GPON承載LTE室分系統可行性研究與實踐

周楠　梁軍君　董健　王瑋

摘要：為了探索LTE室內分布系統使用GPON承載的可行性，從GPON著手，首先簡單介紹了其主要特點，在強調了GPON自身多種優勢及方便特點后，與使用PTN承載方式情況進行對比，得出使用GPON承載LTE室分系統是可行的結論。

關鍵詞：PON GPON LTE 室內分布系統

1 引言

4G時代是數據的時代，而數據業務更多地發生在室內。研究表明，80%～90%的移動數據業務是在室內發生的。在2G和3G領域，傳統的室內覆蓋解決方案包括室外基站穿透覆蓋、信號源加分布式天線系統等。室外基站穿透對于低頻段和低速率的室內覆蓋系統是一個很好的選擇，但是當頻率升高時，利用室外基站進行室內穿透覆蓋的范圍將大大降低，室內覆蓋的效果將變得很差。分布式天線系統是業界常規用法，但隨著人們對生活環境質量的關注度越來越高，運營商與小區物業談判進樓線路改造等非技術層面的問題變得愈發棘手。基于此，LTE時代需要創新的室內覆蓋解決方案，因此本文接下來將主要介紹使用GPON（Gigabit-Capable PON，吉比特無源光網絡）方式來承載LTE室分系統的可能性。

2 GPON與室內分布系統特點分析

2.1 室內分布系統簡介

室內分布系統是針對室內用戶群、用于改善建筑物內移動通信環境的一種成功的方案，是利用室內天線分布系統將移動基站的信號均勻分布在室內每個角落，從而保證室內區域擁有理想的信號覆蓋，相當于室外宏站的延伸。它的作用有消除信號盲區、解決建筑物內信號弱、解決建筑物內信號分布不均、解決室內小區切換問題、分擔室外宏蜂窩話務、擴大網絡容量等。室內覆蓋的場景選擇應優先考慮用戶密度大、高端用戶多、通信質量要求高、場所較封閉或室外宏站難覆蓋到的場所，如星級酒店、辦公寫字樓、大型展館、娛樂餐飲場所、機場車站、商場、超市等。

2.2 GPON技術簡介

GPON是一種點到多點（P2MP）結構的無源光網絡。由OLT（Optical Line Terminal，光線路終端）、POS（Passive Optical Splitter，無源分光器）和ONU（Optical Network Unit，光網絡單元）三部分組成。OLT為接入網提供網絡側與核心網之間的接口，通過ODN與各ONU連接。作為PON系統的核心功能設備，OLT具有集中帶寬分配、控制各ONU、實時監控、運行維護管理GPON系統的功能。ONU為接入網提供用戶側的接口，提供話音、數據、視頻等多業務流與ODN（Optical Distribution Network，光配線網絡）的接入，受OLT集中控制[1]。

GPON系統支持的分支比為1：16/32/64/128，保護方式有4種：1）Type A光纖備份方式；2）Type B采用OLT端口備份方式；3）Type C全備份方式；4）Type D混合備份方式。前兩種保護方式相對簡單，并且造價較低，更能體現PON組網的成本優勢，所以在中國移動現網中應用較多。

GPON下行數據流采用廣播技術，下行速率2.5 Gbps；上行數據流采用TDMA技術，上行速率1.25 Gbps，最大邏輯距離60 km、最大物理距離20 km、最大距離差20 km、最大分光比1：128。GPON的應用場景主要定位于QoS、可靠性需求相對不高的普通集團客戶和家庭客戶。

2.3 GPON與PTN承載方式比較

GPON接入方式相對于傳統PTN在組網、維護、擴容、成本等方面有很多優勢：1）采用點對多點技術的星型網絡，集中分光，網絡結構比較簡單，便于安裝；2）僅在局端和用戶側設置有源設備，中間均為無源器件，節省機房資源、降低維護成本；3）一個PON口可以帶多個用戶，從無源分光器的預留接口引出一路光纖給新的ONU即可；4）具備網管靈活配置帶寬能力，可根據市場策略或用戶需求，靈活配置每個用戶帶寬，不需更換設備，可擴展性好；5）用戶密度越高，總的建設費用越低。GPON與PTN承載室分情況對比如表1所示：

通多對比可以看出，GPON承載室分系統具備基礎條件，尤其是在商場、高校、體育館、賓館酒店、火車站等人口密度高并且對實時數據要求較低的場所使用GPON承載室分時，組網方便、擴展高效、成本低廉的優勢很明顯。

3 武漢移動公司GPON承載LTE室分試點

情況

根據集團公司及湖北移動公司要求，武漢分公司配合完成了GPON承載LTE測試，以利于后期使用GPON來發展LTE室分、WLAN、樓宇寬帶等綜合業務。試點分別使用兩種方案對PON承載LTE的業務進行測試，測試結果對比原有通過PTN接入LTE室分站點，從而得出較為準確的結論。圖1為使用PTN承載LTE室分組網結構，圖2為使用GPON承載LTE室分組網結構。

3.1 方案一測試站點蔡甸移動分公司

室分系統

該室內分布系統方案為雙流室分。使用PTN傳輸時，在營業廳1F找極好點進行CQT（Call Quality Test，呼叫質量撥打測試），測試結果如圖3所示，室分均值速率為93.6 Mbps（SINR=28 dB，RSRP=-79 dBm）。

傳輸為華為GPON時，測試過程中使用ETH儀表模擬兩條業務，一條高優先級業務，另外一條低優先級業務有突發，儀表發送業務總速率小于320 Mbps，不擁塞情況下模擬現網業務有突發。在營業廳1F找極好點進行CQT測試，測試結果如圖4所示，單路室分下行峰值速率為61.1 Mbps（SINR=32 dB，RSRP= -70.38 dBm）。測試業務正常，丟包率為0。低優先級業務報文長度為64字節時，平均時延0.57 ms；報文長度為128字節時，平均時延0.94 ms；報文長度為256字節時，平均時延1.55 ms；報文長度為512字節時，平均時延2.56 ms；報文長度為1024字節時，平均時延4.46 ms。高優先級業務在不同報文長度時平均延時不超過0.05 ms。

3.2 方案二測試站點二七路移動營業廳室分系統

該室內分布系統為雙流室分。使用PTN傳輸時，在營業廳1F找極好點進行CQT測試，測試結果如圖5所示，雙路室分均值速率為91.1 Mbps（SINR=29 dB，RSRP=-53 dBm）。

傳輸為烽火GPON時，測試過程中使用ETH儀表模擬單條業務，不擁塞且無突發。在營業廳1F找極好點進行CQT測試，測試結果如圖6所示，單路室分下行均值速率為55.8 Mbps（SINR=32 dB，RSRP= -53.75 dBm）。測試業務正常，丟包率為0。報文長度為64字節時，平均時延0.85 ms；報文長度為128字節時，平均時延0.84 ms；報文長度為256字節時，平均時延0.85 ms；報文長度為512字節時，平均時延0.86 ms；報文長度為1024字節時，平均時延0.89 ms。

4 結束語

經過對兩個室分系統的兩種不同接入技術的測試，PON已具備承載LTE室分業務的技術條件，但LTE室分使用GPON承載方式時無線側的下載速率大幅低于PTN承載方式，初步分析了導致下載速率下降的原因：1）兩種方案測試時ONU與LTE室分系統對接時均采用5類雙絞線連接，而PTN與LTE室分系統對接為光纖；2）測試時華為ONU為100M的ONU，烽火為1000M的ONU；3）GPON方式測試時，傳輸通道采用了PON+CMNET，導致時延較高，因為CMNET為盡力傳輸。

并且值得關注的是，后期能否較好滿足VoIP傳輸性能要求還有待進一步驗證。采用PON承載LTE室分系統無疑是一次有益的嘗試，相信隨著PON技術的成熟，LTE室分通過PON來承載的場景會越來越多。

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