中国移动4G小基站回传网络建设方案研究

王迎春 高军诗 李勇 陈晓明

【摘 要】中国移动4G宏站的广覆盖基本完成，用于补盲补热的4G小基站的建设提上了日程，由于一体化皮基站和飞基站需支持自动切换功能，且需连接至一体化皮基站网关设备，这与传统的回传方案略有不同，因此进行相应回传方案的研究探讨，仅供大家参考。

【关键词】小基站 回传 PON+CMNET方案

1 引言

中国移动4G（TD-LTE）宏站已经基本完成部署，用于补盲补热的4G小基站被提上了日程。由于4G小基站要求具有自启动功能，并需连接至小基站网关设备，因此其回传方案与宏站有所不同，本文针对4G小基站的回传方案进行了研究和探讨。

2 4G小基站概述

2.1 4G基站分类及定义

4G基站根据覆盖能力分为四大类，具体如表1所示。

4G小基站是指单载波（20MHz带宽）功率在500mW以下，集成了BBU、RRU、天线的一体化基站，按照单载波功率大小又可细分为皮基站（100mW～500mW）和飞基站（100mW以下）两类，本文中的小基站均是指一体化的皮基站和飞基站，以下简称小基站。

4G小基站是一种低成本的室内覆盖解决方案，可作为蜂窝网络的有效覆盖补充和容量扩充手段，主要用于网络覆盖不全、网络容量不足、建设难度较大且具备自有回传资源的场景。其中主要是家庭、小型企业、营业厅、超市等室内补盲补热场景，用来解决室内深度覆盖不足，提升业务分流能力，以改善用户体验。

2.2 4G小基站系统架构

4G小基站系统主要的网元有4G小基站、小基站网关及网管系统。具体如图1所示：

图1 4G小基站系统架构示意图

4G小基站各部分功能及特点如下：

（1）4G小基站

为终端提供LTE接入，对回传网络要求相对较低（相比宏站），具有如下的功能和特点：

1）设备制式：在多模设备尚未成熟前，初期以TD-LTE单模设备为主。

2）站型配置：初期按照O1站型配置，后续根据业务发展，可采用O2配置并引入载波聚合功能；采用FE/GE自适应接口。

3）基本功能：支持TD-LTE R9基本无线功能。

4）IP地址和ID配置：小基站支持1个或2个IP地址，建议采用1个IP地址；小基站ID的第9～20位不能与宏站的相同。

5）关键功能配置：

SON（自优化）功能：4G小基站应支持自启动、自配置、自优化功能，实现即插即用。具备侦听周边相邻小区频点的能力，也可自动配置本设备频点。

空口同步：4G小基站支持空口同步功能，通过侦听周围基站的同步信号，保证相邻小区间同步。应满足频率同步误差不超过±2.5ppm，时间同步误差不超过±1.5us的要求。

6）移动性管理：支持小站到宏站，宏站到小站，小站到小站的重选。支持小站到宏站的S1切换，小站通过SON或手工配置宏站邻区。支持小站间的切换，通过SON或手工配置小站邻区。原则上在能建立X2路由的场景下，建议采用X2切换；无X2接口时，采用S1切换。当有网关部署时，异厂商小站间采用S1切换。

7）互操作：支持与2G/3G的互操作，支持CSFB功能。对数据业务，支持到2G/3G的重选和数据业务连接态重定向功能。

8）VoLTE业务：支持VoLTE功能（包括语音承载，头压缩，eSRVCC等）。

（2）4G小基站网关

4G小基站网关分为安全网关和信令网关两部分：

1）安全网关：用于保证小基站系统的安全。通过小基站与安全网关的双向认证，防止非法AP接入；通过小基站与安全网关间的IPSec隧道，实现对回传数据进行加密和完整性保护，并实现小基站与核心网跨域的连接。

2）信令网关：主要用于实现小基站信令汇聚功能，减少MME的负荷。通过信令网关减少SCTP链路，降低对核心网信令负荷并实现小基站（采用28位ID）与宏站（采用20位ID）间的互操作。另外通过S1-Flex功能接入MME Pool，实现MME的负荷分担。

由于4G小基站连接至小基站网关后仍需连接至核心网网元（如MME/SAE-GW），为了减少流量回流对传输带宽的压力，建议4G小基站网关的部署位置初期参照核心网网元（如MME/SAE-GW）集中部署，后期根据业务发展并结合核心网网元位置变动情况适当下沉。

（3）4G小基站网管系统

4G小基站网管系统负责对小基站和小基站网关进行维护和管理，即实现对小基站AP、安全网关和信令网关的可监控、可管理、可操作维护。小基站网管与小基站之间是标准南向接口，与综合网管OSS采用北向接口连接。网管系统可根据用户需求实现分权、分域的管理。

3 4G小基站回传方案

根据4G小基站及网关的功能、部署特点，4G小基站可使用移动自有回传网络、自有宽带或第三方网络实现回传。根据4G小基站网关初期部署位置，4G小基站回传分为两部分：4G小基站至小基站网关、小基站网关至核心网网元（如MME/SAE-GW）间的回传，下面分别论述这两部分的回传方案。

3.1 4G小基站至小基站网关间回传方案

目前中国移动的核心网网元原则上按省建设，大部分省份的核心网网元部署在省会城市，个别省有分区设置，极少数省份的SAE-GW部署在各个地市。本文主要针对SAE-GW集中部署的情况进行讨论，下沉到地市的回传方案和集中部署方案类似。

根据4G小基站部署位置，末端接入方式有两种：PON或PTN。由于4G小基站主要为补盲补热且对回传网络要求较低，可根据现有资源选择其中之一。上层网络的可选方案有CMNET或PTN，则可选的方案有图2所示的五种：

（1）方案一：第三方回传

考虑到当前使用第三方或竞争对手的宽带网络，回传质量难以保障，影响用户体验，原则上不建议采用此方式作为回传方案，只作为一种补充手段。

（2）方案二：PON+CMNET

1）方案描述

由于4G小基站一般部署在企业或家庭，因此末端采用PON接入的方式较多。此方案采用PON接入，通过OLT上联至BRAS，经城域数据网、省干CMNET后连接至4G小基站网关。为了保证安全性，在CMNET与小基站网关间设置防火墙，以保证进入小基站网关的业务和设备安全。

由于4G小基站需支持SON（自优化）功能，4G小基站需可自动获取IP地址、自动进行初始化、自动和小基站网关和网管进行连接。为此，需在CMNET网络中部署初始化的服务器（HeMS）并在公共DNS上进行配置。IP地址则可由BRAS自动分配，占用目前数据城域网中的IP地址段或由单独设置的DHCP服务器来自动配置IP地址。

大致流程为：首先4G小基站通过ONU连接至BRAS，由BRAS自动分配一个IP地址（IP SEC地址），通过此IP地址连接至公共DNS，由DNS指配（需要提前配置）HeMS的地址，然后对小基站进行初始化。初始化完成后，小基站连接至安全网关，安全网关分配小基站私有IP地址，再连接至核心网网元。

2）建设中需注意的问题

由于4G小基站采用PON做为回传网络，在部署中需注意几个问题：

采用PON接入4G小基站时，光分路器应尽量设置在主干分纤点以下位置，可采用独享PON口方案，也可与其它业务共用PON口。

PON可选择性配置主干光纤保护，OLT和BASE间可采用双上联方式保证网络安全。

4G小基站的VLAN应和PON网络统一规划和配置，规划时应注意与承载的普通集团客户、家庭客户和WLAN等业务统一进行，并配置相应的QoS，以确保4G小基站业务质量，提供较高优先级保障。

当4G小基站分布密集时，采用MDU设备，但不宜采用24口等大端口设备，分布稀疏时采用FTTH型ONU。

另外，为了保证回传网络及小基站网关的安全性，所有进出CMNET的流量均需经过防火墙。

3）小结

此方案可充分利用末端接入资源和现网CMNET资源，简单配置后即可满足多厂家、多设备的接入，简单易行，可便捷接入且经过多方面的评估和论证，该方案可满足一般4G小基站的回传指标要求，因此主推此回传方案。

（3）方案三：PTN+CMNET

该方案和方案二类似，只是末端采用L2 PTN接入，通过PTN连接至BRAS。为保证小基站业务安全，在PTN和BRAS间对接时可通过LAG方式进行保护。其它均和方案二类似，此处不再重复。

该方案主要适用于末端接入只有PTN资源的场景，作为主推的可选方案之一。

（4）方案四：PON+PTN

1）方案描述

该方案末端采用PON接入，上联通过汇聚层PTN、核心层PTN、省干PTN连接至小基站网关。目前中国移动大部分城域传送网中，L2转L3的PTN一般部署在核心节点，因此核心层和省干的PTN均支持静态三层功能。但由于现网的PTN设备均不支持DHCP功能，为了实现小基站的自启动功能，需外置DHCP服务器，实现对4G小基站的IP地址自动分配，初始化部分可和CMNET公用HeMS服务器。

4G小基站自启动大致流程为：首先4G小基站通过ONU传输至OLT，OLT双端口连接至汇聚（接入、核心）PTN。经由核心、省干PTN连接至DHCP服务器，自动分配一个IP地址（IP SEC地址）。通过此IP地址连接至CMNET的公共DNS，由DNS指配（需要提前配置）HeMS的地址，然后对小基站进行初始化，随后过程同方案二。

2）建设中需注意的问题

末端接入的PON需要注意的问题同方案二，在部署中还需注意以下几个问题：

VLAN规划：由于现网中PON网络大多采用二层VLAN方式，且大多按照业务进行规划。而PTN设备目前采用一层VLAN方式，一个基站规划一个VLAN地址，因此需PON网络和PTN网络协调进行VLAN地址的规划。

为了实现小基站的自启动功能，二转三PTN设备需支持DHCP relay功能。

由于目前L2转L3的PTN设备可支持基站回传的数量有限（一般为2000个，最多4000个），因此在部署过程中，需注意L2转L3的PTN设备能力受限问题。

为节约投资和统一管理，一个厂家的小基站可共用同一个HeMS服务器和DHCP服务器。因此，本方案按照CMNET回传和PTN回传共用HeMS服务器的方式进行。

为了保证安全，在OLT和PTN对接时，可采用LAG保护方式，提升网络的安全性。

3）小结

此方案的VLAN规划方案复杂，当小基站数量较多时需配置和管理的LSP数量增多，且需增加PTN L2转L3设备。由于现网PTN设备能力有限，需补充扩容设备，因此投资较高，此方案不适应未来发展，建议只作为补充方案使用。即当末端接入只有PON资源且该小基站对回传网络要求较高时使用。

（5）方案五：全程PTN

该方案和方案四类似，只是末端采用L2 PTN接入，但VLAN规划只需考虑PTN网络即可，同时可实现端到端的管理和维护。不过一旦小基站数量增多，现网PTN设备能力不足，需新增投资，总体上该方案投资最高，因此，仅作为补充方案使用。即当小基站部署场景对回传网络要求较高时使用。

（6）小结

综上所述，针对4G小基站至小基站网关间回传方案，主推采用PON+CMNET方案。当末端只有PTN接入时，也可采用PTN+CMNET方案；对于4G小基站部署的场景对回传网络要求较高时，可采用全程PTN的方案。当末端无法采用PTN接入时，可采用PON+PTN方案。另外，当小基站部署场景对回传网络要求较高，和宏站相当时，可按照宏站的回传方式进行承载，解决以上方案中的诸多问题。但该方式消耗现网PTN设备能力且投资较高，建议控制部署数量。

3.2 4G小基站网关至核心网网元

网关设备和核心网网元之间可采用直连方式或通过PTN方式进行互联。

方案一：直连方式。由于EPC数量较多，目前的4G小基站网关设备端口有限，无法满足与多个SGW、MME互联需求，同时也无法实现宏微切换，因此不建议采用此方案。

方案二：通过L3 PTN互联。目前宏站均通过L3 PTN与核心网网元相连，且初期小基站数量较小，流量较低，为了节约端口资源，可和宏站共用核心网网元连接端口。因此，建议4G小基站网关通过L3 PTN后连接至核心网网元。此方案核心网网元不需扩容或改造，只需对PTN网络进行扩容或改造即可满足需求。

综上所述，4G小基站网关至核心网网元间，建议通过与核心网网元相连的L3 PTN进行连接。

4 相关问题的说明

4.1 同步系统

小基站设备主要部署于室内，无法普遍采用宏基站基于卫星同步的方案，优先采用空口同步方案；企业场景及采用部署大量小站连续覆盖的区域，可根据实际条件采用GPS或IEEE 1588v2同步方案；家庭场景一般采用空口同步。

4.2 IP地址

由于小基站的IP地址由安全网关自动分配，为了管理维护方便，建议小基站的IP地址和宏站地址分开，且一个基站分配一个IP地址。

4.3 配套供电

4G小基站设备在传输设备和基站设备具备能力的前提下，首选支持POE/POE+的PTN ONU设备对基站设备进行供电，不具备支持能力时视实际部署环境采用交流或直流供电方式供电。4G飞基站设备主要采用就近交流供电方式，电源由家庭用户提供。

5 结束语

4G小基站虽然具有诸多优势，但也给回传网络带来了挑战，为了适应未来大量小基站部署，本文推荐采用PON+CMNET方式承载，可快速满足接入需求且性价比高。但该方案尚未经过大面积应用测试，因此仍需进一步验证和完善，期待能与业界同仁共同探讨。

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