承载TD-LTE的世博传送网

[摘要]文章通过对TD-LTE的演变、技术特点的研究，引出上海世博园区是中国首个试用该技术的课题，详细阐述世博园区传输网络的现状，以及TD-LTE这种高带宽业务的承载与传送方式，最后展望面向TD-LTE传输网未来的发展方向。

[关键词]TD-LTE；世博传送网；多业务传送平台；EVPL；MPLs

1、LTE演变背景

在市场的驱动下，移动通信技术不断向前发展。在包括TD-SCDMA(简称TD)在内的第三代移动通信技术逐渐成熟并进入商用发展阶段的同时，技术的演进和对新一代系统展望已经开始。3GPP关于LTE(3G长期演进)的工作，正是技术在后3G时期向前演进发展的典型代表，其技术研究、系统标准化以及产业发展规划的过程，是移动通信技术发展的一个重要方向。尤其是TD技术在其发展中，使得LTE TDD(以下称为TD-LTE)作为TD向新一代系统演进的重要方向受到了人们的高度关注。

为了跟上技术发展的步伐，保持在移动通信产业中的领导地位，在3G取得成功的基础上，3GPP继续推动移动通信技术向前发展。2004年年底，经过前期的讨论和准备，3GPP启动了3G演进的研究项目――LTE，研究移动通信系统在新一代宽带化方向下的技术演进路线。

在具体的工作中，为了明确新技术的发展目标，3GPP首先进行了系统需求的定义。在这个过程中，基于3G经验，结合移动通信市场与业务的发展趋势和预测，3GPP对LTE提出了两个方面的主要设计目标：首先，顺应无线通信宽带化的发展趋势，实现大大高于目前3G系统的通信带宽和频谱效率，提出了下行100Mbps、上行50Mbps系统峰值速率的设计目标；其次，更简单的网络结构、更低的运营成本、对各种不同的网络部署场景和业务需求提供更灵活的支持，是LTE适应未来网络运营要求的另一项重要内容。

围绕上述目标，3GPP开始了对LTE系统中各项具体技术方案的研究和设计工作。从2004年年底项目启动以来，按照3GPP的工作方法，项目分为“技术可行性研究”和“技术标准制定”两个阶段进行，先后完成了多址方式、网络架构、无线帧结构等重要方案的确定，目前已经接近第二阶段的尾声。LTE技术标准演进如图1所示：

2、LTE系统介绍

2.1概述

LTE是英文Long Term Evolution的缩写。LTE也被通俗地称为3.9G，具有100Mbps的数据下载能力，被视作从3G向4G演进的主流技术。LTE的研究，包含了一些普遍认为很重要的部分，如等待时间的减少、更高的用户数据速率、系统容量和覆盖的改善以及运营成本的降低。

2.2技术特点

在无线移动通信标准的发展演进上，TD-SCDMA的一些特点越来越受到重视，LTE等后续各项标准也采纳了这些技术，并且吸收了一些TD-SCDMA的设计思想。TD的双工技术、基于OFDM的多址接入技术、基于MIMO/SA的多天线技术是TD-LTE标准的三个关键技术。

第一个就是基于TDD的双工技术。在TDD方式里面，TDD时间切换的双工方式是在一个帧结构中定义了它的双工过程。通过国内各家企业的共同合作与努力。在2007年10月份，形成了一个单独完整的双工帧结构LTE-TDD规范。在讨论TDD系统的同时要考虑FDD(频分双工)系统，在TDD/FDD双模中。LTE规范提供了技术和标准的共同性。

第二个关键技术是OFDM(正交频分复用技术)。其中有两个关键点：一是OFDM技术和MIMO(多输入多输出)技术如何结合，使移动通信系--绕性能进一步提升；二是OFDM技术在蜂窝移动通信组网的条件下，如何克服同频组网带来的问题。

第三个是基于MIMO/SA的多天线技术。智能天线技术是通过赋形，提供覆盖和干扰协调能力的技术。MIMO技术通过多天线提供不同的传输能力，提供空间复用的增益，这两种技术在LTE以及LTE的后续演进系统中是非常重要的技术。我们同时也很关注MIMO技术和智能天线技术在后续演进上的结合。

2.3网络结构

传统的3GPP接入网UTRAN由Node B和RNC两层节点构成，但在考虑LTE技术时，大多数公司建议将RNC省去，采用由Node B构成的单层结构。因为这种结构有利于简化网络和减小延迟。如此一来，接入层面形成了只由Node B构成的“扁平”E-UTRAN结构；即接入网主要由演进型Node B(eNB)和接入网关(aGW)构成。因为aGW包含了SGSN的功能，实际上还是一个SAE(系统架构演进)的边界节点；而接入网主要由eNB一层构成，LTE的eNB除了具有原来Node B的功能外，还承担了原来RNC的大部分功能。

E-UTRAN结构包含了若干个E-Node B(eNB)，提供了终止于UE的E-UTRA用户面(PHY/MAC)和控制面(RRC)协议。E-Node B之间采用网格(mesh)方式互连，E-Node B与aGW之间的接口成为S1接口，如图2所示：

3、世博传送网概况

3.1世博TD-LTE网络需求概述

2010年4月15日，全球用户规模最大的电信运营商中国移动在上海世博园区内开通了全球首个TD-LTE演示网。“天线海宝”之所以能即时友善地与游客互动，正是由于TD-LTE网络的支撑：工作人员利用场馆内的控制台和具有强大无线承载能力的TD-LTE网络，通过全景摄像头观看机器人现场情况，教“天线海宝”与现场游客进行互动。据介绍，除了“天线海宝”外，这张数据传输速度下行可达100Mbus，上行可达50MbDs的网络，还被运用在了世博客渡轮等世博园的各个小细节上。

在本届世博会上，中国移动搭建的TD-LTE演示网覆盖世博园全园5.28平方公里，在世博园区内共建有TD-LTE室外站17个，实现了对9个场馆的室内覆盖，包括浦东7个场馆，浦西2个场馆。通过TD-LTE的重要场馆移动高清实况转播业务，参观者在黄浦江渡轮上，就能通过基于TD-LTE网络的实时高清视频浏览到园区内重要场馆出入口的人流分布情况，从而根据场馆的拥挤情况更为合理地安排参观路线。移动高清视频监控业务提供世博园区内陆上和水上实时高清视频监控图像。媒体记者将能使用高速上网卡体验极速上网服务，通过LTE即摄即传服务。拍摄内容能通过TD-LTE网络实时传送到电视台等新闻媒体。除此之外，还有移动高清视频点播传、便携视传等演示业务也将向公众开放，充分展现TD-LTE的技术优势。

3.2世博传送网络结构

(1)世博传送网业务需求分析

世博园区对传输网的建设需求主要有四类：

以2M颗粒为主的基站TDM需求；

以10M、100M颗粒为主的WLAN业务需求；

以IP承载的其他数据网业务需求；

以TD-LTE为主的下一代网络高等级业务需求。

(2)世博传输网结构

如图3所示，结合世博园区的建设特点，选取世博局房纳入传送网骨干网平台，园区内形成骨干、汇聚、接入三层网络架构。在世博园区内选取世博村、龙华东通信局房新建骨干层设备。纳入骨干平台。选取机房条件好的永久场馆和宏基站作为汇聚节点。其他站点作为传输接入点形成园区内“骨干层一汇聚层一接入层”三层结构。

(3)世博传输网络结构特点

1)“骨干层-汇聚层-接入层”，三层网络机构分析：

园区内引入骨干节点，减少跳接数，提高业务上传的效率。

如有大量的过江业务需求，可通过骨干层世博村局房和龙华东局房互连。增加电路调度能力。

2)“浦东、浦立组网”(见图4)，地理位置分析：

汇聚层包络范围清晰；浦东与浦西业务分区域流向简便；

节省过江纤芯资源，世博园区过江业务调度简便

3)“三个相切环设备组网”，网络能力分析：

调度能力：三个环在三个骨干节点采用MADM组网，对于环间的业务可以通过对应的骨干汇聚点设备的内部交叉调度实现，不占用骨干平台资源，网络调度能力强。

可拓展性：随着业务的发展，今后在三个骨干点之间可以形成1＋1的10G直达链路，网络结构拓展性好。

整体统一性：世博园区作为一个特殊的园区网络，其业务存在整体性的特点。这种传送网的组网结构使得三个传输汇聚环可以融合为一个统一的“世博传送专用坯”。

低阶交叉能力分析(以浦东为例)：

若浦东转接业务为30％-40％，落地业务为60％-70％，环路时隙利用率为50％，双节点业务负荷分担，单节点转接业务为50％，单节点落地业务最大为60％。

则浦东低阶最大需求=2×4×5 G×5 O％×(30％-40％)×5O％＋2×4×5 G×50％×(60％-70％)×60％＋2×2×4×5G×50％×(60％-70％)×60％＝25.6G-28.2G

结论：在浦东节点对所有业务采用低阶交叉处理时，低阶交叉最大需求在25.6G-28.2G之间。浦东节点低阶交叉能力为40G，高阶交叉能力为720G(不包含低阶交叉)，能满足需求。

4、承载TD―LTE的传送方式

4.1世博TD-LTE的需求及传送架构

世博园区共有17个宏基站和9个室内覆盖站点的LTE需求，共计26个站点，均通过传统的MSTP网络传送。此26个站点在世博传输网结构层次上看，大多属于汇聚点或接入点，每个站点都配有多业务传送平台设备，即MSTP设备，即可承载语音2G、3G语音业务，也可承载大、小颗粒的数据业务。站点的E-NodeB通过MSTP设备进入传输网络，世博所接入的SAE则展现为金桥局房的CE设备，进而传输网将26个站点的业务均传送到金桥局房的MSTP骨干层设备，再通过与之连接的CE进入核心网。从保护方式来看，接入层传输不做保护，骨干层传输设备作主备端口保护，两台CE之间做VRRP路由保护。

世博园区9个室内覆盖站点的总带宽达到2.4G，平均每个站点270M；17个宏站的总带宽达到3.8G，平均每站点230M。对此。传送网采用GE的接口方式进行接入，在带宽需求方面，世博传输网三个10G汇聚环，除了承载2G、3G语音业务，同时要完全满足了LTE业务的传送。世博园区传输网带宽统计如表1所示。

4.2室内覆盖传送方式

如图1所示，世博园区室内覆盖站点，每个E-NodeB站点设置一个VLAN，打好VLAN信息的数据包，通过光纤直连的方式连接至最近的MSTP设备，传输设备也需要设置VLAN信息，并且需要保证与E-Node B设置的VLAN相同；LTE数据包通过传输设备的数据板卡单元，嵌入相应的VC-Trunck进入传输网络，并传送到骨干层传输设备，再通过相应的数据板卡单元，进行链路聚合、解除VLAN等动作，将处理好的数据包分别从两个物理端口传至两台CE，两个端口之间采用主备静态LAG聚合形态。即主用端口转发数据，备用端口不转发数据，当主用端口故障，才将业务倒换到备用端口传送。

世博园区室内覆盖站点传输网络内部传送方式均采用EPL(以太网私有专线)方式，即点到点透传；但现有MSTP设备本身的数据板卡存在一定限制条件，即VC-Trunck数量，世博园区采用数据板卡的上限为16个VC-Trunck；可室内覆盖站点仅有9个，因此，完全可以通过此方式解决。

4.3宏基站传送方式

世博园区宏基站，每个E-Node B站点的LTE业务的传送方式与室内覆盖完全一致，但是在传输网络内部存在限制，即VC-Trunck数量上限为16，但宏基站数量已达到17个，因为在EPL的方式下，每个VC-Trunck封装一个VLAN信息，所以宏基站的传送不可采取EPL的方式。

如图6所示，世博园区宏基站传输网络内部传送方式可采用EVPL(以太网虚拟私有专线)方式，即在VLAN标签或者VC-Trunck不够的情况可以使用，可以将17个宏站的其中的两个站点配置相同的VLAN信息，传输网内部传送时共享同一个VC-Trunck，由此一来解决了VC-Trunck不足的界限。

但是，接入端和核心侧VLAN信息重叠，无法识别将成为问题。此时，引出了MPLS(多协议标签交换)技术---来解决此问题。可以采用二层MPLS技术即MartinloE方式，图7中的Tunnel Lable不同，用来识别相同VLAN信息的不同站点。

5、面向LTE承载传送网的演进

随着网络的不断发展，人们的信息化需求将不断加大，由此而产生的多元化要求以及带宽增长将显得日趋明显。而传输网络作为所有业务的底层传送，担当着十分重要的角色，但是业务的承载将随着网络IP的进程不断更新。未来传送网网络结构可参见图8。

随之而产生的PTN、OTN将逐步取代传统的MSTP网络，形成一种承载与传送相分离的模式，对于TD-LTE的承载可由PTN解决，传送任务则交给带宽更为宽广的OTN解决。进而全面完成了语音、数据、高带宽等多种业务的承载与传送。

参考文献：

[1]汪勇刚，3G LTE简介[J]，现代通信，2006(6)

[2]王群，等，上海移动世博园区传送网可行性研究报告[R]2009，7

[3]田宝，胡轶凡，等，上海移动世博园区TD-LTE传输解决方案报告[R]，2010，3