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分组微波技术在LTE移动回传网中的应用

( 2014/1/10 )

近两年来,LTE网络在国内外已开始规模部署,LTE移动回传网络成为各大运营商重点关注和建设的对象,众多标准化组织和技术论坛纷纷探讨MBH(Mobile Backhaul)的各种技术解决方案。目前LTE MBH的主流技术解决方案是L2VPN+L3VPN,主要产品解决方案包括核心层L3PTN+接入汇聚层L2PTN网络和核心汇聚层IP/MPLS路由器+接入层L2 MPLS-TP或以太网交换机(业内也称该方案为IP RAN)两大类。分组微波技术作为主流解决方案的必要及有效补充,在LTE移动回传中扮演着重要角色,主要解决光纤部署困难地区的基站回传和热点地区快速覆盖等应用需求,目前分组微波设备已在欧洲、北美地区、非洲、拉美和南太平洋等地区应用在LTE移动回传网络中。本文分别从分组微波的技术优势、LTE基站的末端接入承载、LTE移动回传网络接入层的补环、LTE业务的应急通信以及E-Band分组微波设备的展望等五个方面阐述分组微波技术在LTE移动回传网中的应用策略。

一、分组微波设备六大技术优势助力LTE移动回传

根据分组传送技术的差异,分组微波设备可划分为基于PTN的分组微波和基于以太网的分组微波两类设备形态。根据微波频段的不同,又可划分为常规频段设备和E-Band设备。

分组微波设备的技术特点和优势令其轻松应对LTE回传网络需求,具体体现在以下六个方面:

第一,先进的容量提升技术。常规频段(6G~42GHz)的分组微波设备可满足LTE建设初期的网络带宽需求,在56MHz中频带宽和2048QAM调制模式下设备支持的单频点最大系统容量可达600Mbps。通过多种容量增强技术,如单频点带宽增倍的XPIC(交叉极化干扰抵消,Cross-polarization interference cancellation)技术,多频点带宽倍增的ODU绑定技术,可提高业务封装效率的帧头压缩技术等,可大幅提升微波链路带宽;另外分组微波设备还可根据天气条件的恶化自适应降低调制模式,保证高优先级业务的传送;分组微波设备在LTE带宽需求适配方面有天然的灵活性。

第二,E-Band微波设备的大带宽传送能力。随着LTE建设的开展,更大的带宽是对移动回传网提出的必然要求,新一代的E-Band微波设备天然具有传输大容量业务的能力。E-Band工作在71~76GHz或81~86GHz频段,提供可达10GHz的可规划单频段频谱资源,其中频带宽可支持250MHz和500MHz,目前调制模式最大可支持64QAM。由于采用了更高的工作频段和更宽的中频带宽,E-Band分组微波设备在500M中频带宽和64QAM调制模式下的系统单频点容量可达2.5Gbps。相比常规频段分组微波设备,系统容量成倍提升。在应用场景上, E-Band微波更适用于城区内的短距离(通常小于3km)大带宽密集覆盖。

第三,丰富的电信级保护机制。在微波链路方面,可通过对每跳微波链路两端的中频单元和ODU进行热备份实现保护HSB(Hot Standby)保护功能;在接入链路方面支持GE接口的LAG保护,部分支持STM-N接口的设备还提供MSP保护功能;PTN分组微波设备在网络侧保护方面和PTN设备一脉相承,完美匹配,支持LSP的线性保护,部分厂商支持环网保护;以太网分组微波设备在网络侧保护方面主要支持以太网环网保护;完善的保护机制为分组微波设备承载LTE回传业务保驾护航。

第四,多业务承载能力和丰富的QoS机制保证。分组微波设备可提供点到点的EP-Line和EVP-Line、多点到多点的EP-LAN和EVP-LAN业务类型,PTN分组微波设备和部分以太网分组微波设备还支持TDM业务。分组微波设备提供较完善的QoS机制:支持流分类和优先级映射、入口CAR、8级队列优先级调度(SP和SP+WFQ)、拥塞控制策略等功能。

第五,强大的OAM功能和面向业务的运维管控功能。PTN和以太网分组微波设备均支持以太网业务OAM、以太网接入链路OAM 。PTN分组微波设备还支持LSP和PW层的MPLS-TP OAM,部分厂商支持LSP段层OAM。为了提高分组微波设备的维护操作管理功能,部分厂商网管可提供端到端中射频参数设置与查询、端到端业务创建、微波链路衰落储备测试、伪随机码测试、空间扫频测试等网管功能。

第六,较完善的频率和时间同步技术。PTN和以太网分组微波设备均可提供稳定可靠的频率同步功能。PTN分组微波设备还支持高精度的时间同步功能,满足TD-LTE基站移动回传需求。

二、分组微波设备实现无光纤接入资源区域的LTE基站的末端接入

在无法实现光纤接入的区域部署基站是分组微波设备在LTE移动回传中的主要应用场景。LTE网络为了提高覆盖,宏站和小站协同组网,宏站负责网络覆盖,小站负责覆盖补盲和数据热点吸收等,分组微波可以灵活适应LTE回传承载时宏站和小站协同组网下的不同应用需求。

首先,分体式分组微波应用于LTE宏基站的末端接入,提供多方向业务汇聚能力

LTE宏基站通常安置在固定站址的机房,多采用IDU和ODU分离的分体式分组微波设备承载接入,以提供多业务接入和汇聚能力。如果LTE基站通过城域PTN接入层上联到EPC(Evolved Packet Core,演进的分组核心网),则建议采用同厂家的基于PTN的分组微波设备实现基站末端接入,并通过NNI接口互联,实现分组微波设备和PTN网络的端到端统一维护管理。如果LTE基站通过其他方式上联到EPC,微波设备的选取可根据实际需求灵活配置。

其次,全室外分组微波在LTE小基站的末端接入上大显身手

LTE小基站的数量众多,分布更密集,且其多分布在一些人口密度较大的繁华街道、楼宇、广场等区域,站点部署环境复杂,通常不能提供固定的站址或机房,常需要安装在墙壁、灯杆等上面,对于没有光纤接入资源的地方,全室外的分组微波设备有了用武之地。与分体式分组微波设备相比,全室外微波设备提供的数据接口少,功能较简单,但其轻便安装、易维护、低功耗、即插即用和低成本的特点很好地适应了小站接入模式。

小站的回传应用模式主要包括小站和宏站(支持hub)之间传送、小站和小站汇聚网关之间传送、小站网关和回传网络的汇聚节点之间传送。

最后,E-Band分组微波将在高密度、大带宽和短距离末端接入上凸显价值

随着LTE网络的大规模铺设,在国内的4G牌照发放之后,LTE业务的发展将步入快速发展的轨道,LTE基站接入业务的带宽会很快耗尽常规频段的微波链路资源,在国内开放E-Band频段之后,E-Band分组微波设备的大带宽传送能力的优势将得以尽兴发挥,在光纤接入资源匮乏的区域继续凸显分组微波设备最后一跳的价值。

三、分组微波设备实现LTE移动回传网络接入层补环,提高网络健壮性

鉴于微波传输性能受天气影响较大,LTE移动回传网络的物理链路在当前及可预见的未来仍然以光纤为主,但现有光纤资源因业务开展逐渐消耗殆尽,部分区域可能无光纤资源可用,尤其是在人口密度较大的中心城市,铺设新光纤资源难度大、周期长,造成该区域接入层网络链型较多,成环率较低,在可靠性上存在隐患,分组微波设备因灵活部署可作为接入层补环的有效手段,提高网络健壮性,如图1所示。

图1 LTE回传网络接入层分组微波设备补环应用

采用分组微波设备进行接入层补环时,如果接入层采用PTN设备,建议优先考虑和接入层设备同厂商的PTN分组微波设备,它的优点显而易见:可以进行端到端的维护管理,不存在管理盲区;PTN分组微波的OAM功能比较完善,易于实现网络性能监测和故障定位排查;PTN分组微波的保护功能丰富且完善,除了微波链路的热备份保护(HSB)外,还可配置LSP线性保护和环网保护,完美匹配接入层PTN设备,保证LTE业务可靠传送;PTN分组微波设备可提供IEEE 1588V2功能,适用于TD-LTE业务的传送。

接入层网络采用PTN设备承载时,也可基于实际情况考虑采用以太网分组微波来补环,此时PTN网络把以太网分组微波设备提供的微波链路当作透明通道,进行端到端业务配置、OAM监控和保护配置,但存在着监控盲区,需增配以太网分组设备网管进行维护管理,增加了维护量和复杂度,且需考虑以太网微波设备和PTN设备的QoS映射配置;由于以太网微波与PTN设备采用NNI接口互连,无法配置LAG保护,存在保护盲区,若采用UNI接口对接可实现LAG保护,但会影响到PTN设备接入的业务不能进行端到端配置管理;另外当前以太网分组微波设备对IEEE 1588V2时间同步功能支持情况欠佳,难以满足TD-LTE基站回传的应用需求。

如果接入层为IP RAN等其它类型设备,可基于实际情况选择适当的分组微波设备。

四、分组微波的快速接入是LTE业务应急通信不可或缺的手段

分组微波设备应用于LTE业务应急通信时,包含但不限于以下两种情况:

第一,用于临时的热点覆盖

对于某些临时的大型体育活动和文艺演出,因人员密度很高,原来配置的LTE基站带宽不能满足业务的接入需要,需要增设基站,但可能的情况是光纤或其他有线接入资源匮乏,此时分组微波设备快速部署、灵活配置的特点得以充分发挥,对于可灵活选址的全室外微波尤其如此。

第二,用于救灾

当自然灾害如地震,洪水或人为灾难如战争来临时,通信畅通是救灾的最基本保障;在灾难发生现场,原有的基站、光纤链路可能被摧毁,导致通信中断,在通信抢通实施中,分组微波设备的灵活安装,快速实施的特点可成为应急通信的有效传输手段。

五、E-Band分组微波设备的应用发展需各方共同推进

随着LTE网络的规模部署,大带宽业务的逐渐加载,支持更大带宽、丰富的QoS功能、完善的保护机制、高精度的时间同步功能以及支持端到端配置及维护的E-Band分组微波设备成为业内的重点发展方向,目前已经完成了E-Band的国际标准化,且新一代E-Band设备在国际市场上如欧美一些国家已开始规模应用;国内常规频段分组微波设备的标准化工作已基本完成,且设备已开始应用于LTE回传网络中;在E-Band频段标准化方面,CCSA已开展了包括频率分配、信道划分、设备技术要求和测试方法等内容的技术研究,由于国内尚未开放E-Band频段,暂无法转化为E-Band标准,E-Band分组微波设备产业链的健康快速发展仍然需要国家管理部门、标准化组织、运营商和设备制造商的共同推进。

作者:李伟 赵俊峰 李芳   来源:工业和信息化部电信研究院

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