4G技术演进的PTN网络发展与研究

4G技术演进的PTN网络发展与研究

李东华

中国移动通信集团广东有限公司茂名分公司

摘要：对今后的LTE-A、LTE-B等一些无线网技术演进，本文对PTN网络的发展策略做了一些研究，着重进行比较和论述了新建平面承载4G业务和基于现网逐步改造扩容两种策略。

关键词：PTN；LTE；LTE-A；4G；5G；发展策略

在移动互联网的发展下，数据业务需求呈非常迅速的增长趋势，面对今后4G技术的发展与演进，3G时代现有的PTN网络面临着十分严峻的挑战。本文对PTN网络的发展策略着重研究，使其可以对4G技术未来向LTE-A、LTE-B演进的承载需求得到满足。

一、PTN技术背景

我国迅速发展的科技水平与不断提升的经济水平，使我国建设通信传输网络的速度快速的提升，与此同时，网络的业务水平也不断的在提高，对于通信网络，系统也提出了更加严格的要求。在这种环境下，通信方面传统的管理系统与控制系统已经不能满足于人们对信息的需求。在运用传统落后的通信技术时，OAM技术与SDH技术是比较常见的，这两种技术能够通过连接端，使业务方面的水平得到提升。由于社会多元化与信息化的进程在不断加快，个性化业务和全IP业务的种类不断的增加，业务方面的流量也在逐渐增加，IP专业由于之前的SDH传输技术而导致传输效率降低，劣势显得越发明显，全业务的发展很难适应，这为研究PTN技术提供理论方面的基础。

二、4G技术演进

1、无线业务的发展现状和趋势

移动互联网应用和智能手机正在飞速发展，对人们工作生活的方方面面有着深刻影响，从而使用户的移动通信行为发生改变，最流行的通信业务已不再是语音，移动数据类的通信趋于主流。其最为明显的变化就是移动数据流量呈显著增长趋势：手机上网用户比例大于70%；全网流量增长47%，手机上网流量增长89%；每用户DOU增长44%达到106M；4G流量占全网总流量数的5%并呈快速上升趋势，存量用户换4G之后DOU增长超过1倍。中国通信运营商的流量经营目前处于初级阶段，中国手机用户DOU跟日韩比较，大概落后4-5年。

图1移动数据流量对比图

就未来来看，网络技术、业务应用、智能终端和运营商的竞争都会推动人类社会信息交互方式进一步升级，移动数据流量呈爆发式增长趋势。我国5G推进工作组进行了预测，移动互联网和物联网在未来的移动通信发展来说，是两大主要驱动力，2010-2020年间中国移动数据流量将会增长300倍，北上广等一些大型城市会增长600至1000倍。

2、4G技术发展现状与趋势

2013年，中国移动获得4G（TD-LTE）牌照，2014年，中国移动全面发展LTE网络，计划建成为全球最大的4G网络，到年底TD-LTE基站数大于50万个，主要城市实现连续覆盖。LTE也被称作3.9G，与4G的技术指标十分接近，除上行峰值速率和最大带宽这两个指标略低于4G的要求以外，其它的技术指标已经能够达到4G标准要求。把LTE正式带入4G的LTE-A技术的设计则远远超过4G的最小需求。2008年6月，3GPP作出LTE-A技术需求报告，提出LTE-A最小的需求：下行峰值速率1Gbps，上行峰值速率500Mbps。当前LTE-A已在部分地区和国家有试用的网络。在2020年前，LTE-A和LTE-B是无线目标网络。

目前还没有对5G技术制定具体标准。按照韩国的5G技术发展目标，5G的数据传送速度将会比4G最高的速度还要快上100倍，而且还具备有无线传输容量扩大、低功率化和连接所有物品等三大条件。我国的IMT-2020（5G）推进工作组指出，今后2020年起，5G将提供给用户如光纤般的接入速率，“零”延时的使用体验，千亿设备连接能力，超高流量密度、超高移动性和超高连接数密度等多场景一致的服务，智能优化业务及用户感知，最终实现“信息随心至，万物触手及”的总体愿景。

图2LTE技术趋势

LTE-A有可能引入的CoMP等一些新技术，这就要求相邻小区之间承载带宽需求增加到回传带宽的十倍、严格十倍时延。提升热点区域的接入容量，同时，接入站点的数量也同步增长，传输覆盖难度增大，远端微站覆盖密集，就要对传送网络做好预覆盖，从而满足需求。EMMBS、VoLTE等一些LTE新业务带给PTN网络新需求，VoLTE复杂，提出了新的要求给QoS/告警/性能等可维护性，话音业务对于网络质量也提出更高的要求，PTN网络的可维护性面临着全新的挑战，IPv6、EMMBS组播等一些新业务也带来新的要求给PTN网络。由上可知，传送网PTN网络架构必须具备有超宽带、易扩展、密集覆盖与质量高的弹性网络特征，从而应对4G技术带来的一系列挑战。

三、分析PTN网络发展策略

1、分析PTN网络现状

中国移动从2010年起，为了应对3G基站的IP化需求，对PTN网络的建设大规模推进。比较3G基站，4G回传的流量显著增加，计算每个接入环6～8个基站，在接入层的流量能够达到480～640M，考虑2G/3G与政企专线的综合承

载因素，现有的GE接入环容量在需求上能勉强满足，但是在热点区域需大量进行GE裂环与叠环，有些区域甚至要引入10GE的接入环，在汇聚层上，广泛部署10GEPTN的设备对4G大流量的要求难以满足，需要按照10GE环叠加扩容的方式对网络进行改造。

如今PTN技术的发展，不断更新换代的通信厂商设备型号，PTN汇聚层设备，比如华为7900、中兴6500等等，已经能够支持40G/100G组网，但是，中国移动网现部署的PTN设备有很大一部分无法对老设备平滑升级，如华为3900、中兴6300等等。

现有网络存在以下几点问题：

（1）不足的平台能力：现网接入层90%的设备在平滑升级上不支持至10G/40G，汇聚层85%的设备对平滑升级不支持至40G/100G，随着今后数据流量爆增，需要大规模的进行替换。

（2）相互影响、混合承载：需同时满足4G与专线发展的需求，很容易造成顾此失彼，并且网络不断的改造扩容对于2G、3G业务的稳定产生很大的影响。

（3）没法持续的演进：现网无法支持VoLTE、IPv6、EMBMS等新兴业务。

图3PTN现网存在的问题

2、PTN网络发展策略

4G技术由LTE向着LTE-A与LTE-B演进，带宽瓶颈是PTN网络面临的最大问题。从长远来看：需要加快100G在城域汇聚的部署，设备需要具备100G能力，来面向400G；10GE在接入环中是主要场景，选用具备有10GE能力的设备建设LTE接入环，是比较合适的选择。

（1）LTE

接入环带宽（GE）=基站数（6）*每基站平均带宽（0.8G）。

汇聚环带宽（10GE）=接入环数（20）*每接入环带宽（0.5G）*收敛比（75%）。

（2）LTE-A

接入环带宽（10GE）=基站数（6）*每基站平均带宽（1G）。

汇聚环带宽（100G）=接入环数（20）*每接入环带宽（6G）*收敛比（75%）。

（3）LTE-B

接入环带宽（40GE）=基站数（6）*每基站平均带宽（2.5G）。

汇聚环带宽（400G）=接入环数（20）*每接入环带宽（15G）*收敛（75%）。

为应对4G技术的发展，尤其是带宽需求方面的指数增长，从PTN网络发展路线的角度看，有两种能够选择的发展策略：

（1）策略一：根据现有的PTN网络不断的改造扩容，混合承载各类业务近期按照4G基站配置由S111升级到S222、S333的扩容需求，逐渐把现网汇聚环叠加扩到20GE/40GE，进一步的把接入环拆小；中期随着政企专线和基站需求的快速增长，业务较为密集区需要新建汇聚环，一部分的汇聚层设备要替换为100G，接入层替换成10GE；后期按照4G的发展要求，替换设备整体并逐渐升级到400GE

（2）策略二：新建面向4G发展的专用承载平面，业务分为平面承载现网PTN平面：在承载2G/3G/的集客业务定位；已经开通的4G业务逐步向新平面进行迁移，使现网的负载减轻；保留现网老型号的设备，资源能力面向政企专线业务以后大规模的进行发展，在原则上不再大规模的进行改造与扩容。

策略建议

鉴于PTN厂商的设备平台已经十分成熟了，且具备长期平滑演进能力，适合一步到位的建设新平面，就是保护投资，不但使工程复杂度降低，网络安全稳定性也能确保。

结语：

移动互联网的快速发展带动移动数据流量的增长，中国移动对4G网络大力建设，能够进一步的带动4G技术的发展。面对以后LTE-A单基站1G之上的带宽需求，以及VoLTE、IPv6、EMMBS组播等新业务带来的挑战，PTN网络要进行提前规划。各方面因素进行综合考虑，现阶段来说，新建PTN平面是较为合适的网络发展策略，由多业务混合承载逐渐转向4G业务分离承载，打造出适合未来无线网高质量的发展要求和高品质的业务传送网络。

参考文献：

[1]中国移动互联网发展报告（2014）.人民网研究院，2014.

[2]5G愿景与需求白皮书.IMT-2020（5G）推进组，2014.

[3]韩国5G技术发展东向.产业情报研究所（MIC），2012.

[4]刘健.POTN-后LTE时代的传送网络演进趋势[J].科技风，2014，（14）.

[5]黄海峰.LTE移动承载面临新挑战华为推智能SPTN方案[J].通信世界，2013，（27）.