中國移動4G小基站回傳網絡建設方案研究

王迎春 高軍詩 李勇 陳曉明

【摘 要】中國移動4G宏站的廣覆蓋基本完成，用于補盲補熱的4G小基站的建設提上了日程，由于一體化皮基站和飛基站需支持自動切換功能，且需連接至一體化皮基站網關設備，這與傳統的回傳方案略有不同，因此進行相應回傳方案的研究探討，僅供大家參考。

【關鍵詞】小基站 回傳 PON+CMNET方案

1 引言

中國移動4G（TD-LTE）宏站已經基本完成部署，用于補盲補熱的4G小基站被提上了日程。由于4G小基站要求具有自啟動功能，并需連接至小基站網關設備，因此其回傳方案與宏站有所不同，本文針對4G小基站的回傳方案進行了研究和探討。

2 4G小基站概述

2.1 4G基站分類及定義

4G基站根據覆蓋能力分為四大類，具體如表1所示。

4G小基站是指單載波（20MHz帶寬）功率在500mW以下，集成了BBU、RRU、天線的一體化基站，按照單載波功率大小又可細分為皮基站（100mW～500mW）和飛基站（100mW以下）兩類，本文中的小基站均是指一體化的皮基站和飛基站，以下簡稱小基站。

4G小基站是一種低成本的室內覆蓋解決方案，可作為蜂窩網絡的有效覆蓋補充和容量擴充手段，主要用于網絡覆蓋不全、網絡容量不足、建設難度較大且具備自有回傳資源的場景。其中主要是家庭、小型企業、營業廳、超市等室內補盲補熱場景，用來解決室內深度覆蓋不足，提升業務分流能力，以改善用戶體驗。

2.2 4G小基站系統架構

4G小基站系統主要的網元有4G小基站、小基站網關及網管系統。具體如圖1所示：

圖1 4G小基站系統架構示意圖

4G小基站各部分功能及特點如下：

（1）4G小基站

為終端提供LTE接入，對回傳網絡要求相對較低（相比宏站），具有如下的功能和特點：

1）設備制式：在多模設備尚未成熟前，初期以TD-LTE單模設備為主。

2）站型配置：初期按照O1站型配置，后續根據業務發展，可采用O2配置并引入載波聚合功能；采用FE/GE自適應接口。

3）基本功能：支持TD-LTE R9基本無線功能。

4）IP地址和ID配置：小基站支持1個或2個IP地址，建議采用1個IP地址；小基站ID的第9～20位不能與宏站的相同。

5）關鍵功能配置：

SON（自優化）功能：4G小基站應支持自啟動、自配置、自優化功能，實現即插即用。具備偵聽周邊相鄰小區頻點的能力，也可自動配置本設備頻點。

空口同步：4G小基站支持空口同步功能，通過偵聽周圍基站的同步信號，保證相鄰小區間同步。應滿足頻率同步誤差不超過±2.5ppm，時間同步誤差不超過±1.5us的要求。

6）移動性管理：支持小站到宏站，宏站到小站，小站到小站的重選。支持小站到宏站的S1切換，小站通過SON或手工配置宏站鄰區。支持小站間的切換，通過SON或手工配置小站鄰區。原則上在能建立X2路由的場景下，建議采用X2切換；無X2接口時，采用S1切換。當有網關部署時，異廠商小站間采用S1切換。

7）互操作：支持與2G/3G的互操作，支持CSFB功能。對數據業務，支持到2G/3G的重選和數據業務連接態重定向功能。

8）VoLTE業務：支持VoLTE功能（包括語音承載，頭壓縮，eSRVCC等）。

（2）4G小基站網關

4G小基站網關分為安全網關和信令網關兩部分：

1）安全網關：用于保證小基站系統的安全。通過小基站與安全網關的雙向認證，防止非法AP接入；通過小基站與安全網關間的IPSec隧道，實現對回傳數據進行加密和完整性保護，并實現小基站與核心網跨域的連接。

2）信令網關：主要用于實現小基站信令匯聚功能，減少MME的負荷。通過信令網關減少SCTP鏈路，降低對核心網信令負荷并實現小基站（采用28位ID）與宏站（采用20位ID）間的互操作。另外通過S1-Flex功能接入MME Pool，實現MME的負荷分擔。

由于4G小基站連接至小基站網關后仍需連接至核心網網元（如MME/SAE-GW），為了減少流量回流對傳輸帶寬的壓力，建議4G小基站網關的部署位置初期參照核心網網元（如MME/SAE-GW）集中部署，后期根據業務發展并結合核心網網元位置變動情況適當下沉。

（3）4G小基站網管系統

4G小基站網管系統負責對小基站和小基站網關進行維護和管理，即實現對小基站AP、安全網關和信令網關的可監控、可管理、可操作維護。小基站網管與小基站之間是標準南向接口，與綜合網管OSS采用北向接口連接。網管系統可根據用戶需求實現分權、分域的管理。

3 4G小基站回傳方案

根據4G小基站及網關的功能、部署特點，4G小基站可使用移動自有回傳網絡、自有寬帶或第三方網絡實現回傳。根據4G小基站網關初期部署位置，4G小基站回傳分為兩部分：4G小基站至小基站網關、小基站網關至核心網網元（如MME/SAE-GW）間的回傳，下面分別論述這兩部分的回傳方案。

3.1 4G小基站至小基站網關間回傳方案

目前中國移動的核心網網元原則上按省建設，大部分省份的核心網網元部署在省會城市，個別省有分區設置，極少數省份的SAE-GW部署在各個地市。本文主要針對SAE-GW集中部署的情況進行討論，下沉到地市的回傳方案和集中部署方案類似。

根據4G小基站部署位置，末端接入方式有兩種：PON或PTN。由于4G小基站主要為補盲補熱且對回傳網絡要求較低，可根據現有資源選擇其中之一。上層網絡的可選方案有CMNET或PTN，則可選的方案有圖2所示的五種：

（1）方案一：第三方回傳

考慮到當前使用第三方或競爭對手的寬帶網絡，回傳質量難以保障，影響用戶體驗，原則上不建議采用此方式作為回傳方案，只作為一種補充手段。

（2）方案二：PON+CMNET

1）方案描述

由于4G小基站一般部署在企業或家庭，因此末端采用PON接入的方式較多。此方案采用PON接入，通過OLT上聯至BRAS，經城域數據網、省干CMNET后連接至4G小基站網關。為了保證安全性，在CMNET與小基站網關間設置防火墻，以保證進入小基站網關的業務和設備安全。

由于4G小基站需支持SON（自優化）功能，4G小基站需可自動獲取IP地址、自動進行初始化、自動和小基站網關和網管進行連接。為此，需在CMNET網絡中部署初始化的服務器（HeMS）并在公共DNS上進行配置。IP地址則可由BRAS自動分配，占用目前數據城域網中的IP地址段或由單獨設置的DHCP服務器來自動配置IP地址。

大致流程為：首先4G小基站通過ONU連接至BRAS，由BRAS自動分配一個IP地址（IP SEC地址），通過此IP地址連接至公共DNS，由DNS指配（需要提前配置）HeMS的地址，然后對小基站進行初始化。初始化完成后，小基站連接至安全網關，安全網關分配小基站私有IP地址，再連接至核心網網元。

2）建設中需注意的問題

由于4G小基站采用PON做為回傳網絡，在部署中需注意幾個問題：

采用PON接入4G小基站時，光分路器應盡量設置在主干分纖點以下位置，可采用獨享PON口方案，也可與其它業務共用PON口。

PON可選擇性配置主干光纖保護，OLT和BASE間可采用雙上聯方式保證網絡安全。

4G小基站的VLAN應和PON網絡統一規劃和配置，規劃時應注意與承載的普通集團客戶、家庭客戶和WLAN等業務統一進行，并配置相應的QoS，以確保4G小基站業務質量，提供較高優先級保障。

當4G小基站分布密集時，采用MDU設備，但不宜采用24口等大端口設備，分布稀疏時采用FTTH型ONU。

另外，為了保證回傳網絡及小基站網關的安全性，所有進出CMNET的流量均需經過防火墻。

3）小結

此方案可充分利用末端接入資源和現網CMNET資源，簡單配置后即可滿足多廠家、多設備的接入，簡單易行，可便捷接入且經過多方面的評估和論證，該方案可滿足一般4G小基站的回傳指標要求，因此主推此回傳方案。

（3）方案三：PTN+CMNET

該方案和方案二類似，只是末端采用L2 PTN接入，通過PTN連接至BRAS。為保證小基站業務安全，在PTN和BRAS間對接時可通過LAG方式進行保護。其它均和方案二類似，此處不再重復。

該方案主要適用于末端接入只有PTN資源的場景，作為主推的可選方案之一。

（4）方案四：PON+PTN

1）方案描述

該方案末端采用PON接入，上聯通過匯聚層PTN、核心層PTN、省干PTN連接至小基站網關。目前中國移動大部分城域傳送網中，L2轉L3的PTN一般部署在核心節點，因此核心層和省干的PTN均支持靜態三層功能。但由于現網的PTN設備均不支持DHCP功能，為了實現小基站的自啟動功能，需外置DHCP服務器，實現對4G小基站的IP地址自動分配，初始化部分可和CMNET公用HeMS服務器。

4G小基站自啟動大致流程為：首先4G小基站通過ONU傳輸至OLT，OLT雙端口連接至匯聚（接入、核心）PTN。經由核心、省干PTN連接至DHCP服務器，自動分配一個IP地址（IP SEC地址）。通過此IP地址連接至CMNET的公共DNS，由DNS指配（需要提前配置）HeMS的地址，然后對小基站進行初始化，隨后過程同方案二。

2）建設中需注意的問題

末端接入的PON需要注意的問題同方案二，在部署中還需注意以下幾個問題：

VLAN規劃：由于現網中PON網絡大多采用二層VLAN方式，且大多按照業務進行規劃。而PTN設備目前采用一層VLAN方式，一個基站規劃一個VLAN地址，因此需PON網絡和PTN網絡協調進行VLAN地址的規劃。

為了實現小基站的自啟動功能，二轉三PTN設備需支持DHCP relay功能。

由于目前L2轉L3的PTN設備可支持基站回傳的數量有限（一般為2000個，最多4000個），因此在部署過程中，需注意L2轉L3的PTN設備能力受限問題。

為節約投資和統一管理，一個廠家的小基站可共用同一個HeMS服務器和DHCP服務器。因此，本方案按照CMNET回傳和PTN回傳共用HeMS服務器的方式進行。

為了保證安全，在OLT和PTN對接時，可采用LAG保護方式，提升網絡的安全性。

3）小結

此方案的VLAN規劃方案復雜，當小基站數量較多時需配置和管理的LSP數量增多，且需增加PTN L2轉L3設備。由于現網PTN設備能力有限，需補充擴容設備，因此投資較高，此方案不適應未來發展，建議只作為補充方案使用。即當末端接入只有PON資源且該小基站對回傳網絡要求較高時使用。

（5）方案五：全程PTN

該方案和方案四類似，只是末端采用L2 PTN接入，但VLAN規劃只需考慮PTN網絡即可，同時可實現端到端的管理和維護。不過一旦小基站數量增多，現網PTN設備能力不足，需新增投資，總體上該方案投資最高，因此，僅作為補充方案使用。即當小基站部署場景對回傳網絡要求較高時使用。

（6）小結

綜上所述，針對4G小基站至小基站網關間回傳方案，主推采用PON+CMNET方案。當末端只有PTN接入時，也可采用PTN+CMNET方案；對于4G小基站部署的場景對回傳網絡要求較高時，可采用全程PTN的方案。當末端無法采用PTN接入時，可采用PON+PTN方案。另外，當小基站部署場景對回傳網絡要求較高，和宏站相當時，可按照宏站的回傳方式進行承載，解決以上方案中的諸多問題。但該方式消耗現網PTN設備能力且投資較高，建議控制部署數量。

3.2 4G小基站網關至核心網網元

網關設備和核心網網元之間可采用直連方式或通過PTN方式進行互聯。

方案一：直連方式。由于EPC數量較多，目前的4G小基站網關設備端口有限，無法滿足與多個SGW、MME互聯需求，同時也無法實現宏微切換，因此不建議采用此方案。

方案二：通過L3 PTN互聯。目前宏站均通過L3 PTN與核心網網元相連，且初期小基站數量較小，流量較低，為了節約端口資源，可和宏站共用核心網網元連接端口。因此，建議4G小基站網關通過L3 PTN后連接至核心網網元。此方案核心網網元不需擴容或改造，只需對PTN網絡進行擴容或改造即可滿足需求。

綜上所述，4G小基站網關至核心網網元間，建議通過與核心網網元相連的L3 PTN進行連接。

4 相關問題的說明

4.1 同步系統

小基站設備主要部署于室內，無法普遍采用宏基站基于衛星同步的方案，優先采用空口同步方案；企業場景及采用部署大量小站連續覆蓋的區域，可根據實際條件采用GPS或IEEE 1588v2同步方案；家庭場景一般采用空口同步。

4.2 IP地址

由于小基站的IP地址由安全網關自動分配，為了管理維護方便，建議小基站的IP地址和宏站地址分開，且一個基站分配一個IP地址。

4.3 配套供電

4G小基站設備在傳輸設備和基站設備具備能力的前提下，首選支持POE/POE+的PTN ONU設備對基站設備進行供電，不具備支持能力時視實際部署環境采用交流或直流供電方式供電。4G飛基站設備主要采用就近交流供電方式，電源由家庭用戶提供。

5 結束語

4G小基站雖然具有諸多優勢，但也給回傳網絡帶來了挑戰，為了適應未來大量小基站部署，本文推薦采用PON+CMNET方式承載，可快速滿足接入需求且性價比高。但該方案尚未經過大面積應用測試，因此仍需進一步驗證和完善，期待能與業界同仁共同探討。

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