白鷺， 揭攝（ 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司安徽分公司，合肥 3003； 解放軍電子工程學(xué)院，合肥 30037）

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LTE小基站承載方案研究

白鷺1， 揭攝2
（1 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司安徽分公司，合肥 230031；2 解放軍電子工程學(xué)院，合肥 230037）

摘 要作為宏基站的有效補(bǔ)充，小基站正逐步成為L(zhǎng)TE網(wǎng)絡(luò)部署的重要組成部分。本文根據(jù)LTE小基站的分類和適用環(huán)境，分析了小基站的傳輸承載需求，提出了適用于不同應(yīng)用場(chǎng)景的傳輸承載方案，并給出合理化建議。

關(guān)鍵詞LTE； 小基站； PTN； PON

近年來(lái)，隨著智能手機(jī)的普及和LTE網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模部署，使移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的宏基站難以滿足復(fù)雜的城市無(wú)線環(huán)境深度覆蓋的要求以及大帶寬數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，此外站址資源獲取也成為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的一個(gè)瓶頸。因此，LTE網(wǎng)絡(luò)除采用傳統(tǒng)的宏基站進(jìn)行廣域覆蓋外，還需要考慮引入靈活多樣的小基站來(lái)滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的建設(shè)需求。

1　LTE小基站的定義與分類

小基站（Small Cell）一般指區(qū)別于宏基站的基站類型的統(tǒng)稱，都具備RRU、BBU的功能，但發(fā)射功率、功耗、吞吐量和覆蓋范圍等指標(biāo)比宏基站小，具有改善室內(nèi)深度覆蓋、增加網(wǎng)絡(luò)容量、提升用戶感知、降低站點(diǎn)獲取難度的優(yōu)勢(shì)，逐漸成為4G時(shí)代網(wǎng)絡(luò)部署的重要組成部分。

目前，各設(shè)備廠商的小基站產(chǎn)品種類繁多，產(chǎn)品分類與命名也五花八門，業(yè)內(nèi)對(duì)小基站的認(rèn)識(shí)和理解還未完全統(tǒng)一。作者認(rèn)為可以從覆蓋范圍和集成度兩個(gè)維度對(duì)小基站進(jìn)行分類。

根據(jù)覆蓋范圍和適用場(chǎng)景，小基站可分為Micro（微蜂窩、微基站）、Pico（微微蜂窩、皮基站）、Femto（家庭基站、飛基站）3種類型。其中Micro基站主要應(yīng)用于室外的補(bǔ)盲吸熱，如密集城區(qū)局部區(qū)域的深度覆蓋以及密集住宅小區(qū)、城中村、商業(yè)街及室外宏蜂窩基站覆蓋不足的區(qū)域，具有部署快速靈活、性價(jià)比高的綜合優(yōu)勢(shì)；Pico基站主要應(yīng)用于相對(duì)比較封閉的大中型室內(nèi)場(chǎng)景熱點(diǎn)區(qū)域的補(bǔ)盲及容量需求，如辦公室、咖啡廳、酒吧、電影院等，具有低成本、易部署的綜合優(yōu)勢(shì)；Femto基站主要應(yīng)用于室內(nèi)小型場(chǎng)所，如營(yíng)業(yè)廳、家庭，具有部署迅速、用戶感知好等優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)集成度，小基站還可分為一體化和分布式兩種類型。一體化通常指小基站的基帶、射頻和天線集成為一體，而分布式通常指基帶與射頻天線分離建設(shè)（也稱拉遠(yuǎn)）。與宏基站類似，分布式小基站對(duì)建站條件的要求更加靈活，因其射頻和天線可以拉遠(yuǎn)，所以覆蓋范圍更大。Micro基站和Pico基站都各有一體化和分布式兩種建設(shè)類型，而Femto基站通常只有一體化類型。

目前在LTE網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)用較為廣泛的是一體化Micro基站、一體化Pico基站、分布式Pico基站、Femto基站這4種站型，其發(fā)射功率和覆蓋范圍如表1所示。

表1　常見(jiàn)LTE小基站的發(fā)射功率和覆蓋范圍

2　LTE小基站的承載需求分析

LTE小基站作為L(zhǎng)TE宏基站的補(bǔ)充建設(shè)手段，對(duì)技術(shù)和業(yè)務(wù)的要求是一樣的，因此其單個(gè)站點(diǎn)承載需求也與宏基站基本類似，只有細(xì)微差別。但由于LTE小基站數(shù)量眾多（或?qū)⑦_(dá)到宏基站的數(shù)倍），室內(nèi)外安裝環(huán)境復(fù)雜，使得LTE小基站的傳輸承載也面臨一些挑戰(zhàn)。

2.1接口與帶寬

根據(jù)不同的站型，需要考慮傳輸承載的接口主要有以下兩種：

（1） BBU到EPC或相鄰基站的S1/X2接口。

這里的BBU包含一體化小基站和分布式小基站的BBU。小基站和宏基站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)類似，都需要配置到EPC的S1接口，以及相鄰的小基站與宏基站之間以及相鄰的小基站之間的X2接口。

LTE小基站通常只配置一個(gè)小區(qū)，如單小區(qū)空口速率為100 Mbit/s，則傳輸峰值帶寬需要150 Mbit/s左右。由于LTE小基站單站用戶較少，且集中在站點(diǎn)周圍，信號(hào)質(zhì)量好，用戶達(dá)到峰值速率的機(jī)會(huì)也較多，因此對(duì)傳輸峰值帶寬的需求也比宏基站高。

（2） 分布式站型的BBU和RRU之間的CPRI接口。

這類接口里傳輸?shù)氖荝RU射頻信號(hào)采樣后的原始數(shù)據(jù)，且可能包含多個(gè)RRU的數(shù)據(jù)，因此對(duì)帶寬需求很大，一般為1～10 Gbit/s。這個(gè)接口屬于小基站內(nèi)部接口，通常采用光纖直接承載。

2.2QoS

對(duì)于用戶而言，不論是接入宏基站還是小基站，用戶體驗(yàn)必須是相同的，這包括數(shù)據(jù)速率、時(shí)延、抖動(dòng)和分組丟失率等。因此，小基站的QoS要求與宏基站相同。

2.3同步

由于家庭和局域類基站發(fā)射功率有限，因此對(duì)頻率穩(wěn)定性的需求略低，在3GPP TS36.133標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)頻率同步劃分了家庭、局域和廣域3個(gè)等級(jí)，具體指標(biāo)依次是±0.25 ppm、±0.1 ppm和±0.05 ppm。由此可見(jiàn)，小基站的頻率同步要求可略低于宏基站，即Micro基站和Pico基站為±0.1 ppm，F(xiàn)emto基站為±0.25 ppm。在時(shí)間同步方面，小基站和宏基站的指標(biāo)相同，都是不大于3μs。

2.4可靠性

當(dāng)LTE小基站用于宏基站覆蓋范圍之外的補(bǔ)盲場(chǎng)景時(shí)，其可靠性要求與宏基站是相同的，即99.9%～99.99%；當(dāng)用于宏基站覆蓋范圍之內(nèi)的吸熱場(chǎng)景時(shí)，其可靠性要求可略低于宏基站，即99%～99.9%。

3　LTE小基站的承載方案

3.1PTN接入

由于小基站的傳輸承載需求與宏基站基本相同，因此采用PTN承載小基站無(wú)疑是最可靠的方式。PTN承載的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖1所示，業(yè)務(wù)配置、IP和VLAN劃分、保護(hù)方式都與宏基站相同，也就是說(shuō)對(duì)于PTN網(wǎng)絡(luò)而言，小基站和宏基站是同等對(duì)待的。

但小基站的安裝環(huán)境通常比宏基站“惡劣”，安全性和穩(wěn)定性較差，作為運(yùn)營(yíng)商重要的高品質(zhì)承載網(wǎng)，面對(duì)小基站簡(jiǎn)陋的安裝環(huán)境、快速低成本的部署要求，PTN承載未必適用于所有小基站站型和應(yīng)用場(chǎng)景。因此，需要結(jié)合接入便利性、PTN網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、建設(shè)成本、安裝條件等因素，綜合考慮是否采用PTN方式承載。

圖1　PTN接入小基站組網(wǎng)示意圖

我們知道，既然宏基站主要通過(guò)PTN承載，那么整體條件最接近宏基站的小基站（如有穩(wěn)定的電源、有固定的機(jī)房等）也就可以通過(guò)PTN承載。盡管如此，在組網(wǎng)上建議采用星型或短鏈型結(jié)構(gòu)，對(duì)于有較為穩(wěn)定機(jī)房的小基站也可納入PTN接入環(huán)中。今后隨著更加緊湊和小型化PTN設(shè)備的推出，PTN承載將更加適用于更多場(chǎng)景的小基站接入。

3.2PON+PTN接入

隨著家庭寬帶和集團(tuán)客戶的大規(guī)模建設(shè)，PON網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和接入節(jié)點(diǎn)數(shù)量已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)PTN網(wǎng)絡(luò)，非常便于為L(zhǎng)TE小基站提供回傳網(wǎng)絡(luò)。由于PON僅為末端接入技術(shù)，僅依靠PON網(wǎng)絡(luò)是無(wú)法完成小基站電路的回傳，所以小基站的傳輸承載需要經(jīng)過(guò)PON和PTN兩張網(wǎng)絡(luò)。

PON+PTN承載的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖2所示，PON主要完成小基站接入的功能，小基站就近通過(guò)ONU接入傳送網(wǎng)，再通過(guò)OLT上聯(lián)至匯聚節(jié)點(diǎn)的PTN設(shè)備，從而接入PTN網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)與EPC S1電路的互通，以及與相鄰宏基站、小基站X2電路的互通。在PON網(wǎng)絡(luò)中，主要通過(guò)VLAN來(lái)區(qū)分小基站業(yè)務(wù)，PON只完成S1/X2電路的接入，S1/ X2電路的根據(jù)不同目的地址的靈活轉(zhuǎn)發(fā)功能則由核心層L3VPN PTN設(shè)備實(shí)現(xiàn)。

在時(shí)延方面，除光纖的傳輸時(shí)延外，PON系統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延在1 ms以內(nèi)，可以滿足S1和X2接口鏈路的時(shí)延要求。

在保護(hù)方面，可以采用Type B或Type C的光鏈路保護(hù)方式為小基站接入提供單點(diǎn)故障保護(hù)。

在同步方面，PON系統(tǒng)傳遞頻率和時(shí)鐘信號(hào)的技術(shù)成熟均較為成熟，主流廠商的PON設(shè)備都可使用物理線路時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)頻率同步，也可以提供PPS+TOD同步接口實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。

但PON+PTN接入方式也有不足之處，一是由于小基站的接入分別經(jīng)過(guò)PON和PTN兩張網(wǎng)絡(luò)，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)端到端的運(yùn)維，故障定位也較為困難；二是由于PON網(wǎng)絡(luò)的VLAN大都已被寬帶業(yè)務(wù)、WLAN及各類專線所占用，剩余可用VLAN資源較少，因此宏基站和小基站的IP、VLAN必須統(tǒng)一規(guī)劃。

3.3分組化微波接入

分組化微波是以分組傳送為核心的數(shù)字微波，能夠?qū)鬏數(shù)臄?shù)據(jù)分組直接映射成微波幀結(jié)構(gòu)，并支持對(duì)于分組數(shù)據(jù)基于且僅基于分組進(jìn)行交換，實(shí)現(xiàn)端到端的業(yè)務(wù)傳輸。分組可以是以太網(wǎng)報(bào)文、MPLS-TP報(bào)文或IP報(bào)文等形式。

圖2　PON+PTN接入小基站組網(wǎng)示意圖

分組化微波可分為以太網(wǎng)微波和PTN微波。以太網(wǎng)微波支持FE或GE以太網(wǎng)接口，支持完善的二層以太網(wǎng)功能，包括全面的以太網(wǎng)OAM、保護(hù)、QoS、V-Lan、QinQ等以太網(wǎng)特性，支持Sync-E和1588v2同步功能，可與PTN設(shè)備對(duì)接，滿足分組化業(yè)務(wù)接入、傳輸和處理需求。PTN微波具備與PTN融合組網(wǎng)的能力，支持MPLS-TP OAM（ITU-T G.8113.1）、保護(hù)、QoS和同步等功能，支持與PTN通過(guò)網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口（NNI）對(duì)接，同廠家組網(wǎng)時(shí)，可與PTN統(tǒng)一網(wǎng)管，實(shí)現(xiàn)端到端的業(yè)務(wù)配置與管理。

由此可見(jiàn)，在光纖資源暫時(shí)無(wú)法到達(dá)但又急需開(kāi)通小基站的場(chǎng)景，通過(guò)分組化微波作為小基站的接入方式不失為一個(gè)好的應(yīng)急方案。

3.4結(jié)論和建議

雖然小基站與宏基站有著類似的功能和技術(shù)要求，但小基站數(shù)量眾多、分布廣泛、部署快速等特點(diǎn)，決定了小基站的承載方式必須靈活高效且低成本，能夠滿足小基站快速放裝的需要，盡可能降低工程實(shí)施難度和施工時(shí)間，特別是要盡可能避免小基站的建設(shè)對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施（如光纜、傳輸系統(tǒng)）的改變或者過(guò)高的要求。

結(jié)合上述3種承載方式，不同站型和應(yīng)用場(chǎng)景下的小基站接入建議如下：

（1） 對(duì)于已實(shí)現(xiàn)PTN或PON覆蓋的區(qū)域，優(yōu)先利用現(xiàn)有接入方式，這樣對(duì)網(wǎng)絡(luò)影響最?。?/p>

（2） 對(duì)PTN或PON未覆蓋的區(qū)域，需要綜合考慮接入便利性、PTN網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、建設(shè)成本、安裝條件等因素，確定接入方案：

（1） Micro基站和分布式Pico基站優(yōu)先選擇PTN承載，采用星型或短鏈型結(jié)構(gòu)，對(duì)于有較為穩(wěn)定機(jī)房的也可納入PTN接入環(huán)中。

（2） 一體化Pico基站和Femto基站優(yōu)先選擇PON承載，利用附近的FTTx網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的統(tǒng)一接入。

（3） 對(duì)于不具備有線接入的情況，分組化微波是必備和重要的補(bǔ)充手段。

4　結(jié)束語(yǔ)

在LTE網(wǎng)絡(luò)部署中，多樣化的基站類型在提升深度覆蓋和網(wǎng)絡(luò)容量能力的同時(shí)，也大大增加了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度，給LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了全新的挑戰(zhàn)。本文根據(jù)LTE小基站的分類和適用環(huán)境，分析了小基站的傳輸承載需求，提出了適用于不同應(yīng)用場(chǎng)景的傳輸承載方案，希望能為L(zhǎng)TE小基站的規(guī)劃與建設(shè)提供參考。

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Research on LTE small cell carrying scheme

BAI Lu1， JIE She2
（1 China Mobile Group Design Institute Co.， Ltd. Anhui Branch， Hefei 230041， China； 2 Electronic Engineering Institute，Hefei， 230037， China）

AbstractAs an effective complement to macro cell， small cell is becoming an important part of the LTE network deployment. According to the classification and application environment， the paper analyzes the transmission carrying needs of LTE small cell， proposes scheme for different scenarios， and proposes rationalization proposals also.

KeywordsLTE； small cell； PTN； PON

中圖分類號(hào)TN929.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1008-5599（2016）05-0045-04

收稿日期：2015-07-29