面向4G技術演進的PTN網絡發展策略研究

陳淵暐 嚴沁

【摘要】 面向未來LTE-A、LTE-B等無線網技術演進，本文深入研究了PTN網絡的發展策略，著重論述和比較了基于現網逐步改造擴容和新建平面承載4G業務兩種策略，對中國移動的傳送網規劃建設有一定的指導和借鑒作用。

【關鍵詞】 PTN 分平面 LTE LTE-A 4G 5G 發展策略

一、引言

在移動互聯網的推動下，數據業務需求爆發式增長，面對未來4G技術的發展演進，3G時代建設的現有PTN網絡將面臨嚴峻挑戰。本文主要研究PTN網絡的發展策略，使其能夠滿足4G技術未來向LTE-A、LTE-B演進的承載需求。

二、4G技術演進淺析

2.1 無線業務發展現狀及趨勢

智能手機和移動互聯網應用的飛速發展，深刻地影響著人們工作生活的方方面面，改變了用戶的移動通信行為，語音不再是最流行的通信業務，移動數據類通信日趨主流。其中最明顯的變化是移動數據流量增長顯著：手機上網用戶比例超過70%；全網流量同比增長47%，手機上網流量增長89%；每用戶DOU同比增長44%達到106M；4G流量占全網總流量的5%并繼續快速上升，存量用戶換入4G后DOU增長超1倍。中國通信運營商的流量經營尚處于初級階段，中國手機用戶DOU落后日韓4-5年。

面向未來，業務應用、網絡技術、智能終端以及運營商競爭都將推動人類社會信息交互方式的進一步升級，移動數據流量爆發式增長大勢所趨。我國5G推進工作組預測，移動互聯網和物聯網是未來移動通信發展的兩大主要驅動力，2010-2020年間中國的移動數據流量將增長300倍，北京、上海等大型城市將增長600到1000倍。

2.2 4G技術發展現狀及演進趨勢

中國移動于2013年獲頒4G（TD-LTE）牌照，2014年中國移動迎來了LTE網絡的全面發展，計劃建成全球最大的4G網絡，至年底TD-LTE基站數超過50萬個，實現主要城市連續覆蓋。

LTE也稱3.9G，其技術指標與4G非常接近，除最大帶寬、上行峰值速率兩個指標略低于4G要求外，其他技術指標都已經達到了4G標準的要求。而將LTE正式帶入4G的LTE-A的技術整體設計則遠超過了4G的最小需求。在2008年6月，3GPP完成了LTE-A的技術需求報告，提出了LTE-A的最小需求：下行峰值速率1Gbps，上行峰值速率500Mbps。目前LTE-A已經在部分國家和地區（如香港）有試商用的網絡。在2020年之前，無線的目標網絡主要是LTE-A和LTE-B。

未來的5G技術目前還沒有具體標準。根據韓國的5G技術發展目標，5G數據傳送速度將比4G最高快上100倍，而且具備無線傳輸容量擴大、低功率化和連接所有物品等三大條件。我國IMT-2020（5G）推進工作組指出，面向2020年及未來，5G將為用戶提供光纖般的接入速率，“零”時延的使用體驗，千億設備的連接能力，超高流量密度、超高連接數密度和超高移動性等多場景的一致服務，業務及用戶感知的智能優化，同時將為網絡帶來超百倍的能效提升和比特成本降低，最終實現“信息隨心至，萬物觸手及”的總體愿景。

LTE-A可能引入的CoMP等新技術，要求相鄰小區之間承載帶寬需求增加至回傳帶寬的十倍、時延嚴格十倍。在熱點區域接入容量提升的同時，接入站點數量同步增長，傳輸覆蓋難度加大，遠端微站密集覆蓋，要求做好傳送網絡預覆蓋，以滿足靈活快速接需求。另外，VoLTE、EMMBS等LTE新業務對PTN網絡帶來新的需求，VoLTE拓撲復雜，對QoS/告警/性能等可維護性提出新要求，話音業務對網絡質量提出更高的要求，PTN網絡的可維護性面臨新的挑戰，EMMBS組播、IPv6等新業務也將對PTN網絡帶來新的要求。

綜上所述，傳送網PTN網絡架構必須具備超寬帶、密集覆蓋、易擴展和高質量的彈性網絡特征，以應對4G技術演進帶來的挑戰。

三、PTN網絡發展策略分析

3.1 PTN網絡現狀分析

中國移動自2010年開始，為應對3G基站的IP化需求，大規模推進PTN網絡的建設。與3G基站相比，4G回傳的流量明顯增加，以每個接入環6～8個基站計算，其在接入層的流量可達480～640M，考慮2G/3G和政企專線綜合承載的因素，現有的GE接入環容量勉強滿足需求，但在熱點區域需要大量進行GE裂環、疊環，個別區域甚至需要引入10GE接入環，在匯聚層，已經廣泛部署的10GE PTN設備難以滿足4G大流量的要求，需要通過10GE環疊加擴容的方式進行網絡改造。

PTN技術的發展至今，通信廠商的設備型號不斷更新換代，如今主流的PTN匯聚層設備，如中興6500、華為7900等，已支持40G /100G組網，但致命的是，中國移動現網部署的PTN設備大部分為無法平滑升級的老設備，如中興6300、華為3900等。

以中國移動某省公司為例，PTN網絡承載了包括2G、3G、4G、WLAN、政企專線等在內的各類業務，已建成199個匯聚環，總配置容量為2.84Tbps，平均單環帶寬1.4個10GE，規劃帶寬利用率42%（4G基站按80Mbps測算），接入層以GE環/鏈為主，部分已疊加成雙GE，尚未規模部署10GE環?，F有網絡存在以下幾點問題：

（1）平臺能力不足：現網接入層90%的設備不支持平滑升級至10G/40G，匯聚層85%的設備不支持平滑升級至40G/100G，隨著未來數據流量爆發增長，需要大規模替換。

（2）混合承載、相互影響：需同時滿足4G與專線發展需求，容易顧此失彼，而且網絡不斷改造擴容對2G、3G業務穩定造成較大影響。（3）無法持續演進：現網無法支持VoLTE、EMBMS、IPv6等新興業務。（圖3）

3.2 PTN網絡發展策略

面對4G技術由LTE向LTE-A和LTE-B演進，PTN網絡面臨最大的問題就是帶寬瓶頸。長期來看：需要加快100G在城域匯聚的部署，設備需要具備100G能力，面向400G；10GE是接入環的主要場景，選擇具備10GE能力的設備建設LTE接入環，是最好的選擇。

（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）*收斂比（75%）。（圖4）

為應對4G技術的演進，特別是帶寬需求方面的指數級增長，從PTN網絡發展路線角度來看，目前有兩種可以選擇的發展策略：

（1）策略一：基于現有PTN網絡逐年改造擴容，混合承載各類業務

近期根據4G基站配置由S111升級至S222、S333的擴容需求，逐步將現網匯聚環疊加擴容至20GE/40GE，接入環進一步拆小；中期隨著基站和政企專線需求快速增長，業務密集區需新建匯聚環，部分匯聚層設備需替換為100G，接入層替換為10GE；遠期根據4G發展演進要求，設備整體替換并逐步升級至400GE。（圖5）

以中國移動某省公司為例，根據業務預測，未來PTN網絡的80%負載為4G業務，15%為政企專線，2018年的總容量將達到現網的27倍。今后兩年將是匯聚環疊加擴容的高峰，需疊加200個環，2017年開始進行大規模的設備替換，需替換160個環。（圖6）

（2）策略二：新建面向4G未來發展的大容量專用承載平面，業務分平面承載

現網PTN平面：定位在承載2G/3G/集客業務；已開通的4G業務按需逐步往新平面遷移，減輕現網負載；現網老型號的設備保留，資源能力面向政企專線業務今后大規模發展，原則上不再進行大規模的改造和擴容。

新建PTN平面：定位在承載4G和未來無線網高質量要求業務；摒棄以往配套無線網建設的模式，擺脫網絡擴容進度滯后的現狀，根據4G總體規劃、技術發展趨勢以及城域用戶規模獨立規劃；端到端一次到位，采用面向未來的核心匯聚400G/接入40G、支持SDN的設備平臺建設；提升業務精細化智能化用戶體驗，打造高品質承載網絡。（圖7）

（1）策略比較與建議

鑒于PTN廠商的設備平臺已非常成熟，具備長期平滑演進的能力，采用現網逐年修補的模式不如一步到位建設新平面，即保護投資，又降低了工程復雜度，同時確保網絡安全穩定。

表1 策略比較

四、結束語

移動互聯網的蓬勃發展帶動了移動數據流量的爆發式增長，中國移動大力建設4G網絡，也將進一步帶動4G技術的發展演進。面對未來LTE-A單基站1G以上的帶寬需求，以及VoLTE、EMMBS組播、IPv6等新業務的挑戰，PTN網絡必須未雨綢繆、提前規劃。綜合考慮各方面因素，現階段較為合適的網絡發展策略是新建PTN平面，由多業務混合承載逐步轉向4G業務分離承載，打造面向未來無線網高質量要求業務的高品質傳送網絡。

參 考 文 獻

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