4G技術演進的PTN網絡發展與研究

中國移動通信集團廣東有限公司茂名分公司

摘要：對今后的LTE-A、LTE-B等一些無線網技術演進，本文對PTN 網絡的發展策略做了一些研究，著重進行比較和論述了新建平面承載4G業務和基于現網逐步改造擴容兩種策略。

關鍵詞：PTN；LTE；LTE-A；4G；5G；發展策略

在移動互聯網的發展下，數據業務需求呈非常迅速的增長趨勢，面對今后4G 技術的發展與演進，3G 時代現有的PTN網絡面臨著十分嚴峻的挑戰。本文對PTN網絡的發展策略著重研究，使其可以對4G技術未來向 LTE-A、LTE-B 演進的承載需求得到滿足。

一、PTN技術背景

我國迅速發展的科技水平與不斷提升的經濟水平，使我國建設通信傳輸網絡的速度快速的提升，與此同時，網絡的業務水平也不斷的在提高，對于通信網絡，系統也提出了更加嚴格的要求。在這種環境下，通信方面傳統的管理系統與控制系統已經不能滿足于人們對信息的需求。在運用傳統落后的通信技術時，OAM技術與SDH技術是比較常見的，這兩種技術能夠通過連接端，使業務方面的水平得到提升。由于社會多元化與信息化的進程在不斷加快，個性化業務和全IP業務的種類不斷的增加，業務方面的流量也在逐漸增加，IP專業由于之前的SDH傳輸技術而導致傳輸效率降低，劣勢顯得越發明顯，全業務的發展很難適應，這為研究 PTN 技術提供理論方面的基礎。

二、4G 技術演進

1、無線業務的發展現狀和趨勢

移動互聯網應用和智能手機正在飛速發展，對人們工作生活的方方面面有著深刻影響，從而使用戶的移動通信行為發生改變，最流行的通信業務已不再是語音，移動數據類的通信趨于主流。其最為明顯的變化就是移動數據流量呈顯著增長趨勢：手機上網用戶比例大于70%；全網流量增長47%，手機上網流量增長89%；每用戶DOU增長44% 達到106M；4G流量占全網總流量數的5%并呈快速上升趨勢，存量用戶換4G之后DOU增長超過1倍。中國通信運營商的流量經營目前處于初級階段，中國手機用戶DOU跟日韓比較，大概落后4-5年。

圖 1 移動數據流量對比圖

就未來來看，網絡技術、業務應用、智能終端和運營商的競爭都會推動人類社會信息交互方式進一步升級，移動數據流量呈爆發式增長趨勢。我國5G推進工作組進行了預測，移動互聯網和物聯網在未來的移動通信發展來說，是兩大主要驅動力，2010-2020年間中國移動數據流量將會增長300倍，北上廣等一些大型城市會增長600至1000 倍。

2、4G技術發展現狀與趨勢

2013年，中國移動獲得4G（TD-LTE）牌照，2014年，中國移動全面發展LTE網絡，計劃建成為全球最大的4G網絡，到年底TD-LTE基站數大于50萬個，主要城市實現連續覆蓋。LTE也被稱作3.9G，與4G的技術指標十分接近，除上行峰值速率和最大帶寬這兩個指標略低于4G的要求以外，其它的技術指標已經能夠達到4G標準要求。把LTE正式帶入4G的LTE-A技術的設計則遠遠超過4G 的最小需求。2008年6月，3GPP作出LTE-A 技術需求報告，提出LTE-A最小的需求：下行峰值速率1Gbps，上行峰值速率500Mbps。當前LTE-A已在部分地區和國家有試用的網絡。在2020年前，LTE-A和LTE-B是無線目標網絡。

目前還沒有對5G技術制定具體標準。按照韓國的5G技術發展目標，5G的數據傳送速度將會比4G最高的速度還要快上100倍，而且還具備有無線傳輸容量擴大、低功率化和連接所有物品等三大條件。我國的IMT-2020（5G）推進工作組指出，今后2020年起，5G將提供給用戶如光纖般的接入速率，“零”延時的使用體驗，千億設備連接能力，超高流量密度、超高移動性和超高連接數密度等多場景一致的服務，智能優化業務及用戶感知，最終實現“信息隨心至，萬物觸手及”的總體愿景。

圖2 LTE 技術趨勢

LTE-A有可能引入的CoMP等一些新技術，這就要求相鄰小區之間承載帶寬需求增加到回傳帶寬的十倍、嚴格十倍時延。提升熱點區域的接入容量，同時，接入站點的數量也同步增長，傳輸覆蓋難度增大，遠端微站覆蓋密集，就要對傳送網絡做好預覆蓋，從而滿足需求。EMMBS、VoLTE等一些LTE新業務帶給PTN網絡新需求，VoLTE復雜，提出了新的要求給QoS/告警/ 性能等可維護性，話音業務對于網絡質量也提出更高的要求，PTN網絡的可維護性面臨著全新的挑戰，IPv6、EMMBS組播等一些新業務也帶來新的要求給PTN網絡。由上可知，傳送網PTN網絡架構必須具備有超寬帶、易擴展、密集覆蓋與質量高的彈性網絡特征，從而應對4G技術帶來的一系列挑戰。

三、分析PTN網絡發展策略

1、分析PTN網絡現狀

中國移動從2010年起，為了應對3G基站的IP化需求，對PTN網絡的建設大規模推進。比較3G基站，4G回傳的流量顯著增加，計算每個接入環6～8個基站，在接入層的流量能夠達到480～640M，考慮2G/3G與政企專線的綜合承

載因素，現有的GE接入環容量在需求上能勉強滿足，但是在熱點區域需大量進行GE裂環與疊環，有些區域甚至要引入10GE的接入環，在匯聚層上，廣泛部署10GE PTN 的設備對4G 大流量的要求難以滿足，需要按照10GE環疊加擴容的方式對網絡進行改造。

如今PTN 技術的發展，不斷更新換代的通信廠商設備型號，PTN匯聚層設備，比如華為7900、中興6500等等，已經能夠支持40G /100G組網，但是，中國移動網現部署的PTN 設備有很大一部分無法對老設備平滑升級，如華為 3900、中興 6300 等等。

現有網絡存在以下幾點問題：

（1）不足的平臺能力：現網接入層90% 的設備在平滑升級上不支持至 10G/40G，匯聚層85%的設備對平滑升級不支持至40G/100G，隨著今后數據流量爆增，需要大規模的進行替換。

（2）相互影響、混合承載：需同時滿足4G與專線發展的需求，很容易造成顧此失彼，并且網絡不斷的改造擴容對于2G、3G業務的穩定產生很大的影響。

（3）沒法持續的演進：現網無法支持VoLTE、IPv6、EMBMS等新興業務。

圖3 PTN 現網存在的問題

2、PTN網絡發展策略

4G技術由LTE向著LTE-A與LTE-B演進，帶寬瓶頸是PTN網絡面臨的最大問題。從長遠來看：需要加快100G在城域匯聚的部署，設備需要具備100G能力，來面向400G；10GE在接入環中是主要場景，選用具備有10GE能力的設備建設LTE接入環，是比較合適的選擇。

（1）LTE

接入環帶寬（GE）= 基站數（6）* 每基站平均帶寬（0.8G）。

匯聚環帶寬（10GE）= 接入環數（20）* 每接入環帶寬（0.5G）* 收斂比（75%）。

（2）LTE-A

接入環帶寬（10GE）= 基站數（6）* 每基站平均帶寬（1G）。

匯聚環帶寬（100G）= 接入環數（20）*每接入環帶寬（6G）* 收斂比（75%）。

（3）LTE-B

接入環帶寬（40GE）= 基站數（6）* 每基站平均帶寬（2.5G）。

匯聚環帶寬（400G）= 接入環數（20）* 每接入環帶寬（15G）* 收斂（75%）。

為應對4G技術的發展，尤其是帶寬需求方面的指數增長，從PTN網絡發展路線的角度看，有兩種能夠選擇的發展策略：

（1）策略一：根據現有的PTN網絡不斷的改造擴容，混合承載各類業務近期按照4G基站配置由S111升級到S222、S333 的擴容需求，逐漸把現網匯聚環疊加擴到20GE/40GE，進一步的把接入環拆小；中期隨著政企專線和基站需求的快速增長，業務較為密集區需要新建匯聚環，一部分的匯聚層設備要替換為 100G，接入層替換成10GE；后期按照4G的發展要求，替換設備整體并逐漸升級到400GE

（2）策略二：新建面向4G發展的專用承載平面，業務分為平面承載現網PTN平面：在承載2G/3G/的集客業務定位；已經開通的4G業務逐步向新平面進行遷移，使現網的負載減輕；保留現網老型號的設備，資源能力面向政企專線業務以后大規模的進行發展，在原則上不再大規模的進行改造與擴容。

策略建議

鑒于PTN廠商的設備平臺已經十分成熟了，且具備長期平滑演進能力，適合一步到位的建設新平面，就是保護投資，不但使工程復雜度降低，網絡安全穩定性也能確保。

結語：

移動互聯網的快速發展帶動移動數據流量的增長，中國移動對4G網絡大力建設，能夠進一步的帶動4G技術的發展。面對以后LTE-A單基站1G之上的帶寬需求，以及 VoLTE、IPv6、EMMBS 組播 等新業務帶來的挑戰，PTN網絡要進行提前規劃。各方面因素進行綜合考慮，現階段來說，新建PTN平面是較為合適的網絡發展策略，由多業務混合承載逐漸轉向4G業務分離承載，打造出適合未來無線網高質量的發展要求和高品質的業務傳送網絡。

參考文獻：

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