TD-LTE网络建设之地方战略
时间：2013-11-22 10:10:34
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[导读]放眼全球移动通信发展趋势，3G向LTE网络演进已呈现加速发展的态势，目前，全球LTE部署仍以FDD为主，作为TD-LTE主要推动者的中国移动全球范围内发起TD-LTE发展倡议GTI，已有60多家运营商和30多家设备商加入；着眼国内
放眼全球移动通信发展趋势，3G向LTE网络演进已呈现加速发展的态势，目前，全球LTE部署仍以FDD为主，作为TD-LTE主要推动者的中国移动全球范围内发起TD-LTE发展倡议GTI，已有60多家运营商和30多家设备商加入；着眼国内，政府大力扶持TDD发展，已将2500M~2690M的190M带宽划分给TDD使用，此举标明中国政府对更多自主知识产权的通信技术的坚定态度和信心，中国移动迫切在新一轮竞争中取得优势，较之联通、电信先行一步，计划2013年全国建设20万基站，覆盖300多座城市，与之前的个别城市试验网建设相比，此次作为中国移动4G一期工程建设规模大、投资多，为了先行抢占4G市场，对网络建设的质量、工期都提出了很高的要求，本文结合中国移动独立组建实验网和规模商用组网两阶段对TD-LTE建设方案进行探讨。
LTE独立组网
独立组网适用于实验网阶段，组建小型网络，应用于个别城市或某些省份的部分城市，尽可能对现网不产生影响，即小范围内孤岛式组网，网元设备尽量采用新建的方式。
网络组织
核心网建设需新建的网元有MME、S-GW、P-GW、HSS、CG、DNS、CE等网元，由于是小范围组网，不用建设DRA设备，同时关于流量控制及计费控制PCRF也可暂不考虑。实验网阶段，LTE只承载数据业务，用户以数据卡和CPE终端为主，网络组织结构如图1所示。
EPC数据业务通过SAE-GW（P-GW）与外部数据网间的SGi接口疏导，承载在CMNet网络，新建一对CE设备保证EPC网络的独立性，通过防火墙将CMNet与EPC网络隔离，保证安全性；不同省份可根据需要考虑是否对试验网做计费功能，若进行计费，则通过DCN承载网络统一承载网管及计费数据，新建网元通过本局接入交换机接入DCN网络；如果实验网计划完成2G/3G用户使用LTE数据业务，则需要互通2G/3G/LTE数据，新建HSS接入现有七号信令网，完成数据业务疏导，此时要新建网元BG，作为两张网络的边界网关；由于是本地组网，不需考虑网间数据疏导，否则EPC网络要接入IP承载网。
路由原则
LTE用户在归属地使用数据业务采用本地路由，路由为MS——eNodeB——归属地S-GW—归属地P-GW—外部数据网，如图2中路由1所示，用户漫游到拜访地使用通用APN访问数据业务就近进入拜访地网络，路由为MS——eNodeB—拜访地S-GW—拜访地P-GW—外部数据网，如图2路由3所示，用户漫游到拜访地使用区域APN访问数据业务就近进入拜访地网络，然后路由指向再回到归属地网络从归属P-GW出口访问，路由为MS——eNodeB—拜访地S-GW—归属地P-GW—外部数据网。
由于是小范围组网，大部分地区没有LTE覆盖（即便是规模组网，在早期LTE也只能完成部分覆盖），这便出现2G/3G用户通过EPC访问外部数据网，与上文所述用户驻留LTE网络访问业务情况相似，只不过用户接入方式不同，如图5描述了几种情况下的路由选择。目前，LTE终端已多模单待为主，用户同时驻留2G/3G/LTE网络，在LTE覆盖区域优选LTE网络，在非LTE覆盖区域内，用户回落至2G/3G网络。
其他规划
IP地址规划：设备及用户IP地址均采用IPV4私有地址。设备IP地址包括eNodeB与EPC间接口地址，包括网管及业务地址，同时每个IP地址规划不同的VLAN用以隔离二层通信；EPC与2G/3G互通的IP地址针对实验网阶段即是分配BG地址；EPC采用全IP架构，内部组网均要分配IP地址；用户IP地址由P-GW内置DHCP功能动态分配。
计费及网管规划：核心网侧新建CG用于计费系统，由CG接入现网BOSS系统；避免对现网影响，核心网设备新建同厂家OMC网管，通过北向接口由OMC网管接入本省的网管系统。
时间及时钟同步：融合HSS/HLR需要时钟同步，就近接入本局址BITS系统获取同步信号；时间同步信号由现网NTP Server服务器提供。
实验网阶段LTE只要求满足数据业务，实现LTE用户与2G/3G用户互操作，需要对现网SGSN进行改造，原则上对与LTE同覆盖或相邻覆盖区域的SGSN进行改造，改造网元数量尽可能少以减少对网络影响，改造SGSN支持USIM卡的五元组鉴权、支持识别不同类型终端选路功能、支持由DNS查询地址信息后建立至P-GW的连接。2G/3G与LTE互操作实现如图3所示。
由于实验网阶段不要求实现语音和短信业务，对现网CS域无需改造，改造的内容将会在后边介绍。
LTE规模组网
TD-LTE技术已经成熟，中国移动为摆脱3G时代的不利局面，对中国拥有更多中国自主知识产权的TD-LTE尤为青睐，与此同时，芯片厂商纷纷致力于多模多频芯片的研究，终端市场风生水起，来自GSA数据截止3月，已有166款TD-LTD终端设备，目前主要以数据类终端为主，包括上网卡、MiFi、CPE等，随着28nm工艺芯片的推出，手持智能终端将遍地开花。从FDD商用经验来看，语音业务解决方案的成功与否直接影响用户体验，目前CSFB为主流语音技术方案，并可能较长期存在一段时间，综上TD-LTE商用部署具备规模组网条件。
建设原则
（1）采用2G/3G/LTE融合方式建设核心网
优先采用升级改造现网设备的方式，实现HSS/HLR、MME/SGSN、SAE
GW/GGSN以及CG、DNS、PCRF融合，为满足用户“不换号、不登记、快速便捷换卡”使用LTE业务，本期工程应实现全网HSS/HLR融合，且各网元的融合改造应逐步推进，避免盲目扩大改造范围，对于具备条件的省，应引入SGSN/MME POOL，提高网络安全性。
（2）构建高效的神经网络
考虑中国幅员辽阔，信令网采用“基地集中省集中”的分级结构建设IP信令网，对于信令大省分别建设1对H/LDRA设备转接省内及省际信令，其余省份按照南北地区分区建设2对H/LDRA设备，负责转接区域内各省省内及省际信令，各H/LDRA采用网状互联，各省MME/SGSN、HSS/HLR、SAE GW/GGSN、融合PCRF设备均接入所归属的DRA设备，引入Diameter信令协议栈规模组网。
（3）核心网集中化设置，统筹规划，分步实施，确保安全
尽可能控制改造网元数量规模，尽可能少的引入过渡方案，继续采用“双路由、双节点”容灾备份方案保证网络安全。
网络组织及承载
商用阶段的LTE网络应带给用户更快的上网体验，同时并不丢弃原有的通信功能，网络建设应支持语音业务、短信业务、更高速率的数据业务，采用融合建设方式，融合LTE网络结构图如图4所示。
目前，电路域核心网建设以本地网建设为主，呈现向省会城市集中的趋势，分组域核心网采用集中建设方式，同样，LTE核心网也采用集中式建设，融合HLR/HSS采用现网改造或新建方式集中在省会建设，内部利用逻辑隔离区分各地市本地网，MME及SAE-GW采用现网改造SGSN、GGSN或新建的方式在省会集中建设，按照3GPP R8版本必选功能要求，控制面上当MME数量大于1个且覆盖连续时则部署MME Pool，用户面上当S-GW数量大于1个时部署S-GW Pool，即eNodeB与S-GW间采用全连接方式互联。[!--empirenews.page--]
S1接口（含S1-MME和S1-U）采用PTN网络承载，从维护角度看由传输专业负责，从性价比角度看，跨本地网传输较之IP承载网具有时延小、投资少等优点，采用核心PTN设备开启L3 VPN功能、汇聚及接入PTN设备开启L2 VPN功能方案，S1-MME接口负责控制面，采用GE接口，S1-U接口负责用户面，采用10GE接口。
不同MME之间S10接口、MME与S-GW间的S11接口、SAE-GW间S5/S8接口以及SGSN与MME、SAE-GW/GGSN间的Gn接口以及DNS查询接口和SGi接口采用CMNet网络承载，若设备处同一局址可经局域网互连；若为异局址通过防火墙接入CMNet接入路由器进行互通。
MME/SGSN与HLR/HSS间的S6a接口采用完全构架在IP之上Diameter协议，采用如独立组网阶段所介绍的DRA分级组网方式进行信令互通，采用在IP承载网虚拟信令IP化VPN承载信令，MME/SGSN与MSC Server间SGs接口实现语音及短信业务，通过IP承载网虚拟软交换信令VPN方式承载。
数据业务实现
数据业务是LTE网络的主营业务，作为GPRS的替换或升级网络，网络建设初期会与GPRS网络共存，共存情况下2G/3G及LTE业务的数据路由选择如图5所示。
驻留在LTE网络的LTE用户通过E-UTRAN接入融合EPC网络访问外网数据，此部分会给用户带来全4G的快速上网体验；驻留在2G/3G网络的LTE用户通过2G/3G RAN接入GPRS网络的SGSN，SGSN向融合DNS发起EPC查询，建立至SAE-GW连接访问外网数据，此路由需要BOSS支持处理PGW-CDR话单；驻留在2G/3G网络的2G/3G用户以负荷分担的方式通过2G/3G RAN接入GPRS或EPC网络，进而访问外网数据。另外，PCRF、CG、DNS、OMC均需改造为融合设备或是新建设备以支持策略、计费、联合DNS查询、网络管理等功能。
语音业务实现
针对LTE的语音业务，大致呈现为CS Fall Back、SR-VCC、VoLTE三个分阶段演进的解决方案，在3GPP R8/R9的版本中引入并完善CSFB方案，在此方案中，语音及短信业务回落至2G/3G网络中完成；SR-VCC（Single Radio Voice Call Continuity）为单射频无线语音呼叫连续性解决方案，LTE作为语音业务的承载网络，由IMS核心网进行呼叫控制及业务触发，但是在LTE网络覆盖不全或信号强度弱于2G/3G网络时，语音实现切换至2G/3G网络，此方案为演进的过渡方案；业界公认的LTE语音解决方案即VoLTE将在LTE建设的后期实现，此时LTE网络已完成全覆盖，VoLTE基于IMS语音业务，得利于IMS支持多种接入和丰富的多媒体业务，VoLTE将大大提升用户体验。
在LTE商用初期，语音业务采用CSFB方案，需要对现网的部分与LTE重覆盖MSC Server进行升级改造，若MSC Server已经组Pool，则选取其中2个异局址的端局进行改造，改造后支持SGs接口功能及CSFB功能，包括通过SGs接口实现短信功能。
多模单待CSFB终端在2G/3G及LTE网络中联合注册并平时驻留在LTE网络，完成数据和短信业务，但在进行回落时数据业务会被中断，语音业务通过CSFB技术回落至2G/3G网络执行，业务结束后再返回至LTE网络，整个过程由CSFB回落以及返回两部分构成。目前，得到一致认可的CSFB回落技术为RRC方案，有R8、R9两个版本，R8版本中，由网络侧发起RRC Release消息（携带回落目标小区信息）使UE回落至2G/3G，回落后的UE读取2G/3G系统广播参数，R9版本是对R8的优化，在RRC Release消息中增加了系统广播参数，缩短UE回落时间，R8版本同R9比较而言不用对现网设备进行额外改造，是目前部署阶段主要采用的过渡方案，后续会引入R9方案。所谓返回技术是指语音业务结束后，UE重新返回LTE网络的过程，有空闲态小区重选和快速返回FR（Fast Return）两种方案，空闲态小区重选是指用户挂机后，UE根据2G/3G广播的LTE邻区信息，满足信号强度等条件后，重选回LTE网络，室内测试返回用时25~40S，室外测试返回用时29~52S，FR是指用户挂机时，2G/3G网络在释放用户信道的同时下发LTE邻小区频点，UE按网络指示测量并快速在指定频点返回LTE网络，若返回成功，测试用时0.5~1S，若返回失败，需35~55S回到2G/3G驻留，在LTE覆盖较好的区域，FR明显优于空闲态小区重选方案，但其改造范围较大，需要对所有与LTE覆盖重叠区域BSC进行改造，所以目前部署主要采用小区重选方案，后续按需部署FR方案。
LTE独立组网
独立组网适用于实验网阶段，组建小型网络，应用于个别城市或某些省份的部分城市，尽可能对现网不产生影响，即小范围内孤岛式组网，网元设备尽量采用新建的方式。
网络组织
核心网建设需新建的网元有MME、S-GW、P-GW、HSS、CG、DNS、CE等网元，由于是小范围组网，不用建设DRA设备，同时关于流量控制及计费控制PCRF也可暂不考虑。实验网阶段，LTE只承载数据业务，用户以数据卡和CPE终端为主，网络组织结构如图1所示。
EPC数据业务通过SAE-GW（P-GW）与外部数据网间的SGi接口疏导，承载在CMNet网络，新建一对CE设备保证EPC网络的独立性，通过防火墙将CMNet与EPC网络隔离，保证安全性；不同省份可根据需要考虑是否对试验网做计费功能，若进行计费，则通过DCN承载网络统一承载网管及计费数据，新建网元通过本局接入交换机接入DCN网络；如果实验网计划完成2G/3G用户使用LTE数据业务，则需要互通2G/3G/LTE数据，新建HSS接入现有七号信令网，完成数据业务疏导，此时要新建网元BG，作为两张网络的边界网关；由于是本地组网，不需考虑网间数据疏导，否则EPC网络要接入IP承载网。
路由原则
LTE用户在归属地使用数据业务采用本地路由，路由为MS——eNodeB——归属地S-GW—归属地P-GW—外部数据网，如图2中路由1所示，用户漫游到拜访地使用通用APN访问数据业务就近进入拜访地网络，路由为MS——eNodeB—拜访地S-GW—拜访地P-GW—外部数据网，如图2路由3所示，用户漫游到拜访地使用区域APN访问数据业务就近进入拜访地网络，然后路由指向再回到归属地网络从归属P-GW出口访问，路由为MS——eNodeB—拜访地S-GW—归属地P-GW—外部数据网。
由于是小范围组网，大部分地区没有LTE覆盖（即便是规模组网，在早期LTE也只能完成部分覆盖），这便出现2G/3G用户通过EPC访问外部数据网，与上文所述用户驻留LTE网络访问业务情况相似，只不过用户接入方式不同，如图5描述了几种情况下的路由选择。目前，LTE终端已多模单待为主，用户同时驻留2G/3G/LTE网络，在LTE覆盖区域优选LTE网络，在非LTE覆盖区域内，用户回落至2G/3G网络。
其他规划
IP地址规划：设备及用户IP地址均采用IPV4私有地址。设备IP地址包括eNodeB与EPC间接口地址，包括网管及业务地址，同时每个IP地址规划不同的VLAN用以隔离二层通信；EPC与2G/3G互通的IP地址针对实验网阶段即是分配BG地址；EPC采用全IP架构，内部组网均要分配IP地址；用户IP地址由P-GW内置DHCP功能动态分配。
计费及网管规划：核心网侧新建CG用于计费系统，由CG接入现网BOSS系统；避免对现网影响，核心网设备新建同厂家OMC网管，通过北向接口由OMC网管接入本省的网管系统。
时间及时钟同步：融合HSS/HLR需要时钟同步，就近接入本局址BITS系统获取同步信号；时间同步信号由现网NTP Server服务器提供。
实验网阶段LTE只要求满足数据业务，实现LTE用户与2G/3G用户互操作，需要对现网SGSN进行改造，原则上对与LTE同覆盖或相邻覆盖区域的SGSN进行改造，改造网元数量尽可能少以减少对网络影响，改造SGSN支持USIM卡的五元组鉴权、支持识别不同类型终端选路功能、支持由DNS查询地址信息后建立至P-GW的连接。2G/3G与LTE互操作实现如图3所示。
由于实验网阶段不要求实现语音和短信业务，对现网CS域无需改造，改造的内容将会在后边介绍。
LTE规模组网
TD-LTE技术已经成熟，中国移动为摆脱3G时代的不利局面，对中国拥有更多中国自主知识产权的TD-LTE尤为青睐，与此同时，芯片厂商纷纷致力于多模多频芯片的研究，终端市场风生水起，来自GSA数据截止3月，已有166款TD-LTD终端设备，目前主要以数据类终端为主，包括上网卡、MiFi、CPE等，随着28nm工艺芯片的推出，手持智能终端将遍地开花。从FDD商用经验来看，语音业务解决方案的成功与否直接影响用户体验，目前CSFB为主流语音技术方案，并可能较长期存在一段时间，综上TD-LTE商用部署具备规模组网条件。
建设原则
（1）采用2G/3G/LTE融合方式建设核心网
优先采用升级改造现网设备的方式，实现HSS/HLR、MME/SGSN、SAE
GW/GGSN以及CG、DNS、PCRF融合，为满足用户“不换号、不登记、快速便捷换卡”使用LTE业务，本期工程应实现全网HSS/HLR融合，且各网元的融合改造应逐步推进，避免盲目扩大改造范围，对于具备条件的省，应引入SGSN/MME POOL，提高网络安全性。
（2）构建高效的神经网络
考虑中国幅员辽阔，信令网采用“基地集中省集中”的分级结构建设IP信令网，对于信令大省分别建设1对H/LDRA设备转接省内及省际信令，其余省份按照南北地区分区建设2对H/LDRA设备，负责转接区域内各省省内及省际信令，各H/LDRA采用网状互联，各省MME/SGSN、HSS/HLR、SAE GW/GGSN、融合PCRF设备均接入所归属的DRA设备，引入Diameter信令协议栈规模组网。
（3）核心网集中化设置，统筹规划，分步实施，确保安全
尽可能控制改造网元数量规模，尽可能少的引入过渡方案，继续采用“双路由、双节点”容灾备份方案保证网络安全。
网络组织及承载
商用阶段的LTE网络应带给用户更快的上网体验，同时并不丢弃原有的通信功能，网络建设应支持语音业务、短信业务、更高速率的数据业务，采用融合建设方式，融合LTE网络结构图如图4所示。
目前，电路域核心网建设以本地网建设为主，呈现向省会城市集中的趋势，分组域核心网采用集中建设方式，同样，LTE核心网也采用集中式建设，融合HLR/HSS采用现网改造或新建方式集中在省会建设，内部利用逻辑隔离区分各地市本地网，MME及SAE-GW采用现网改造SGSN、GGSN或新建的方式在省会集中建设，按照3GPP R8版本必选功能要求，控制面上当MME数量大于1个且覆盖连续时则部署MME Pool，用户面上当S-GW数量大于1个时部署S-GW Pool，即eNodeB与S-GW间采用全连接方式互联。[!--empirenews.page--]
S1接口（含S1-MME和S1-U）采用PTN网络承载，从维护角度看由传输专业负责，从性价比角度看，跨本地网传输较之IP承载网具有时延小、投资少等优点，采用核心PTN设备开启L3 VPN功能、汇聚及接入PTN设备开启L2 VPN功能方案，S1-MME接口负责控制面，采用GE接口，S1-U接口负责用户面，采用10GE接口。
不同MME之间S10接口、MME与S-GW间的S11接口、SAE-GW间S5/S8接口以及SGSN与MME、SAE-GW/GGSN间的Gn接口以及DNS查询接口和SGi接口采用CMNet网络承载，若设备处同一局址可经局域网互连；若为异局址通过防火墙接入CMNet接入路由器进行互通。
MME/SGSN与HLR/HSS间的S6a接口采用完全构架在IP之上Diameter协议，采用如独立组网阶段所介绍的DRA分级组网方式进行信令互通，采用在IP承载网虚拟信令IP化VPN承载信令，MME/SGSN与MSC Server间SGs接口实现语音及短信业务，通过IP承载网虚拟软交换信令VPN方式承载。
数据业务实现
数据业务是LTE网络的主营业务，作为GPRS的替换或升级网络，网络建设初期会与GPRS网络共存，共存情况下2G/3G及LTE业务的数据路由选择如图5所示。
驻留在LTE网络的LTE用户通过E-UTRAN接入融合EPC网络访问外网数据，此部分会给用户带来全4G的快速上网体验；驻留在2G/3G网络的LTE用户通过2G/3G RAN接入GPRS网络的SGSN，SGSN向融合DNS发起EPC查询，建立至SAE-GW连接访问外网数据，此路由需要BOSS支持处理PGW-CDR话单；驻留在2G/3G网络的2G/3G用户以负荷分担的方式通过2G/3G RAN接入GPRS或EPC网络，进而访问外网数据。另外，PCRF、CG、DNS、OMC均需改造为融合设备或是新建设备以支持策略、计费、联合DNS查询、网络管理等功能。
语音业务实现
针对LTE的语音业务，大致呈现为CS Fall Back、SR-VCC、VoLTE三个分阶段演进的解决方案，在3GPP R8/R9的版本中引入并完善CSFB方案，在此方案中，语音及短信业务回落至2G/3G网络中完成；SR-VCC（Single Radio Voice Call Continuity）为单射频无线语音呼叫连续性解决方案，LTE作为语音业务的承载网络，由IMS核心网进行呼叫控制及业务触发，但是在LTE网络覆盖不全或信号强度弱于2G/3G网络时，语音实现切换至2G/3G网络，此方案为演进的过渡方案；业界公认的LTE语音解决方案即VoLTE将在LTE建设的后期实现，此时LTE网络已完成全覆盖，VoLTE基于IMS语音业务，得利于IMS支持多种接入和丰富的多媒体业务，VoLTE将大大提升用户体验。
在LTE商用初期，语音业务采用CSFB方案，需要对现网的部分与LTE重覆盖MSC Server进行升级改造，若MSC Server已经组Pool，则选取其中2个异局址的端局进行改造，改造后支持SGs接口功能及CSFB功能，包括通过SGs接口实现短信功能。
多模单待CSFB终端在2G/3G及LTE网络中联合注册并平时驻留在LTE网络，完成数据和短信业务，但在进行回落时数据业务会被中断，语音业务通过CSFB技术回落至2G/3G网络执行，业务结束后再返回至LTE网络，整个过程由CSFB回落以及返回两部分构成。目前，得到一致认可的CSFB回落技术为RRC方案，有R8、R9两个版本，R8版本中，由网络侧发起RRC Release消息（携带回落目标小区信息）使UE回落至2G/3G，回落后的UE读取2G/3G系统广播参数，R9版本是对R8的优化，在RRC Release消息中增加了系统广播参数，缩短UE回落时间，R8版本同R9比较而言不用对现网设备进行额外改造，是目前部署阶段主要采用的过渡方案，后续会引入R9方案。所谓返回技术是指语音业务结束后，UE重新返回LTE网络的过程，有空闲态小区重选和快速返回FR（Fast Return）两种方案，空闲态小区重选是指用户挂机后，UE根据2G/3G广播的LTE邻区信息，满足信号强度等条件后，重选回LTE网络，室内测试返回用时25~40S，室外测试返回用时29~52S，FR是指用户挂机时，2G/3G网络在释放用户信道的同时下发LTE邻小区频点，UE按网络指示测量并快速在指定频点返回LTE网络，若返回成功，测试用时0.5~1S，若返回失败，需35~55S回到2G/3G驻留，在LTE覆盖较好的区域，FR明显优于空闲态小区重选方案，但其改造范围较大，需要对所有与LTE覆盖重叠区域BSC进行改造，所以目前部署主要采用小区重选方案，后续按需部署FR方案。
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