C114中国通信网: 门户(微博 微信) 论坛(微博) 人才(微博) 百科 | C114客户端 | English | IDC联盟 与风网

技术 - 行业技术 - 无线通信 - 正文 运营商投稿当日通信资讯

面向LTE-A Pro及5G承载的城域传送网演进

http://www.c114.com.cn ( 2018/8/8 14:23 )

【摘要】为了研究在LTE-A Pro及5G业务场景下,城域传送网的网络技术及组网应用等演进策略,首先从带宽、流向、时延、控制管理等方面,分析了LTE-A Pro、5G对承载网提出的要求和挑战,分析了承载网的发展演进思路,给出了端到端组网架构、系统搭建方面的建议,最后对城域传送网演进路线进行了总结和展望。

【关键词】城域传送网    LTE-A Pro    5G端到端承载

doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2018.01.000      中图分类号:TN929.53      文献标志码:A      文章编号:1006-1010(2018)01-0000-00

引用格式:王健,汤进凯,梁灿. 面向LTE-A Pro及5G承载的城域传送网演进战[J]. 移动通信, 2017,42(1): 00-00.

Evolution of LTE-A Pro and 5G Oriented Metro Transmission Network

WANG Jian, TANG Jinkai, LIANG Can

(China Mobile Design Institution, Shanghai 200060, China)

[Abstract] The purpose of this paper is to study the evolution strategy of network technology and network application in the metro transmission network under the LTE-A Pro and 5G service scenes. First, from the aspect of bandwidth, delay, direction, control and management of LTE-A Pro, 5G of the carrier network requirements and challenges, analyzes the evolution of the network load. Then, gives the end-to-end network architecture, system construction suggestions, finally, summaries and prospects the metro transport network evolution route.

[Key words] metro area network    LTE-A Pro    5G end to end bearing

1   引言

面向LTE/LTE-A的承载网络发展建设至今,形成了以刚性管道OTN(Optical Transport Network,光传送网)为高速基础通道、以PTN(Packet Transport Network,分组传送网)等为主力承载的网络格局,网络应用带动了城域传送网设备和技术在带宽、容量、处理能力、网络安全QoS、时间同步、智能化等方面的发展。另一方面,关于LTE后续的标准化研究也在不断推进。2015年10月,3GPP组织正式公布了基于Rel-13规范的LTE-Advanced Pro,简称LTE-A Pro,作为当前LTE、LTE-A的延续。此外,尽管5G标准大约要在2020年成熟,但业界对于5G的目标已达成一些共识,在IMT-2020(5G)推进组发布的《5G愿景与需求白皮书》、《5G网络架构设计白皮书》中,对5G提出了关键能力指标和整体网络架构。

本文接下来将分析未来LTE-A Pro、5G对城域传送网的需求和挑战,以现有网络为基础,研究城域传送网的发展演进。

2   LTE-A Pro及5G对城域传送网的需求和挑战

2.1  LTE-A Pro的需求和挑战

(1)单站带宽

随着移动互联网业务的发展,单个基站吞吐量和传输带宽相应提升,满足业务需求。基站单小区峰值带宽与该基站的频谱带宽和频谱效率成正比关系。频谱效率主要通过最大流数进行量化,流数与基站的天线数有一定关系,天线数量越多,基站支持的最大流数也会相应增加。

目前阶段,以中国移动而言,主要采用F频段及D频段进行覆盖,考虑到频段资源的不确定性及无线技术的发展,单个基站最大均值带宽约为1.3 Gbit·s-1~1.5 Gbit·s-1,最大峰值带宽约为4.5 Gbit·s-1~5.3 Gbit·s-1。实际部署中,热点区域单基站均值带宽约为0.6 Gbit·s-1,峰值带宽约为2 Gbit·s-1。

(2)窄带物联网

LPWA(Low Power Wide Area)是符合低带宽、低功耗、远距离通信、广覆盖、海量连接要求的,适合近阶段运营商部署的一种物联网技术,包括NB-IoT,LoRa,Sigfox等技术,3GPP选择了NB-IoT技术(Narrow Band-IoT,窄带物联网)并在Rel13冻结了标准。

为支持NB-IoT,一般需建设专用MME、SGW,区别于4G的S1接口,基站到IoT专用EPC接口为S1*接口,另外,NB-IoT系统没有X2这一类接口,单站带宽需求较小,为百k级别,时延为秒级。

对传输而言,如上分析,带宽和时延较小,此外,其覆盖范围相对GSM大,承载网需要提供的电路连接数总体较少,因此总体没有大的挑战,由于需要新增一定量的S1*电路(约几千到一万),桥接设备的带站能力方面需作好预留。端到端业务路径和主要接口如图1所示:

图1    NB-IoT主要接口

(3)站间协同

3GPP在Rel-12标准中,对基站间的CoMP(Coordinated Multi-Point Operation,多点协作传输)作了增强,CoMP作为一种多小区协作传输的通信技术,能够提高小区边缘用户的信号质量,具有改善网络覆盖、提高小区边缘吞吐率的效果。

站间协同的方式可以是简单规避干扰的CS/CB(Coordinated scheduling/Coordinated Beamforming,协同调度/协同波束赋形),也可以是复杂的多小区联合处理数据的JT/JR(Joint Transmission/Joint Reception,联合发送/联合接收)。

CS/CB就是通过基站间传递一些信令,使得处于基站重叠覆盖区域的用户,在同时接收多个基站的信号时,避免受到信号干扰,而JT/JR则通过多个基站的协作,同时向小区边缘用户发送或接收数据,使得小区边缘用户的信号获得更多的增益。CS/CB仅需要在基站间传递一些信令,对承载的带宽和时延要求较低,JT/JR则对承载提出了更高的要求。以S111型8天线宏基站为例,各协同技术对传输的带宽及时延需求如表1所示:

表1    协同技术对传输带宽和时延需求

由于CoMP针对的是小区重叠区域的用户,从实际网络应用来看,引入CoMP增加的带宽需求应计入峰值带宽,通过统计复用可以减少对网络建设的冲击。可以看出,相对于带宽而言,站间CoMP的时延对承载网提出了更高要求,承载网络目前仅能满足4 ms的时延要求。

2.2  5G的需求和挑战

(1)5G概念

根据IMT2020 5G概念白皮书,5G概念可由“标志性能力指标”和“一组关键技术”来共同定义。5G设计目标主要是广覆盖、高容量、低功耗、大连接、低时延、高可靠,根据IMT-2020的5G概念白皮书:广覆盖、高容量主要满足未来移动互联网业务;低功耗、大连接、低时延、高可靠主要面向新拓展的物联网业务领域。

(2)5G对城域传送网的需求和挑战

带宽方面,5G单站回传峰值带宽为4G的10倍到数10倍,站址密度为4G的数倍到10倍。

网络架构和流向方面,5G场景下UDN(Ultra Dense Network,超密集网络)要求深度的站间协同,移动承载流量模型向MESH化、横向化发展,综合考虑Inter CA、UL_CoMP、DL_CoMP、CSPC(Coordinated Scheduling based Power Control,基于功控的联合调度)等因素,基站横向流量占比一般为S1接口的10%~20%。由于CRAN模式逐步成为主流建站方式,一方面,集中机房前传接口的增加,带来了纤芯或波分设备集中部署的需求,BBU的堆叠,带来了回传接口带宽进一步提升的需求;另一方面,站间流量在同个集中机房内可直接处理,这为减少横向流量带来了对承载网的带宽、时延等方面的挑战,可能会扩大集中机房的覆盖面积,形成BBU高度集中的网络结构。此外,EPC/DC/MEC存在逐步下沉的可能性,也可能带来一部分横向流量的需求。

时延方面,部分业务端到端的时延最高要求为1 ms量级,分给承载网的时延只有100 μs量级,而前传接口时延最高要求可能只有50 μs。

SDN与网络切片方面,承载网需要平滑升级支持SDN、支持网络切片,以满足不同场景对带宽、时延、服务质量等差异化要求。

3   城域传送网各阶段部署及演进建议

3.1  近期网络部署建议

根据3GPP标准制定的进度,预计至2017~2018年,标准演进到Rel-14版本。单站最大带宽为Gbit·s-量级,端到端时延在10 ms级别,站间时延在1 ms~4 ms。

该阶段城域传送网主要围绕4G及部分LTE-A Pro基站需求,设备网络重点围绕PTN、OTN网络,以提升系统容量为主,适度优化结构或新建承载网络;网络管理方面应加快智能化、信息化部署,推进SPTN、智能ODN等建设。

对于设备网络,仍采用核心、汇聚、接入三层组网结构:

(1)核心层面应兼顾物联网需求,满足连接电路数的需求,考虑到单站带宽和站点规模的提升,线路侧应支持N×100 G或200 G的连接速率,核心节点单设备容量应达到6.4 T甚至更高。考虑到CoMP功能部署后对承载网时延的需求,目前光纤时延典型值为5 μs/km,设备时延典型值为20 μs~50 μs/节点,对于部分郊县,如果时延超出业务需求,可适当扩大L3网络部署范围,下沉L3网络至郊县的核心业务收敛节点。架构的演进如图2所示:

图2    近期网络架构演进示意

(2)汇聚、接入层面考虑到无线基站带宽需求,应综合提升网络容量和设备处理能力,汇聚层面应提升设备端口集成度能力至40 G/100 G,接入层面应以10 G组网为主,按需叠加10 GE/40 GE/50 GE扩容,实现基站回传,随着单站载频增加,集中-拉远建站模式下,CPRI接口带宽不断增长,应视光缆纤芯资源情况,适度扩大有源、无源波分部署规模。

网络管理方面应在PTN网络中引入并应用SDN,重点解决L3 VPN部署优化、业务快速调整等功能,如图3所示:

图3    SDN功能部署示意

3.2  远期网络演进设想

根据3GPP标准制定的进度,预计至2020~2022年,5G标准将发展到Rel-16版本。单站最大带宽为10 Gbit·s-1量级,端到端最低时延为1 ms级别。

远期网络将面向5G、LTE-A Pro为主进行承载。从演进思路来看,主要方向有:网络系统容量提升、网络扁平化、前传承载方式演进、L3网络下沉、网络智能化,网络切片等。

网络容量方面,核心层单链路速率达到400 G/1 T级别,系统配置容量达到几十T级别;汇聚层单链路速率达到400 G/1 T级别,系统配置容量达到100 T级别;接入层单链路速率达到40 G/100 G级别。

网络结构方面,将向扁平化方向进一步演进。核心层逐步简化结构,采用Mesh结构,可考虑骨干汇聚点和L2/L3桥接设备合一设置,其优点主要在于:1)减少网络层级;2)减少一跳设备时延;3)节省同机房空间和电源等配套资源。汇聚层综合考虑到容量和演进等需求,可考虑优先采用双上联结构。

前传承载方式的演进主要是基于NGFI(Next Generation Fronthaul Interface,下一代前传接口)标准的实现。当前CPRI接口被认为无法支持5G网络,主要原因在带宽太大,将达到100 G,这会带来巨大的成本压力,因此需要重新定义BBU和RRU之间的接口,将BBU和RRU的逻辑功能重新划分,目标是将其分组化,从根本上改变CPRI接口结构,减少BBU和RRU之间带宽。

与之相关的是L3网络下沉。不考虑L3网络下沉到接入层,未来网络演进可能方向主要有两种:

(1)L3下沉到汇聚点。汇聚点内X2通过其转发;汇聚点间X2通过桥接设备转发;桥接设备间X2通过L3落地设备转发。

(2)L3不下沉,仍维持在核心层面,采用集中机房+CRAN(NGFI)方式建站。X2主要通过同集中机房跨设备转发;拉远方式建站;前传通过NGFI压缩带宽,这种方案要求以NGFI的实现为前提条件。

L3网络在哪个位置取决于网络建设、工程投资等多方面因素,但三层域越大,配置维护工作量越大,可结合核心网网元EPC下沉策略同步考虑L3网络下沉。

网络智能化方面,要能够基于5G应用场景自动做网络资源的适配,通过网络切片,实现“一个逻辑架构、多种组网架构”的形态。在部署角度上,网络分片包括两个阶段,第一阶段主要实现管理平面和转发平面切片,第二阶段主要实现控制平面切片。

3.3  分阶段演进建议和设想

受网络、终端、业务、市场及各技术发展的影响,未来4G网络与5G网络两者会在较长的生命周期内共存,部分4G基站会向LTE-A Pro演进,LTE-A Pro、5G初期可能只是在4G网络基础上进行补充,比如先实现热点区域覆盖等。

但无论是LTE-A Pro承载还是5G承载,在SPTN部署、大容量大带宽设备需求、基础资源部署等方面的演进趋势是一致的,传送网络演进应基于可持续发展的原则进行。因此,传送网应适度超前建设,首先满足近中期的需求,同时做好储备,对于判断明确的发展趋势,通过建设补齐短板,适应未来网络变革。

近期阶段网络以维持架构稳定为主,在满足4G基站承载的基础上,按需提升系统容量和设备能力;远期阶段,由于带宽、业务流向模型、时延、智能化管理要求的变化,承载网络可视业务发展考虑架构整合或新建平面。

4   结束语

本文基于PTN+OTN为主的技术,着重对回传承载网络进行了组网架构及演进的分析,尚未涉及基于IP RAN等承载方案。此外,从承载网络可能的演进方向看,还包括IP和光融合承载、前传回传统一承载等其他技术路线,应结合现有网络以及技术发展成熟度进行灵活选择。同时,SPN技术的成熟将为5G承载演进进一步提供新的选择。

总体来说,随着移动互联网不断发展,移动数据流量呈爆炸式发展趋势,而LTE-A Pro及5G的标准研究也在同步推进,承载网络应积极应对,适度超前谋划布局,适应业务发展的新需求。

参考文献:

[1] 王健,梁灿. 面向LTE基站回传的PTN核心层L3网络组网思路探讨[J]. 电信科学, 2013,29(9): 165-170.

[2] 卢宪祺,周文安,何炜文,等. LTE-A系统CoMP技术对随机接入过程的影响[J]. 电信工程技术与标准化, 2011,24(3): 64-68.

[3] 汤进凯,张奇,王健. 下一代光传送网技术发展与应用探讨[J]. 电信科学, 2009(10): 192-195.

[4] 王健,汤进凯. 面向LTE小站回传的PON+CMNET组网研究[J]. 电信工程技术与标准化, 2017,30(1): 64-68.

[5] 王健,梁灿. 大型城域传送网OTN与PTN组网保护方式优化的研究[J]. 互联网天地, 2016(8): 43-47.

[6] 汤进凯,王健. 面向LTE-Advanced Pro及5G发展的城域传输网络演进的思考[J]. 电信科学, 2016(S1): 1-5.

[7] 陈渊暐,严沁. 面向4G技术演进的PTN网络发展策略研究[J]. 中国新通信, 2015(16): 45-47.

[8] 王华,曹金权. 基于5G发展的PTN技术应用探讨及网络规划方法[J]. 数字通信世界, 2017(6).

[9] 汤进凯,徐昕. 面向5G发展的城域传输PTN网络演进探讨[J]. 移动通信, 2016,40(23): 70-74.

[10] 吕婷,曹亘,李轶群,等. 基站架构及面向5G的演进研究[J]. 邮电设计技术, 2017(8). ★

作者简介

王健:硕士,现任职于中国移动通信集团设计院有限公司上海分公司,主要研究方向为光通信

汤进凯:硕士,现任职于中国移动通信集团设计院有限公司上海分公司,主要研究方向为光通信。

梁灿:本科,现任职于中国移动通信集团设计院有限公司上海分公司,主要研究方向为光通信。

作者:王健 汤进凯 梁灿   来源:《移动通信》2018年1月

  免责声明:本文仅代表作者个人观点,与C114中国通信网无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本站证实,对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,请读者仅作参考,并请自行核实相关内容。

给作者点赞

轻松参与

0VS0

表达立场

写的不太好

Copyright©1999-2018 c114 All Rights Reserved
上海荧通网络信息技术有限公司版权所有
南方广告业务部: 021-54451141,54451142 E-mail:c114@c114.net
北方广告业务部: 010-63533177,63533977 E-mail:shixinqi@c114.com.cn
编辑部联系: 021-54451141,54451142 E-mail:editor@c114.com.cn
服务热线: 021-54451141,54451142
沪ICP备12002291号