的場(chǎng)景對(duì)回傳網(wǎng)絡(luò)要求較高時(shí)，可采用全程PTN的方案。當(dāng)末端無(wú)法采用PTN接入時(shí)，可采用PON+PTN方案。另外，當(dāng)小基站部署場(chǎng)景對(duì)回傳網(wǎng)絡(luò)要求較高，和宏站相當(dāng)時(shí)，可按照宏站的回傳方式進(jìn)行承載，解決以上方案中的諸多問(wèn)題。但該方式消耗現(xiàn)網(wǎng)PTN設(shè)備能力且投資較高，建議控制部署數(shù)量。

3.2 4G小基站網(wǎng)關(guān)至核心網(wǎng)網(wǎng)元

網(wǎng)關(guān)設(shè)備和核心網(wǎng)網(wǎng)元之間可采用直連方式或通過(guò)PTN方式進(jìn)行互聯(lián)。

方案一：直連方式。由于EPC數(shù)量較多，目前的4G小基站網(wǎng)關(guān)設(shè)備端口有限，無(wú)法滿足與多個(gè)SGW、MME互聯(lián)需求，同時(shí)也無(wú)法實(shí)現(xiàn)宏微切換，因此不建議采用此方案。

方案二：通過(guò)L3 PTN互聯(lián)。目前宏站均通過(guò)L3 PTN與核心網(wǎng)網(wǎng)元相連，且初期小基站數(shù)量較小，流量較低，為了節(jié)約端口資源，可和宏站共用核心網(wǎng)網(wǎng)元連接端口。因此，建議4G小基站網(wǎng)關(guān)通過(guò)L3 PTN后連接至核心網(wǎng)網(wǎng)元。此方案核心網(wǎng)網(wǎng)元不需擴(kuò)容或改造，只需對(duì)PTN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)容或改造即可滿足需求。

綜上所述，4G小基站網(wǎng)關(guān)至核心網(wǎng)網(wǎng)元間，建議通過(guò)與核心網(wǎng)網(wǎng)元相連的L3 PTN進(jìn)行連接。

4 相關(guān)問(wèn)題的說(shuō)明

4.1 同步系統(tǒng)

小基站設(shè)備主要部署于室內(nèi)，無(wú)法普遍采用宏基站基于衛(wèi)星同步的方案，優(yōu)先采用空口同步方案；企業(yè)場(chǎng)景及采用部署大量小站連續(xù)覆蓋的區(qū)域，可根據(jù)實(shí)際條件采用GPS或IEEE 1588v2同步方案；家庭場(chǎng)景一般采用空口同步。

4.2 IP地址

由于小基站的IP地址由安全網(wǎng)關(guān)自動(dòng)分配，為了管理維護(hù)方便，建議小基站的IP地址和宏站地址分開(kāi)，且一個(gè)基站分配一個(gè)IP地址。

4.3 配套供電

4G小基站設(shè)備在傳輸設(shè)備和基站設(shè)備具備能力的前提下，首選支持POE/POE+的PTN ONU設(shè)備對(duì)基站設(shè)備進(jìn)行供電，不具備支持能力時(shí)視實(shí)際部署環(huán)境采用交流或直流供電方式供電。4G飛基站設(shè)備主要采用就近交流供電方式，電源由家庭用戶提供。

5 結(jié)束語(yǔ)

4G小基站雖然具有諸多優(yōu)勢(shì)，但也給回傳網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了挑戰(zhàn)，為了適應(yīng)未來(lái)大量小基站部署，本文推薦采用PON+CMNET方式承載，可快速滿足接入需求且性價(jià)比高。但該方案尚未經(jīng)過(guò)大面積應(yīng)用測(cè)試，因此仍需進(jìn)一步驗(yàn)證和完善，期待能與業(yè)界同仁共同探討。

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