Размещено на http://www.allbest.ru/

Дальневосточный Государственный Университет путей Сообщения

ПУТИ МИГРАЦИИ ОТ СЕТЕЙ 2G/3G К LTE

А.В. Кривошеев

О.В. Скоблецкая

Хабаровск 2017

Оглавление

• Введение
• 1. Модернизация радиоподсистемы и радиопланирование
• 2. Модернизация транспортной сети Mobile Backhaul
• 3. Виды синхронизации
• 4. Модернизация ядра мобильной пакетной сети Mobile Packet Core
• Вывод
• 
• Введение
• Мобильный ШПД становится более популярным, мобильный трафик растет серьезными темпами, все больше востребованы видеоуслуги через мобильные устройства, Web-серфинг, онлайн-игры и многие другие приложения. Поэтому такие технологии, как LTE, становятся обязательными в портфеле решений мобильного оператора.
• Миграция сетей от 2G/3G к сетям LTE является комплексной задачей и подразумевает работы сразу по нескольким направлениям:
• • модернизация радиоподсистемы и радиопланирование;
• • модернизация транспортной сети Mobile Backhaul;
• • модернизация ядра пакетной сети Mobile Packet Core.

1. Модернизация радиоподсистемы и радиопланирование

Отличие в аппаратных частей радиоподсистемы LTE от сетей 2G/3G состоит в том, что в данных сетях нет контроллера базовых станций. Эту функцию частично выполняют базовые станции eNodeB (рис. 1).

Также базовые станци LTE умеют взаимодействовать напрямую друг с другом с помощью интерфейса Х 2 через транспортную сеть Mobile Backhaul. Этот интерфейс используется при процедуре handover (то есть переход абонента из зоны обслуживания одной БС в зону обслуживания другой) и передачи трафика при переходе. В классической архитектуре 2G/3G базовые станции могут производить обмен данными только через контроллер (топология "звезда"). Часто при миграции сети современные станции 3G могут быть модернизированы до БС LTE простым обновлением программного обеспечения.

Также нередко одна базовая станция может поддерживать функционал 2G/3G/LTE. В этих случаях процесс модернизации происходит с меньшими затратами.

Частоты LTE, выделенные для использования в Российской Федерации, принадлежат в основном диапазонам 800 и 2600 МГц. Радиопланирование в случае LTE существенно не отличается от этого процесса для ЗG-сетей и включает в себя такие фазы, как:

• определение приблизительных бюджетов радиоканалов;

• детальное моделирование распространения радиоволн;

• оптимизация и точная настройка для каждой вышки (БС);

• тестовые испытания и корректировка.

Если сравнивать бюджет радиоканала HSPA (3G), то LTE имеет преимущество порядка 2 дБ за счет меньших значений интерференции. Более высокие частоты 2600 МГц предпочтительны для плотной городской застройки, поскольку позволяют организовать больше сот на одной и той же площади, что предпочтительно для больших скоростей передачи при большом количестве абонентов. Частоты 800 МГц можно использовать в загородной местности, так как они обеспечивают большее покрытие при меньшей емкости на единицу площади и за городом обычно не требуются такие скорости, как в городе, так как плотность абонентов значительно меньше.

2. Модернизация транспортной сети Mobile Backhaul

После того как оператор получит частоты и пройдет все необходимые процедуры согласования, наиболее важным является вопрос транспортной инфраструктуры. Хорошо, если у оператора уже есть транспортная IP/MPLS сеть достаточной емкости. Этот вопрос важен, поскольку базовая станция LTE на текущий момент может генерировать порядка 100-200 Мбит/с трафика. При этом БС 2G в основном используются для передачи голосовой информации с минимальным объемом. Базовые станции 3G способны генерировать гораздо больший объем трафика (по сравнению с БС 2G), но обычно это все равно значительно меньше трафика БС LTE. Сети 2G/3G часто в качестве транспорта используют SDH (TDM) сети (рис. 2).

Емкость этих сетей рассчитана в основном на передачу небольших объемов трафика и голоса. Модернизация таких сетей зачастую связана с дополнительными большими инвестициями и не всегда приносит ожидаемую гибкость и масштабируемость при увеличении емкости. Это связано с характером передачи данных - коммутация каналов в отличие от пакетной коммутации IP-сетей. Большинство операторов уже при миграции к сетям 3G построило серьезную транспортную сеть IP/MPLS. Современные технологии позволяют подключать к такой сети традиционные базовые TDM-станции Е 1-интерфейсами. Для передачи TDM-трафика через IP-сеть используются методы эмуляции трафика Circuit Emulation over Packet Switched Network (CEoPSN) и Structure-Agnostic TDM over Packet (SAToP).

Основные вопросы, на которые необходимо ответить при проектировании сетей Mobile Backhaul для LTE, следующие:

• предполагаемые точки подключения БС и емкости каналов (определяется на этапе радиопланирования);

• интерфейсы, подключаемые БС к маршрутизатору Cell-Site-Router;

• тип LTE-стандарта, предполагаемого к внедрению на сети;

• каким образом будет осуществляться синхронизация БС;

• сервисная составляющая.

По первому вопросу имеет значение расположение будущих или существующих точек сети Mobile Backhaul. От этого зависит, какие каналы, какой емкости и в какие места необходимо протягивать. В связи с серьезным увеличением емкости сети чаще всего до базовых станций имеет смысл тянуть оптические каналы. К сожалению, это не всегда возможно, поэтому альтернативой является подключение пролетов пакетными радиорелейными линиями (РРЛ) "точка-точка", современные решения которых предлагают радиоканалы до 1 Гбит/с и более. Поскольку обычно РРЛ работают на гораздо более высоких частотах (десятки ГГц), чем LTE, то радиопомехи от РРЛ не влияют на работу БС LTE. БС LTE подключаются интерфейсом GigabitEthernet к маршрутизатору доступа Cell-Site-Router, в контексте этого имеет значение только тип интерфейса (оптический или медный). Если маршрутизатор находится в том же контейнере, что и БС, то логичнее будет подключить БС медным интерфейсом, при удалении - оптическим.

В настоящий момент существуют следующие разновидности LTE: LTE FDD (Frequency Division Duplex), LTE TDD (Time Division Duplex). И дальнейшее развитие стандарта - LTE Advanced, соответствующее требованиям к сетям четвертого поколения. Актуальными являются версии LTE FDD и LTE TDD. Основное отличие между ними - способ разделения каналов на прием/передачу. LTE FDD подразумевает две несущие частоты для приемопередачи, a LTE TDD - одну несущую частоту, но разделение по времени. Это имеет принципиальное значение с точки зрения синхронизации между БС. Технология LTE FDD подразумевает достаточность частотной синхронизации, a LTE TDD обязательно требует фазовую синхронизацию. В России используются оба типа технологий, поэтому выбор синхронизации может быть различен. Однако не стоит забывать, что технология LTE Advanced изначально подразумевает использование фазовой синхронизации, поэтому целесообразнее сразу рассматривать фазовую синхронизацию с прицелом на будущее.

3. Виды синхронизации

Существуют следующие наиболее распространенные варианты синхронизации:

• спутниковая - GPS/ГЛОНАСС;

• от существующей TDM-сети;

• с помощью пакетной сети IEEE 1588v2;

• с помощью пакетной сети SyncE.

Спутниковая синхронизация - проверенное временем рабочее решение, но необходимо учитывать зависимость точности от атмосферных и радиопомех. Из преимуществ синхронизации от TDM-сети следует отметить возможность использования существующей инфраструктуры без дополнительных вложений, однако не на всех планируемых узлах может быть возможность подключения от TDM-сети для синхронизации.

При использовании пакетных методов необходимо учитывать, что с помощью технологии SyncE можно восстановить только частоту, но при этом она обладает высокой точностью, так как передача происходит на физическом уровне. Стандарт IEEE1588v2 подразумевает передачу частотной и фазовой информации, поэтому может подойти для систем LTE TDD и LTE Advanced, но передача пакетов IEEE 1588v2 происходит не на физическом уровне и поэтому сильно зависима от текущей загрузки сети.

Изначально LTE - пакетная технология, поэтому традиционные голосовые услуги с помощью коммутации каналов здесь отсутствуют. Поэтому для передачи голоса была разработана технология VoLTE (Voice over LTE), обеспечивающая передачу голосовой информации в пакетном виде через сеть LTE и использующая инфраструктуру IMS (IP Multimedia Subsystem). На случай, если внедрение VoLTE по каким-либо причинам невозможно, консорциум 3GPP разработал технологию CSFB (Circuit Switch FallBack), суть которой заключается в использовании существующих сетей 2G/3G при голосовом вызове. Но этот метод имеет недостаток в виде задержки, доходящей иногда до десятков секунд при переключении из сети LTE в сеть 2G/3G.

4. Модернизация ядра мобильной пакетной сети Mobile Packet Core

радиоподсистема мобильный пакетный голос

При миграции от 2G/3G сетей в сторону сетей LTE многие элементы пакетного ядра LTE выполняют функции, схожие с 2С/ЗС-сетями. Так, например, Serving Gateway (SGW) обрабатывает и маршрутизирует пакетные данные, поступающие от базовых станций по аналогии с Serving GPRS Support Node (SGSN). Он взаимодействует с SGSN для передачи соединения при ухудшении покрытия или перегрузках (рис. 1), а также выполняет роль узла управления мобильностью для пользовательских данных при handover между базовыми станциями eNodeB. Mobility Management Entity (MME) отвечает за плоскость управления, а именно: мобильность, handover, слежение за абонентским терминалом, а также выбор SGW и аутентификацию пользователя при взаимодействии с Home Subscriber Server (HSS).

Packet Data Network Gateway (PDN GW) обеспечивает соединение от абонентского терминала к внешним пакетным сетям. Также он может являться шлюзом для не ЗСРР-технологий, таких как Wi-Fi или WiMAX. Сервер Policy Charges and Rules Function (PCRF) управляет сервисными политиками и устанавливает политики QoS для абонентских сессий.

HSS - сервер, хранящий абонентские данные. Является объединением Home Location Register (HLR) и Authentication Center (AuC), уже присутствующих в сетях 2G/3G HLR хранит информацию об идентификации абонента и адресации (например, номер телефона), а также информацию по абонентскому профилю.

Если говорить об аппаратной составляющей этих элементов, то зачастую функции элементов SGSN, GGSN, MME, SGW и PDN GW могут выполняться одним или двумя маршрутизаторами (без учета резервирования и нагрузки на устройства).

Вывод

В целом процесс миграции от сетей 3G к LTE менее затратен, так как многие операторы уже построили серьезные транспортные сети IP/MPLS с соответствующей оптической инфраструктурой при переходе от 2G к 3G 1 Э.ЮК 6 современные базовые станции 3G модернизируются в БС LTE, необходимо добавить лишь соответствующие антенны Multiple Input Multiple Output (MIMO) и обновить ПО.

Что касается аппаратной части ядра, то зачастую маршрутизаторы, выполнявшие роль SGSN/GGSN до этого, могут также выполнять функции элементов пакетного ядра LTE. Здесь больше стоит вопрос о производительности этих элементов, так как с внедрением LTE ожидается существенный рост мобильного трафика и соответственно нагрузки на эти элементы.

Другая сложность для оператора заключается в передаче голосовых вызовов через сеть LTE: это и необходимость разворачивания соответствующей инфраструктуры IMS, и повышенный расход аккумуляторов мобильных телефонов при осуществлении VoLTE-звонков. Сильные задержки при осуществлении голосового вызова при переключении на 3G-сеть ставят под сомнение возможность использования технологии CSFB в коммерческой эксплуатации.

Размещено на Allbest.ru