东莞松山区TD-LTE无线专网技术建议书V1.1


     东莞市松山湖区TD-LTE无线专网 版本 日期 作者 审核者 备注 V1.0 2012-7-23 2012版权所有 深圳键桥通讯技术股份有限公司 保留所有权利 版权声明: 本文档著作权由深圳键桥通讯技术股份有限公司享有。文中涉及深圳键桥通讯技术股份有限公司的专有信息,未经深圳键桥通讯技术股份有限公司书面许可,任何单位和个人不得使用和泄漏该文档以及该文档包含的任何图片、表格、数据及其他信息。 本文档中的信息随着深圳键桥通讯技术股份有限公司产品和技术的进步将不断更新,深圳键桥通讯技术股份有限公司不再通知此类信息的更新。 目录 2012版权所有 深圳键桥通讯技术股份有限公司 保留所有权利 1 1 背景 6 2 网络架构及总体目标 6 3 EPC核心网详细建设方案 7 3.1 EPC核心网络架构 7 3.1.1 核心网络整体结构 7 3.1.2 键桥通讯 EPC核心网业务连接拓扑 8 3.1.3 键桥通讯 EPC核心网网管连接拓扑 9 3.1.4 键桥通讯 EPC核心网和集群系统计费连接拓扑 10 3.2 核心网寻址方案 10 3.2.1 核心网设备编号建议 11 3.2.2 用户号码和地址资源 11 3.2.3 MME相关资源编号 11 3.2.4 SAE-GW相关资源编号 11 3.2.5 HSS相关资源编号 12 3.3 核心网IP地址需求及分配建议 12 3.3.1 接口地址需求及分配建议 12 3.3.2 业务地址分配建议 12 3.3.3 接口地址需求及分配建议 13 4 无线网详细建设方案 13 4.1 无线主设备介绍 13 4.1.1 BBU+RRU的SDR架构 13 4.1.2 键桥通讯TD-LTE BBU 14 4.1.3 BBU主要指标 14 4.1.4 BBU特性 16 4.1.5 键桥通讯TD-LTE RRU 17 4.1.6 RRU主要指标 18 4.1.7 RRU特性 18 4.1.8 连接组网方式 19 4.1.9 异构组网方式 20 4.2 频率组网方案 21 4.2.1 异频组网方案 22 4.2.2 同频组网方案 23 4.2.3 结论 24 4.3 链路预算及覆盖分析 24 4.3.1 链路预算流程 24 4.3.2 项目覆盖指标分析 25 4.3.3 链路预算关键参数取值分析 25 4.3.4 室外无线环境传播模型 26 4.3.5 控制信道链路预算 26 4.3.6 业务信道链路预算 28 4.3.7 结论 30 4.4 无线网络仿真 31 4.4.1 站点拓扑结果 31 4.4.2 无线网仿真 32 4.4.3 无线网络仿真结果 34 4.5 系统容量分析 37 4.5.1 峰值吞吐量分析 37 4.5.2 实际组网中吞吐量分析 38 4.5.3 系统仿真模型 38 4.5.4 2、8天线系统SE和ESE对比 40 4.5.5 系统实际容量分析 41 4.6 业务需求分析 42 4.6.1 VOIP容量分析 42 4.6.2 其它业务容量需求分析 43 4.7 传输带宽分析 44 4.7.1 单小区传输峰值带宽计算 44 4.7.2 站型传输带宽计算 45 4.7.3 传输带宽推荐配置 45 4.8 TD-LTE系统关键技术 45 4.8.1 灵活的调度策略 45 4.8.2 ICIC 46 4.8.3 多天线技术 47 5 网络管理建设方案 48 5.1 键桥通讯网管系统介绍 48 5.2 网管组网方案 50 5.2.1 逻辑结构 50 5.2.2 本地组网方案 50 5.2.3 远程组网方案 51 5.3 网管配置方案 52 5.4 网管分权分域方案 53 6 TD-LTE终端解决方案 55 6.1 TD-LTE模块 55 6.2 USB上网卡 55 6.3 CPE 56 6.4 智能手机和平板电脑 56 7 无线集群通信解决方案 57 7.1 ZXDSS集群系统架构 57 7.2 ZXDSS集群子系统网络整体结构 60 7.3 LTE集群系统业务类别关键技术 61 7.3.1 基本业务 61 7.3.2 调度功能 61 7.3.3 集群补充业务 62 7.4 系统容量和指标 62 7.4.1 LTE集群子系统系统KPI 62 7.4.2 LTE集群子系统移动性 63 7.4.3 LTE集群子系统容量 63 7.5 优势及亮点 63 8 网络安全保障方案 64 8.1 LTE/SAE安全架构 64 8.2 安全特征 65 8.2.1 用户到网络的安全 65 8.2.2 用户身份与设备标识的安全 65 8.2.3 实体认证 66 8.3 用户数据与信令数据的机密性与完整性保护 66 8.4 eNodeB的安全需求 67 8.4.1 概述 67 8.4.2 设置与配置功能安全要求 67 8.4.3 eNB中的密钥管理要求 67 8.4.4 eNB中用户面数据处理安全要求 67 8.4.5 eNB中安全环境要求 67 8.5 UE与EPC网元间的安全机制 68 8.5.1 AKA认证 68 8.5.2 密钥层次结构 69 8.6 UE与接入网网元及非接入层信令的间安全机制 70 8.6.1 AS(Access Stratum)安全 70 8.7 NAS(Non Access Stratum)安全 71 8.7.1 NAS机密性保护机制 71 8.7.2 NAS完整性机制 71 9 1.4G和1.8G频点对比分析 72 10 方案总结 72 10.1 创新产品打造东莞松山湖精品网络 72 10.2 统一网管系统方便客户网络维护 73 10.3 全系列终端解决客户后顾之忧 73 1 背景 东莞松山湖科技产业园区是2001年11月经省人民政府批准设立的高新技术产业开发区。园区地处东莞的几何中心,规划控制面积72平方公里,有近8平方公里的淡水湖,生态环境优越。松山湖是东莞落实科学发展观,创新发展模式、创新发展环境、创新发展能力的示范区,将努力发展成为国内外著名企业聚集中心、研发服务中心和人才教育中心。 开发建设五年多来,松山湖在省委省政府、市委市政府的关心支持下,快速推进各项建设。已建成130多公里道路和100万平方米设施,初步搭建起新城市框架。建成生产力促进基地、留学人员创业园、国家电子信息产业基地、中国青年留学人员创业基地、虚拟大学园和中小科技企业创业园等一批科技创新载体,吸引了武汉大学、华中科技大学、东莞理工学院、广东医学院等一批院校及培训机构,引进了广东电子工业研究院、广东华南工业设计院、华中科技大学制造工程研究院、东莞中子科学中心等一批科研机构和科技企业,建立了电路设计与实验中心、电子产品标准研究与测试中心等公共创新技术平台以及集成电路设计、纳米技术、电化学等一批重要实验室。与国内其他高新区相比,松山湖园区具有三个鲜明的特点。一是打好莞港合作牌。根据东莞港资企业众多、香港产业支援服务业发达的特点,松山湖园区密切加强与香港政府合作,以莞港政府合作项目—莞港生产力促进基地为主要载体,加快建设创新及知识产权管理中心、设计及科技创建中心、清洁生产及持续发展中心、精益制造及管理中心、生产力培训学院等服务功能平台,为东莞产业发展提供全方位生产力提升服务。同时,东莞市政府正在积极争取香港创新科技署、香港生产力促进局的支持,联合共建松山湖园区,为促进香港、东莞两地经济社会共同繁荣创造良好条件。二是打好升级服务牌。与国内其他高新区不同,松山湖园区肩负着为东莞全市经济社会双转型提供服务的历史重任。松山湖园区不仅为东莞产业升级转型提供了强大的科技和中介服务支撑,而且通过引进国内外行业龙头项目带动了东莞特别是园区周边一大批相关配套产业的发展,对东莞产业升级转型产生了强大的辐射带动效应。三是打好生态环境牌。松山湖园区始终坚持“融山、水、园为一体”、“科技与山水共一色”等彰显生态特色的规划理念,开发建设过程中严格按照ISO14001环境管理体系标准,最大限度保护原有生态环境,使松山湖园区以生态环境优势在全国开发区中迅速脱颖而出。 2 网络架构及总体目标 键桥通讯针对于东莞市松山湖区TD-LTE无线专网系统。系统包括业务平台、核心网、无线网、终端芯片在内的端到端解决方案,同时还可以提供专业的网规网优服务和网规网优工具,能够为客户提供一站式全面解决方案。 其中EPC核心网络与LTE无线侧基站组建一套标准的LTE系统,专用于高速数据业务,整体拓扑图如下所示: 图 1-1 网络拓扑结构图 本期工程计划建设TD-LTE无线基站,每个站点三个扇区,每个扇区采用8通道天线。 本期无线网使用1447~1467MHz频段中的20MHz连续可用带宽,采用同频组网方式进行组网。 3 EPC核心网详细建设方案 3.1 EPC核心网络架构 3.1.1 核心网络整体结构 核心网机房站点接入分为业务/信令层面和网管信令层面。考虑到组网架构的清晰和管理的方便,设置网管计费交换机一对,对网管和计费汇聚将业务和网管/计费组网隔离开方面维护。 各个网元的业务和信令接口直接和IP承载网络PE设备连接。 图 2-1 组网方案拓扑结构 3.1.2 键桥通讯 EPC核心网业务连接拓扑 根据上述整体组网方案中的描述,核心网业务连接的拓扑图如下: 图 2-2 核心网业务连接拓扑图 业务组网拓扑图中, 蓝色线条为MME出线,分别为到eNB的S1-MME接口、MME之间的S10接口、到S-GW的S11接口、到HSS的S6a接口。 红色线条为SAE-GW出线,分别为S-GW到eNB的S1-U用户面接口、S-GW到MME的S11接口、P-GW到PDN的SGi接口。SAE-GW逻辑上为S-GW和P-GW的合设设备。 黄色线条为HSS的S6a接口。 3.1.3 键桥通讯 EPC核心网网管连接拓扑 键桥通讯EPC核心网设备采用刀片服务器V4平台和T8000路由器平台实现。对于采用刀片平台的MME、HSS、DNS等设备,网元的本地OMM网管集成在主控刀片上,由主控刀片提供网管接口连接到OMC统一网管;对于采用T8000路由器平台的xGW设备,网元的本地OMM网管集成在MPU主控单板上,由MPU提供网管接口连接到OMC统一网管。 键桥通讯NetNumen U31统一网管、无线侧OMM集中网管都架设在汇聚机房网中。另外,ZXDSS集群子系统的OMM网管也接入到核心网的OMC统一网管中进行集中管理。 汇聚机房核心网网元网管连接图 图2-3 汇聚机房核心网网元网管连接图 3.1.4 键桥通讯 EPC核心网和集群系统计费连接拓扑 CG计费网关架设在汇聚机房中,计费接口和网管接口共用接入设备。 图2-4 EPC核心网和集群系统计费连接拓扑图 3.2 核心网寻址方案 EPC网络内部主要网元之间寻址方案参见下表。 表 2-1 核心网络内部主要网元之间寻址方案建议 场景 关键标识 寻址方案 eNodeB路由到MME ---- 在同一个MME POOL内基于MME负荷选择用户接入MME MME路由到HSS IMSI MME和HSS直连,MME通过号码分析直接找到HSS MME路由到MME TAI Handover过程中,使用Target TAI信息进行路由 tac-lb<TAC-low-byte>.tac-hb<TAC-high-byte>.tac.epc.mnc<MNC>.mcc<MCC>.3gppnetwork.org Attach和TAU过程中,使用GUTI信息进行路由 mmec<MMEC>.mmegi<MMEGI>.mme.epc.mnc<MNC>.mcc<MCC>.3gppnetwork.org MME寻址P-GW APN 在建立承载过程中,使用APN信息路由到P-GW <APN-NI>.apn.epc.mnc<MNC>.mcc<MCC>.3gppnetwork.org MME寻址S-GW TAI Attach、TAU/RAU时、切换时使用TAI信息进行路由 tac-lb<TAC-low-byte>.tac-hb<TAC-high-byte>.tac.epc.mnc<MNC>.mcc<MCC>.3gppnetwork.org 可使用拓扑开关,寻找与PGW合一设置或最近的SGW网元 3.2.1 核心网设备编号建议 3.2.2 用户号码和地址资源 表2-2 用户号码和地址分配建议 资源名称 用途 编号建议 MSISDN ---- 不同区域采用不同号段 IMSI ---- 不同区域采用不同号段 IP 终端地址 不同区域分配不同地址段 3.2.3 MME相关资源编号 表 2-3 MME资源编号建议 资源名称 用途 编号建议 MME Group ID MME组标识,eNodeB选择MME时使用 例如0x1000 MME Code MME组内标识,eNodeB选择MME时使用 同一Group内不同MME按照顺序编号 Diameter 主机名 S6a接口使用 mme+编号.机房.城市.域名,例如A汇聚机房mme,编号为: mme1. chamberA.beijing.gov.cn Diameter域名 S6a接口使用 例如gov.cn 3.2.4 SAE-GW相关资源编号 表 2-4 SAE-GW资源编号建议 资源名称 用途 编号建议 APN -------- 各个不同政府部分分配不同APN,例如 policesvr S-GW canonical-node-name 用于MME选择S-GW SAEGW+编号.机房.省份.域名, 例如A汇聚机房S-GW,编号为: sgw1. chamberA.beijing.node.epc..tdlnetwork.gov P-GW canonical-node-name 用于MME选择P-GW SAEGW+编号.机房.省份.域名, 例如A汇聚机房S-GW,编号为: pgw1. chamberA.beijing.node.epc..tdlnetwork.gov Diameter主机名 用于Gx/Gy口寻址 SAEGW+编号.机房+省份.域名, 例如A汇聚机房SAE-GW,编号为:pgw1.maliandao.beijing. gov.cn Diameter域名 用于Gx/Gy口寻址 例如gov.cn 3.2.5 HSS相关资源编号 表 2-5 HSS资源编号建议 资源名称 用途 编号建议 Diameter主机名 S6a接口使用 HSS+编号.机房+省份.域名, 例如A汇聚机房HSS,编号为:hss1.chambera.beijing.gov.cn Diameter域名 S6a接口使用 例如gov.cn 3.3 核心网IP地址需求及分配建议 3.3.1 接口地址需求及分配建议 键桥通讯 MME/SGW/PGW网元采用路由器架构实现,业务地址和接口地址完全分离,在IP规划时必须同时考虑接口地址和业务地址。除了网管接口外,键桥通讯 EPC网元接口板工作在负荷分担方式,各接口地址必须配置在不同网段。因此键桥通讯在LTE站点方案中需根据VLAN进行IP规划,可根据业务安全域规划IP地址网段。 3.3.2 业务地址分配建议 表 2-6 业务地址分配建议 业务安全域 EPC网元 本期业务地址数量 承载的业务类型 S1 MME 1 S1-MME S/P-GW 6 S1-U GTP MME 1 S10/S11/DNS S/P-GW 6+ 6+2 S5/ S11 Diameter MME 1 S6a HSS 1 S6a S/P-GW 1 Gx Ga S/P-GW 6+ 6 Ga 3.3.3 接口地址需求及分配建议 表 2-7 接口地址需求及分配建议 业务安全域 EPC网元 接口地址网段数量(包含对CE的地址需求) 承载的业务类型 S1 MME 2(30位掩码) S1-MME S/P-GW 2(30位掩码) S1-U GTP MME 2(30位掩码) S10/S11/DNS S/P-GW 2(30位掩码) S5 /S11 DNS 1(28位掩码) DNS Diameter MME 2(30位掩码) S6a S/P-GW 2(30位掩码) Gx HSS 2(30位掩码) S6a Ga S/P-GW 2(30位掩码) Ga CG 1(28位掩码) Ga,与SP-GW互通 Billing CG 1(28位掩码) 与计费中心互通 SGi S/P-GW 2(30位掩码) SGi O&M MME 1(27位掩码) O&M S/P-GW O&M CG 与EMS互通 EMS 与MME/SGW/PGW/CG互通 DNS 与EMS互通 北向(若需要) EMS 1(28位掩码) 与上级网管互通 IP承载网 PE 2(30位掩码) 与IP承载网互通 注:以上地址需求,为汇聚机房地址建设需求。 4 无线网详细建设方案 4.1 无线主设备介绍 4.1.1 BBU+RRU的SDR架构 2008年,键桥通讯率先推出基于BBU+RRU的SDR技术的新一代基站并规模商用。BBU+RRU光纤基站解决方案的核心思想是将基站的基带部分和中频/射频部分分开,使基带共享资源池(BBU)集中放置,通过光纤与远端单元(RRU)相连,相比传统馈线基站安装更加灵活快捷,对机房的要求降低,能够实现经济、灵活、快速建网。 图3-1 BBU+RRU光纤基站解决方案 键桥通讯TD-LTE无线设备eNodeB(基站)也采用了这种BBU+RRU架构,采用SDR统一平台,Ir支持6.144G光口,Ir接口数业界最多;支持全速率的GE光口和GE电口。支持1588V2同步,支持基站自举;体积小,支持挂墙、机架等多种安装方式,方便工程实施。 键桥通讯具备丰富的系列化TD-LTE RRU产品,灵活满足各种无线场景的覆盖要求。系列化RRU 支持2通道、8通道混模RRU满足室内、室外覆盖需求;支持F/E/D/1.4G频段;支持MIMO和8天线Beamforming;系列化RRU采用绿色设计,节能降耗。功放效率达到30%以上;紧凑型设计,便于安装;自然散热设计,无噪音,相比空调节能80%。 4.1.2 键桥通讯TD-LTE BBU ZXSDR B8300是键桥通讯全新设计的新一代多模基站BBU,支持多种无线接入制式的基带处理,包括TD-SCDMA、GSM和LTE等。ZXSDR B8300与键桥通讯系列化RRU共同构成了BBU+RRU组网方案,与传统组网方案相比,不仅规避了对站点机房的依赖、降低了部署的难度,还有效提高了建网速度,充分满足了运营商快速、低成本建网的需求。 4.1.3 BBU主要指标 B8300 (3U)系统整机外观如下图所示,整机尺寸132.6mm×482.6mm×197mm(19英寸 3U高度),体积11.75L。 图3-2 ZXSDR B8300外观图 B8300系统的整机结构框图如下图所示: 图3-3 ZXSDR B8300机框结构示意图 单板配置说明如下表: 表 3-1 单板配置配置表 模块名称 描述 配置 CC 控制和时钟模块 1-2 BPL 基带处理模块 1-6 SA 现场告警模块 1 SE 现场告警扩展模块 0-1 PM 电源模块,-48V DC输入 1-2 FAN 风扇模块 1 ZXSDR B8300系统主要由主控与时钟模块CC、基带处理模块BPL、现场告警模块SA,现场监控扩展模块SE、风扇模块FAN、电源PM以及机箱构成。ZXSDR B8300系统功能框图如下图所示: 图 3-4 ZXSDR B8300 功能结构图 4.1.4 BBU特性 u 大容量、基带处理能力强 ZXSDR B8300系统最大可支持6块TD-LTE基带板,每块TD-LTE基带板可支持3个2天线20MHz小区,或者1个8天线20MHz小区。系统最大可支持18个2天线 20MHz小区或者6个8天线20MHz小区。 多天线能力强:下行支持DL 2*2 MIMO和单双流八天线Beamforming,上行支持八路接收分集。 u 产品成熟稳定 采用键桥通讯统一软基站平台,产品在08年10月已经发布。键桥通讯合作商的软基站平台在TD-SCDMA、CDMA、GSM、WCDMA等无线产品上已经大规模成熟商用,并在中国移动TD-LTE实验局规模应用,被认可为成熟稳定的产品,能够灵活方便的满足运营商对于多制式、多频段、降低TCO的需求。 u 支持多种载波带宽 ZXSDR B8300支持协议所规定多种系统载波带宽:5MHz,10MHz,15MHz,20MHz。组网方式灵活,能充分利用频率资源。 u Ir接口丰富,支持融合及演进需求 LTE的3个扇区20M需要6个6G光口;ZXSDR B8300支持18个Ir接口数量,充分满足未来LTE演进的需求。 u 环境适应性强 体积小,2U/3U可配置,深度仅197mm,对狭小空间的适应更好,具有更强的环境适应性。安装灵活,可独立安装、挂墙安装,降低对机房的要求。 u 高可靠性 主控板、接口板、交换板支持1+1热备份,基带板支持N+M备份,保证了系统的高可靠性。 u 支持全基带池交换,基带资源共享 根据话务量灵活调度基带资源,实现基带资源共享,适应各种话务分布场景,灵活的基带资源调度可统一规划容量,合理均衡话务,解决潮汐现象;节约设备投资成本,降低资产闲置率。 u 全IP架构 ZXSDR B8300采用IP交换,提供GE/FE接口,易于实现跨地域组网和扩容等优点,可大量节省工程费用。满足运营商在不同环境条件下的建网需求能够适应于各种传输场景。 u 接口丰富,组网灵活 ZXSDR B8300提供GE/FE接口,支持IP网络。为了满足运营商不同网络环境和不同传输方式的需要,支持与RRU通过星型、链型和混合组网。 4.1.5 键桥通讯TD-LTE RRU ZXSDR R8968采用自然散热形式的铝合金压铸盒体结构,防护等级要求达到IP65。压铸壳体由上壳体和下壳体两部分组成,壳体表面为散热齿。 壳体表面进行导电氧化处理,外表面喷漆。 ZXSDR R8968的整机外观图如下图所示: 图 3-5 ZXSDR R8968外形图 4.1.6 RRU主要指标 表 3-2 ZXSDR R8968主要系统指标 双工方式 TDD 频率范围 1447MHz~1467MHz 系统带宽 5MHz,10MHz,15MHz,20MHz 调制方式 下行调制方式:BPSK、QPSK、16-QAM、64-QAM,上行调制方式:BPSK、QPSK、16-QAM、64-QAM, 输出功率 12W每通道,支持载波间功率分配 整机效率 不低于25% 天线类型 支持8天线圆阵智能天线 支持8、4天线线阵智能天线 支持双极化智能天线 支持电调天线 多天线技术 2×2 4×4 MIMO,8-Ant BF 接收机灵敏度 -105dBm@单通道 输出频率稳定度 ± 0.05ppm 防护等级 IP65 物理接口 光接口、天线接口、电源接口、校准接口(含电调天线接口)、干节点接口、LMT接口 总重量 24kg 外形尺寸 320*530*135 ( WxHxD,mm) 工作电源 -48V DC(-57V~-37V) 220VAC(90V-300V) 43~67 Hz 功耗 DL:UL=2:2(特殊时隙配置为7)时的整机功耗405W,DL:UL=1:3(特殊时隙配置为7)时的整机功耗300W 防雷 内置防雷,不小于20KA 4.1.7 RRU特性 (1)采用宽频功放,后续通过更换滤波器满足TD-LTE的TD-LTE 20M×2容量需求; (2)最大输出功率为每天线12W,共8天线; (3)支持智能天线; (4)面向LTE应用的统一新平台,支持2个6G Ir光口,兼容2.5G、5G光口速率; (5)采用高效率功放(DPD+Doherty)、功放调压、时隙智能节电等节电技术,大大降低设备功耗,绿色环保; (6)支持电调天线,通过(双极化)天线的校准通道,实现对电调天线的供电、控制、检测。并且,通过Ir接口与BBU、OMC连接,传输OMC与电调天线间的信息,实现对电调天线的远程监控。 4.1.8 连接组网方式 键桥通讯BBU SDR8300和ZXSDR R8968有以下连接组网方式:星型组网、链型组网和混合组网。 ZXSDR R8968星型组网方式如下图所示。星形组网时BBU和每个RRU直接相连,RRU设备都是末端设备。这种组网方式简单,维护和工程都很方便。信号经过的环节少,线路可靠性较高。 图3-6 ZXSDR R8968星型组网示意图 ZXSDR R8968链型组网方式如下图所示。适用于呈带状分布的,用户密度较小的地区,可以方便布放光缆。 图 3-7 ZXSDR R8968链型组网示意图 ZXSDR R8968混合组网方式如下图所示。混合组网是星型与链型的组合。 图 3-8 ZXSDR R8968混合组网示意图 考虑到目前本项目推荐使用单扇区20MHz 8天线进行组网,Ir接口需要9.8304Gbps,需要两个6G光口,所剩带宽不能再承载另外一个RRU所需数据。因此在本项目实际组网中BBU和RRU之间采用星型连接。 4.1.9 异构组网方式 支持分布式宏基站+微型基站+Femto构成多层次异构网。 在建网初期可以采用宏站实现广覆盖,随着园区网络数据流量增大,某些地方无法采用宏站覆盖时,可以采用微型基站和Femto进行精细覆盖。异构网将大大提高网络的覆盖灵活性,并有效降低干扰。 微基站外观如下图所示: 特性 微型基站型号1 微型基站型号2 微型基站型号3 最大扇区数 1 2 3 峰值速率(DL/UL) 150/75 Mbps 300/150 Mbps 225/114 Mbps 发射功率 2W/5W 2W/5W 2W/5W 体积 4.5L 6.8L 9L 重量 3.8kg 5.7kg 7.6kg 4.2 频率组网方案 目前,建议东莞市松山湖区申请的试验频段如下图所示。 图 3-9 松山湖区无线专网试验频率 其中1447~1467MHz,共20M用来组建TD-LTE网络。 在总体20MHz带宽下,组建TD-LTE网络,有以下两种组网方案,具体如以下章节描述。 4.2.1 异频组网方案 室外宏蜂窝采用三载扇进行覆盖,站型为S111。如下图所示,三个小区配置的频点分别为f1、f2、f3,各相邻小区间两两异频,f4作为补充频点,用于补热补盲。 下图频率分配示意图中,f1、f2、f3、f4各不相同。 其中f1、f2、f3、f4各5MHz。 图 3-10 异频组网示意图 如上图所示例的网络场景中,频段分配的方式如下图所示: 图3-11 频段分配图 异频组网优点: u 组网方案和技术相对简单; u 相邻小区边缘处UE受到的干扰较低。 异频组网缺点: u 单小区只有5MHz带宽,提供的峰值及平均吞吐量有限。 u 频谱效率较低。 u 后续单小区容量扩容,在全网带宽仍只有20MHz带宽可用情况下,面临异频组网向同频组网转换过程,这样前期网络规划和优化面临着重新调整。 4.2.2 同频组网方案 室外宏蜂窝采用三载扇进行覆盖,站型为S111。如下图所示,三个小区配置的频点分别为f1、f1、f1,各相邻小区间两两同频,f1频点带宽20MHz。 图 3-12 同频组网示意图 同频组网优点: u 小区平均频谱相对于异频组网有明显的提高; 表 3-3 同、异频组网下平均频谱效率和边缘频谱效率对比表 组网方式 平均频谱效率 (bps/Hz/cell) 边缘频谱效率 (bps/Hz/user) 上行 同频组网 0.96 0.038 1:3异频组网 0.71 0.042 下行 同频组网 1.70 0.047 1:3异频组网 1.16 0.052 u 单小区有20MHz带宽,提供的峰值及平均吞吐量明显提高,单小区或单位面积上上提供的容量大幅度提高; u 后续网络扩容或增加频点不影响网络原有的覆盖,便于后续网络演进。 同频组网缺点: u 基站调度和相关同频组网算法较为复杂,部分性能有待终端和系统共同验证和优化。 4.2.3 结论 随着社会各行各业经济的飞速发展,和人们的无线互联及各种应用需求的不断增长,无线频谱资源日益紧张和更加宝贵。 因此平均频谱效率和网络今后发展是需要重点关注的因素,综合比较同频组网和异频组网两种技术优缺点,推荐使用同频组网技术。 4.3 链路预算及覆盖分析 4.3.1 链路预算流程 链路预算总体流程图如下图所示: 图 3-13 链路预算总体流程 由于上下行业务信道、控制信道的覆盖能力不同,覆盖能力评估原则如下: u 首先比较上下行控制信道的覆盖能力,选择较小的路径损耗作为控制信道覆盖能力; u 在控制信道覆盖能力下,通过链路预算得出上下行所能达到的业务速率; u 比较过程应当考虑不同的天线配置。 4.3.2 项目覆盖指标分析 按松山湖区覆盖要求,该项目覆盖需要满足以下几点: 1.覆盖区内无线可通率应满足覆盖区内的移动台在90%的位置和99%的时间可以接入网络,而无线覆盖区边缘的通信概率应大于85%; 2.要求在覆盖区域内,TD-LTE无线网络覆盖率应满足RSRP > -115dBm的概率大于90%; 3.在不高于10米/秒的中低速率移动场景下,覆盖区域内用户处于小区边沿时能提供上行不低于307Kbps的数据传输能力。 在链路预算中,关键参数选取上,需要优先满足以上三个指标,其中, 第一项指标,主要靠选取合适的阴影衰落余量来满足; 第二项指标,需要着重考虑RS的链路预算; 第三项指标,需要着重考虑上行业务信道的链路预算。 4.3.3 链路预算关键参数取值分析 以下链路分析关于功率均以20M带宽功率49dBm进行覆盖分析。 l 信道开销 由于传输的过程中有非业务信道的开销,还要将给用户分配的RB个数乘以(1- Total Overhead Percent),得到业务所占的RB数。需要说明的是,下行链路开销计算结果随GP引入方式、特殊子帧配置格式的不同而不同。以配置1、特殊子帧配置6为例,计算下行链路开销如下: TD-LTE系统配置采用:20MHz带宽(100个RB)、8天线、Normal CP、子帧配置2(TDD)、特殊子帧配置7(TDD)。此时,对TDD,DwPTS占用特殊子帧中10个Symbol,GP占用2个Symbol,UpPTS 占用2个Symbol。 l 边缘覆盖概率和面积覆盖概率 边缘覆盖概率与面积覆盖概率是两个重要的衡量覆盖性能的指标,与阴影余量的设置有关。下面,给出密集城区的两种典型覆盖概率要求取值,在本文正文的链路预算表格中,阴影标准差、阴影余量、边缘覆盖概率、面积覆盖概率的取值为(8dB,8.7dB,85%,95%)一组参数。 表2-1 阴影衰落余量与覆盖概率 密集城区环境下的参数取值 阴影标准差 阴影余量 边缘覆盖概率 面积覆盖概率 8dB 8.7dB 85% 95% l 穿透损耗 本次规划考虑穿透损耗。 4.3.4 室外无线环境传播模型 在所有的通信传播环境当中,无线通信环境是最恶劣,也是最复杂的,除了自由空间的路径损耗以外,还要受到慢衰落和多径传播的影响,从而造成空间选择性衰落、时间选择性衰落和频率选择性衰落等情况的发生,使得上下行接收信号质量大大劣化。因此,在无线网络设计中,选择一个与实际环境接近的传播模型是仿真的基础。 本次无线网络规划采用COST231-Hata传播模型,具体参数如下: COST231-Hata模型也是以Okumura等人的测试结果为依据,通过对较高频段的Okumura传播曲线进行分析得到的公式。 适用条件: f为1500~2000MHz; 基站天线有效高度为30~200米; 移动台天线高度为1~10米; 通信距离为1~35km; 传播损耗公式: 和Okumura-Hata 模型相比,COST231-Hata模型主要增加了一个校正因子Cm: 其余各种修正因子同Okumura-Hata模型。 本次规划中频段为1.45G。 4.3.5 控制信道链路预算 根据上述链路预算流程及参数取值,可计算得出上下行控制信道允许的最大路损值。下面,给出密集城区下行控制信道链路预算表格,如下: 表3-5 下行控制信道链路预算表格 Link Budget - TD-LTE   PDCCH PBCH PHICH Channel Bandwidth MHz 20.00 20.00 20.00 Total RB Number # 100.00 100.00 100.00 eNodeB Antenna Configuration # 8T8R 8T8R 8T8R eUE Antenna Configuration # 1T2R 1T2R 1T2R Format # 8CCE / / Used resource blocks # 24 6 1 Tx         eNB Tx Power dBm 49.00 49.00 49.00 eNB Antenna Gain dBi 15.00 15.00 15.00 Cable Loss dB 0.50 0.50 0.50 Tx EIRP dBm 57.30 51.28 43.50 Rx         Thermal Noise Density dBm/Hz -174.00 -174.00 -174.00 Noise bandwidth dB-Hz 66.35 60.33 52.55 eUE Noise Figure dB 7.00 7.00 7.00 Noise power dBm -100.65 -106.67 -114.45 eUE Sensitivity dBm -98.26 -106.95 -116.33 eUE Antenna Gain dBi 6.00 6.00 6.00 Adjacent Cell Loading % 50.00% 50.00% 50.00% DL Interference Margin dB 3.44 5.90 0.99 Body Loss dB 0.00 0.00 0.00 Extra Losses(DenseUrban)         Cell Area Coverage Probability % 95.00 95.00 95.00 Penetration Loss dB 14.00 14.00 14.00 Std Dev of Slow Fading dB 8.00 8.00 8.00 Shadow Fading Margin dB 8.70 8.70 8.70 Hand off Gain dB 3.40 3.40 3.40 MAPL dB 138.82 139.03 145.53 Cell Radius km 1.59 1.62 2.60 表3-6 上行控制信道链路预算表格 Link Budget - TD-LTE   PRACH PUCCH Channel Bandwidth MHz 20.00 20.00 Total RB Number # 100.00 100.00 eNodeB Antenna Configuration # 8T8R 8T8R eUE Antenna Configuration # 1T2R 1T2R Used resource blocks # 6 1 Format # 1 1a         Tx       eUE Tx Power dBm 25.00 25.00 eUE Antenna Gain dBi 6.00 6.00 Tx EIRP dBm 31.00 31.00         Rx       Thermal Noise Density dBm/Hz -174.00 -174.00 Noise bandwidth dB-Hz 60.33 52.55 eNodeB Noise Figure dB 3.00 3.00 Noise power dBm -110.67 -118.45 eNodeB Sensitivity dBm -127.97 -132.85 eNB Antenna Gain dBi 15.00 15.00 Interference Margin dB 1.70 1.70 Cable Loss dB 0.50 0.50 Body Loss dB 0.00 0.00 Extra Losses(DenseUrban)       Cell Area Coverage Probability % 95.00 95.00 Penetration Loss dB 14.00 14.00 Std Dev of Slow Fading dB 8.00 8.00 Shadow Fading Margin dB 8.70 8.70 Hand off Gain dB 3.4 3.4 MAPL dB 152.47 153.95 Cell Radius km 4.33 6.19 4.3.6 业务信道链路预算 根据受限控制信道最大路损及覆盖半径结果,通过链路预算可得出单用户边缘吞吐率,下面分别给出密集城区上下行业务信道链路预算表格。 表3-7 下行业务信道链路预算 Link Budget - TD-LTE   自由设置 Data Rate kbps 1024.00 Channel Bandwidth MHz 20.00 TDD Split Ratio (DL:UL)   1:3 Total RB Number # 100 eNodeB Antenna Configuration # 8T8R(BF) eUE Antenna Configuration # 1T2R eUE Type # Indoor CPE MIMO Double-stream   N Modulation   QPSK TBSize # 3112 Tx     eNB Tx Power dBm 49.00 eNB Antenna Gain dBi 15.00 Cable Loss dB 0.50 Tx EIRP dBm 62.74 Rx     Thermal Noise Density dBm/Hz -174.00 Noise bandwidth dB-Hz 71.80 eUE Noise Figure dB 7.00 Noise power dBm -95.20 eUE Sensitivity dBm -99.89 eUE Antenna Gain dBi 6.00 Freq. Selective Schd. Gain dB 1.00 Adjacent Cell Loading % 50.00% DL Interference Margin dB 0.39 Body Loss dB 0.00 Extra Losses(DenseUrban)     Cell Area Coverage Probability % 95.00 Penetration Loss dB 14.00 Std Dev of Slow Fading dB 8.00 Shadow Fading Margin dB 8.70 Hand off Gain dB 3.40 MAPL dB 144.65 Cell Radius km 2.44 表3-8 上行业务信道链路预算 Link Budget - TD-LTE   自由设置 Data Rate kbps 2048.00 Channel Bandwidth MHz 20.00 TDD Split Ratio (DL:UL)   1:3 Total RB Number # 100.00 eNodeB Antenna Configuration # 8T8R eUE Antenna Configuration # 1T2R Modulation   QPSK TBSize   3496 Tx     eUE Tx Power dBm 25.00 eUE Antenna Gain dBi 6.00 Tx EIRP dBm 31.00 Rx     Thermal Noise Density dBm/Hz -174.00 Noise bandwidth dB-Hz 65.56 eNodeB Noise Figure dB 3.00 Noise power dBm -105.44 eNodeB Sensitivity dBm -107.44 eNB Antenna Gain dBi 15.00 UL Interference Margin dB 0.30 Cable Loss dB 0.50 Body Loss dB 0.00 Extra Losses(DenseUrban)     Cell Area Coverage Probability % 95.00 Penetration Loss dB 14.00 Std Dev of Slow Fading dB 8.00 Shadow Fading Margin dB 8.70 Hand off Gain dB 3.40 MAPL dB 134.44 Cell Radius km 1.15 4.3.7 结论 链路预算的作用主要用于计算满足TDD-LTE网络信号覆盖能的最大路径损耗。通过这个最大路损和合适的传播模型可以计算出小区的覆盖半径。本次链路预算结果如下表2-9所示: 表3-9 链路预算结果 LB Final Result 松山湖区域内 Item System Configuration 8T8R Uplink Rate kbps 1024 Downlink Rate kbps 1024 Limited Channel   UL Traffic LB Result DU dB 134.44 Cell Radius DU km 1.15 Area DU km2 57.978 Sites Num. DU   22 4.4 无线网络仿真 4.4.1 站点拓扑结果 本次1.45G频段站点拓扑根据链路预算的小区覆盖半径,参照现网站址得到如下拓扑结果,可参见下图所示: 图3-14 松山湖区域拓扑结果图 4.4.2 无线网仿真 4.4.2.1 无线网络仿真参数设置 4.4.2.1.1 RS信号参数 RS信号相关参数包括RS信号功率、RSRP最小接收门限。 参数设置如下表: 表3-10 RS信号参数取值 参数 取值 RS信号功率 15.2dBm RSRP最小接收门限 -115dBm 4.4.2.1.2 基站小区参数 基站小区参数如下表: 表3-11 基站小区参数取值 参数 取值 组网类型 同频组网 小区带宽 20MHz 小区最大发射功率 49dBm 时隙转换周期 5ms 时隙结构 DSUUU 特殊子帧配置 配置7 发射端口数 8 接收端口数 8 多天线模式 SFBC/MIMO 4.4.2.1.3 阴影衰落和室内穿透损耗 阴影衰落和室内穿透损耗取值如下表: 图 3-15阴影衰落和室内穿透损耗设置参数 4.4.2.1.4 智能天线参数 本次仿真采用水平波瓣3dB宽度为65度的8阵元双极化智能天线,带有6度电下倾,具体天线方向图如下所示: 图 316 双极化高增益T6天线广播方向图和某业务波束方向图 4.4.2.1.5 终端参数 终端参数取值如下表: 表3-12 终端参数取值 参数 取值 终端最大发射功率 25dBm 终端最小发射功率 -40dBm 终端天线功率 6dBi 发射端口数 1 接收端口数 2 4.4.3 无线网络仿真结果 4.4.3.1 覆盖区域RSRP仿真 RSRP是衡量RS信号覆盖的一个基本参数,这里的RSRP值是指每RE的RS信号接收功率。只有RSRP达到了规定的门限,才能进行后续的业务性能的分析。仿真中同时考虑阴影衰落及穿透损耗的影响。 图3-17 松山湖区域内RSRP覆盖图 4.4.3.2 覆盖区域RS CINR仿真 RS CINR是公共信道满载下的覆盖率预测分析。 图3-18松山湖区区域RS CINR覆盖图 东莞松山湖规划区域内RS-SINR统计表 VALUE 规划站点 -INF << X < -2 1.25% -2 <= X < 0 5.87% 0 <= X < 5 35.80% 5 <= X < 10 27.04% 10 <= X < 15 18.14% 15 <= X < 20 10.47% 20 <= X << +INF 0.18% X>=-2 97.50% 4.4.3.3 覆盖区域Best Server仿真 Best Server是对最佳服务小区预测分析。 图3-19 松山湖区域Best Server覆盖图 4.4.3.4 总结 本次规划东莞松山湖规划区域站点数为22个,仿真使用22个站点进行仿真。 从仿真的结果可以看出能连续覆盖,覆盖良好。仿真具体指标结果下表示: 表5-3 仿真结果统计 区域 RSRP>=-115dBm RS-CINR(满载)>=-2 东莞松山湖区 97.13% 97.50% 4.5 系统容量分析 4.5.1 峰值吞吐量分析 根据下行最大Tbsize=149776,上行最大Tbsize=43816,可以计算出各种上下行配置下的上下行峰值吞吐量,其中 u 下行峰值速率=下行普通子帧最大MCS的TB size×每个无线帧包含的下行普通子帧数+下行特殊子帧最大MCS的TB size×每个无线帧包含的特殊子帧数)/每个无线帧的时间 u 上行峰值速率=上行最大MCS的TB size×每个无线帧包含的上行子帧数/每个无线帧的时间 TD-LTE带宽:20M,MIMO:2*2,下行64QAM,上行64QAM 计算上行下行吞吐率如下表 表 3-13 上行下行峰值吞吐率 上/下行配置 下行/上行子帧分配 无线帧内下行子帧数 无线帧内上行子帧数 无线帧内特殊子帧数 单小区下行峰值速率(Mbps) 单小区上行峰值速率(Mbps) 0 1DL:3UL 2 6 2 51.98 45.226 1 2DL:2UL 4 4 2 81.93 30.150 2 3DL:1UL 6 2 2 111.89 15.075 3 6DL:3UL 6 3 1 100.88 22.613 4 7DL:2UL 7 2 1 115.85 15.075 5 8DL:1UL 8 1 1 130.83 7.538 6 3DL:5UL 3 5 2 66.96 37.688 4.5.2 实际组网中吞吐量分析 由前面中分析,组网方式选用同频组网相比异频组网能够获得更高的频谱利用率,并建议本项目实际建网中采用同频组网方式,因此本章节在分析TD-LTE小区实际吞吐量时候,也是以同频组网为基础。 小区实际吞吐量一般由系统或规划仿真获得,具体如下分析。 4.5.3 系统仿真模型 仿真中采用一层干扰小区建模,19个基站57个小区,示意图如下: 图 3-20 系统仿真网络拓扑图 表 3-14 吞吐量仿真条件及参数 参数 取值 仿真环境 城区宏蜂窝 服务区环境 6边形小区,19sites,57sectors, wrap around 多址方式 OFDMA 小区间频率复用因子FR 1 站距(ISD) 根据不同仿真具体设置 有效带宽 20MHz 上下行时隙配比 1:3 每扇区用户数 10 用户分布 均匀分布 路径损耗 基站天线高度 30m 阴影衰落 对数正态分布,标准差8dB 站内相关系数1,站间相关系数0.5。相关距离50m。 基站天线配置 2、8天线 穿透损耗 20dB 基站天线增益 15dB 链路级到系统级映射 EESM模型 基站接收机噪声系数 4dB 移动台接收机噪声系数 7dB 热噪声功率谱密度 -174dBm/Hz 基站天线模式 水平方向 垂直方向: 垂直方向的天线pattern采用测试结果,垂直方向的上半波瓣对准小区边缘。 移动台天线增益 0dBi 4.5.4 2、8天线系统SE和ESE对比 下面在不同天线配置模式:2天线、8天线下得到的系统仿真结果。 表 3-15 2、8天线上下行平均频谱效率(SE)与边缘频谱效率(ESE)对比 case 上行/下行 天线数 SE(bps/Hz) ESE(bps/Hz) 1 下行 2 1.7 0.046 2 下行 8 2.46 0.11 3 上行 2 0.96 0.031 4 上行 8 1.36 0.047 图 3-21 2、8天线上下行SE系统仿真结果对比图 图 3-22 2、8天线上、下行ESE系统仿真结果对比图 从以上仿真图表结果可以看出,8天线TD-LTE系统无论在平均频谱效率和边缘频谱效率上都明显好于2天线系统,因此本项目也推荐使用8天线作为基本系统配置。 4.5.5 系统实际容量分析 根据前面链路预算分析,单小区半径0.92km,单站覆盖面积为1.65km^2,根据上述仿真得到的单小区平均吞吐量,可以计算出,单小区20MHz带宽下,上下行链路提供的平均吞吐量如下表: 表 3-16 8天线上下行平均吞吐量对比(20MHz带宽,小区半径0.92km) TD-LTE 配置 (1DL:3UL) 下行链路 上行链路 天线配置 8×2 1×8 单扇区平均吞吐量(Mbps) 15.46 18.65 单站3扇区 总平均吞吐量 46.39 55.95 每平方公里上平均吞吐量(Mbps/km^2) 28.11 33.91 每天每平方公里上 平均吞吐量 (Gb/km^2/天) 2372.14 2861.30 以上表格表明,可以很好的满足本期无线网络的容量以下指标要求: 每平方公里上行流量:26.5Gb/天; 每平方公里最低上行速率需求:307Kbps; 每平方公里峰值上行速率需求:3.07Mbps; 蜂窝小区边缘上行链路数据速率不小于0.03 bit/s/Hz; 单载波扇区平均上行链路数据速率不小于0.6 bit/s/Hz。 4.6 业务需求分析 4.6.1 VOIP容量分析 上下行时隙配置2:2,20MHz带宽条件下: 假定使用了SPS(半静态调度); 假定公共信道和Msg2在特殊子帧的DwPTS上传输。 假定使用了AMR12.2k,编码帧长20ms, 则VOIP业务带压缩头的协议开销:4byte UDP/IP,2byte RLC 16bit CRC,再加上有效载荷,空口语音载荷40byte左右。 激活期的包为进行头压缩后的语音业务的数据, 包大小为35~49byte。 在静默期没有语音数据传输, 只有由于背景噪声产生的SID( Silence Descriptor)包, 包大小为10-24byte。 VoIP 数据包到达间隔是固定的,在瞬态/ 激活期时为20ms, 静默期为160ms。 由于使用了SPS,故最大的MCS为14(这时候调整方式为16QAM),那么每个UE分配2个RB(大约55Byte)。20MHz下有100个RB,则FDM用户数为50个。 在一个VoIP周期(20ms)内共有8个D(下行常规子帧)和8个U(上行子帧)。 在20MHz下理论上最多能支持8 * 50 = 400个UE。 通常情况下,小区的平均MCS约为7(这时候调整方式为QPSK),故,通常需要给每个UE分配3个RB。则FDM数为100/3=33个。平均容量为33 * 8 = 264个。 当采用上下行时隙配置1DL:3UL,20MHz带宽条件下: VoIP容量是下行受限的,其它分析过程类似上述2:2分析过程,MCS为14情况下支持4*50=200 UE,MCS为7情况下支持33*4=132 UE。 故本项目中1DL:3UL,20MHz,单小区支持的VOIP用户数为132~200个。 若后期语音需求量大,可以考虑调整上下行子帧配比。 4.6.2 其它业务容量需求分析 上节分析了TD-LTE单扇区VOIP的容量支持情况,本节选取其它集中几种典型业务进行容量和数量分析,具体见下表。 表 3-17 其它集中业务容量需求分析 业务类型 媒体类型 典型数据需求 速率 单扇区上行可支持终端数量 (上行平均容量18.65Mbps) 传感器流量 短信息数据、文本 100Byte/每30秒 30bps 18.65Mbps/30bps = 65万 (注1) 高清图片 图像 5MByte 256kbps 18.65Mbps/256kbps = 72 (注2) 高清视频、监控 视频 1Mbps 1Mbps 18.65Mbps/1Mbps = 18 (注2) 移动政务等 文本、音频、视频综合类 256kbps 256kbps 18.65Mbps/256kbps = 72 (注2) FTP 数据 256kbps 256kbps 18.65Mbps/256kbps = 72 (注2) 注1:实际网络中,传感器上传数据一般通过CPE进行汇聚,一个CPE实际汇聚的传感器数量和实际网络部署及物联网应用类型有很大关系。此处分析只是单从上行容量带宽上分析支持的传感器个数; 注2:这里分析的是单扇区下,只承载该类业务时候,可以同时支持的用户数。 4.7 传输带宽分析 本章节分别计算各站型的峰值速率及峰值传输带宽、实际速率及保证传输带宽。 峰值带宽计算需要考虑S1接口带宽、X2接口带宽、包头开销以及OAM预留带宽。包头开销按5%计算,X2数据流量按S1数据流量的5%预留,OAM预留带宽按基站预留,下行每基站预留1Mbps,上行预留128Kbps。 实际速率及保证带宽的计算在峰值速率的基础上进行,根据仿真分析,对峰值速率进行折算得到。 4.7.1 单小区传输峰值带宽计算 单小区传输峰值带宽=(单小区无线理论峰值带宽)*(1+传输开销比例)*(1+X2接口比例) 表 3-18 下行业务信道链路预算 传输开销比例 X2接口比例 下行单小区传输峰值(Mbps) 上行单小区传输峰值(Mbps) 5% 5% 57.311 49.861 4.7.2 站型传输带宽计算 基于以上对单载波的计算结果,各站型的计算只需考虑各站型的小区数、载波等因素即可。在实际网络应用中,由于无线信道及干扰等因素的影响,实际系统吞吐量要低于理论峰值吞吐量。按理论仿真模型计算,室外8天线覆盖实际速率约为45%的理论峰值。 表 3-19 基站下行传输带宽计算 站型 单载波带宽 载扇数 基站下行峰值业务带宽 (Mbps) OAM带宽(Mbps) 基站总下行峰值带宽(Mbps) 总下行保证带宽(Mbps) S111 20M 3 171.932 1.000 172.932 78.369 S222 20M 6 343.864 1.000 344.864 155.739 表 3-20 基站上行传输带宽计算 站型 单载波带宽 载扇数 基站上行峰值业务带宽(Mbps) OAM带宽(Mbps) 基站总上行峰值带宽(Mbps) 总上行保证带宽(Mbps) S111 20M 3 149.5837 0.128 149.712 67.441 S222 20M 6 299.1673 0.128 299.295 134.753 4.7.3 传输带宽推荐配置 综上分析: 在该项目子帧配置1DL:3UL下,带宽20MHz下,可以满足单小区下行峰值吞吐量不低于50Mbps,上行峰值吞吐量不低于36Mbps的要求,单站(S111,每扇区20MHz带宽)配置下,在单站做峰值吞吐量验证或测试时候,单站配置的传输带宽不小于322Mbps。 实际组网中,可考虑实际上行下流量,为每个站配置145Mbps的传输带宽。 4.8 TD-LTE系统关键技术 4.8.1 灵活的调度策略 TD-LTE系统是时、频二维调度,调度器对于系统的性能具有显著影响,主要表现在较强的小区间同频干扰情况下对于服务质量(QoS)的保证上。 图 3-23 TD-LTE时频二维调度示意图 对于调度算法的设计主要考虑以下因素: (1)QoS要求:针对不同业务,需要保证的业务质量; (2)用户的信道质量、传输质量及历史吞吐率; (3)公平性策略:决定公平性与效率的平衡关系; (4)可用的资源:时频资源、空域资源和功率资源; (5)用户的业务量、系统负荷、干扰水平及干扰分布; (6)UE的处理能力。 基于上述因素,作如下具体处理: (1)根据信道质量、历史吞吐率、QoS要求和公平性策略决定用户的调度优先级以及用户内各业务的调度优先级; (2)根据用户业务量、信道质量、QoS要求、公平性策略、用户位置信息及邻区干扰信息等分配时频资源、空域资源或功率资源; (3)根据用户的信道质量、发射功率、空间相关信息等,最终确定MCS等级、传输方式等。 调度与HARQ过程配合,进行良好的无线链路速率匹配,达到每个瞬时的流量最大化。 4.8.2 ICIC ICIC (Inter Cell Interference Cancellation), 即小区间干扰协调技术,基本思想是以小区间协调的方式对资源的使用进行限制,包括限制哪些时频资源可用,或者在一定的时频资源上限制其发射功率。ICIC从资源协调方式上可分三类:FFR(Full Frequency Reuse)全频率复用,SFR(Soft Frequency Reuse)软频率复用,FFR(Fractional Frequency Reuse)部分频率复用,三种模式中软频率复用在频谱利用率和调度复杂度上达到了很好的平衡,目前业界主要研究使用的是SFR。 图 3-24 部分频率复用与软频率复用示意图 4.8.3 多天线技术 多天线(MIMO,Multiple-Input Multiple-Out-put)技术是TD-LTE系统关键技术之一,通过在发送端和接收端同时使用多根天线,扩展了空间域,充分利用了空间扩展所提供的特征,从而提高了系统容量。 MIMO信号可以通过两种不同的方式来改善无线通信:一种是分集(Diversity),另一种就是空间复用(SpatialMultiplexing)。在信干噪比较低的区域,常采用分集提高信号增益;在信干噪比较高的区域,多采用空间复用提高流量。 该项目采用了双极化8天线的天线阵形式,其天线模型如下,其中不同颜色的天线表示不同极化方向天线,颜色相同的一组同极化天线间距为波长的0.5倍,具体见下图。 图 3-25 双极化天线示意图 键桥通讯采用Adaptive MIMO / BF的解决方案,其实现方式及其特点: u 自适应切换准则:基于吞吐率最大原则; u 根据信道相关性瞬时值、信干比等信息,分别估算BF和双流MIMO传输方式下各自的瞬时吞吐量,并采用瞬时吞吐量较高的一种方式; 特点:自适应选择,有利于发挥MIMO/BF性能优势。 图 3-26 TD-LTE多天线解决方案示意图 5 网络管理建设方案 5.1 键桥通讯网管系统介绍 键桥通讯 NetNumen™ U31 能够集中实现TDD-LTE和 EPC网络的共同管理,采用模块化分层,各模块相对独立,支持快速开发、快速部署和方便灵活的管理。 NetNumen™ U31采用了先进成熟的网管架构,提供了一整套基于Java的跨平台开发工具、模块和API,可以方便地与多个第三方系统实现集成,是按照自下而上规则设计的高度用户化、电信级、跨平台的综合网络管理系统,并提供针对网络管理的全面解决方案。 键桥通讯集中网管系统具备以下特点: (1)遵循国际标准协议 NetNumen™ U31严格遵循ITU-T的TMN系列建议和3GPP系列NM协议。 (2)开放的系统结构和接口 NetNumen™ U31系统采用J2EE平台框架,独立于操作系统平台和数据库。支持各种北向接口:CORBA、SNMP、MML、FILE和其他接口。 (3)强大的网络管理功能 NetNumen™ U31系统支持对所有键桥通讯所有系统设备的管理,包括GSM/WCDMA/TD-SCDMA/CDMA/WINMAX/IMS/EPS等,提供与其他厂家设备互联的标准管理接口,实现电信网络不同设备的统一维护和管理。U31提供开放级联功能,满足集中化管理结合分布式管理的要求。 (4)独特的应用管理功能 除配置管理,故障管理,性能管理和安全管理之外,U31还提供独特的应用管理功能,包括分权分域,系统内自定义浏览各类数据,系统故障相关和故障处理功能,性能计数器报表管理,信令跟踪等。 (5)灵活的系统扩容 NetNumen™ U31软件结构的插件结构设计保证系统能够快速开发新的设备设新的业务管理。 系统实现对NE设备的管理,并能很容易的扩展到对网络层和业务层的管理。通过并且通过自定义协议处理组件网元自适应框架,如此就能够平滑接入各种设备并支持多版本共存。 (6)系统远程升级和安装 NetNumen™ U31系统通过网络实现系统的远程升级和安装,通过远程客户端执行设备升级和安装操作,实现对业务需求变化的快速响应,降低系统软件分发和维护的花费。 (7)支持分权分域管理 对于大区制组网,考虑到运营单位的管理策略,系统支持分权分域管理:可以根据网络维度划分不同的管理权限和管理域 (8)支持多接入模式 NetNumen™ U31系统提供GUI客户端接入,远程登录接入,网站接入。远程登录接入便于从任何一个PC客户端进行网元配置,无需安装客户端软件。GUI接口便于操作员执行网元的所有操作。 5.2 网管组网方案 5.2.1 逻辑结构 NetNumen™ U31系统可灵活组网,系统网络设备可以按综合版本进行综合管理,或按不同版本进行分别管理。 推荐使用带外(网管数据与业务数据在不同管道分开传送)网络管理模式进行组网,来保障业务能正常运行并且业务数据和网管数据相互独立。如果投资花费高,也可以使用带内(网管数据与业务数据在同一管道传送)网络管理模式。 图 5-1 U31组网逻辑结构图 上图展现了本地网络的组网。如果网络条件复杂并且网络跨区域,推荐采用区域组网。 5.2.2 本地组网方案 这是最简单的方案。在这种情况下,U31服务器,客户端和网元都位于同一个局域网内,通过以太网相连,如下图所示。 图 5-2 本地组网方案 5.2.3 远程组网方案 在这种情况下,客户端在远端局域网,或系统网络设备和客户端都在远端局域网,包括了以下接入方式:DDN、E1、HDSL,如下图所示。 图 5-3 远程组网方案 还有另一种名为“返迁”的远程组网方案。在这种情况下,返迁客户端只能通过远端U31服务器管理本地网元,如下图所示 图 5-4 远程返迁组网方案 5.3 网管配置方案 键桥通讯网管系统 U31管理容量单位采用等效网元(LE)数目、小区数目(Cell),等效网元和小区数目之间的换算关系为1 LE= 37.5Cell;按照不同的网络管理规模,配置原则如下表所示 表 5-1 配置原则 网络规模 Mode 1 (<=3750Cell or 100LE) Mode 2 (<=9000Cell or 240 LE) Mode 3 (<=15000Cell or 400LE) 服务器 IBM P550 IBM P550 IBM P550 4 Cores 4.2G 6 Cores 4.2G 8 Cores 4.2G 64G 96G 128G 磁阵 EMC CX4-120C EMC CX4-120C EMC CX4-120C 磁盘 300G*12 300G*19 300G*27 在本项目中,将每个网元折算为等效网元个数,将基站小区数目折算为等效网元数目,例如: 一期共建设32个TDD-LTE站点,每个站点按照3个小区(Cell)计算,共96(32*3)个小区;换算为等效网元个数为2.56(96/37.5);1 HSS=2 LE。具体需要管理的网络容量如下表所示: 表 5-2 管理容量范围 网元类型 等效网元数(LE) 个数 等效网元总数 (等效网元数*个数) 无线侧 eNodeb 1 LE= 37.5Cell 96Cell 2.56 核心网侧 MME 1 2 2 SAE-GW 0.5 2 1 HSS 2 1 2 PRCF 1 1 1 CG 0.1 2 0.2 DNS 0.03 2 0.06 组网交换机 /路由器等 0.03 4 0.12 总数量 8.94 冗余10% 9.93 根据上述所计算的一期网络规模,选择配置原则中的 Mode1,即采用IBM P550(4 Cores 4.2G, 64G), EMC CX4-120C硬件配置。 根据配置的Mode1服务器水平及一期网络规模,后续可扩容基站数目为: 表 5-3 可扩容基站数目   管理容量 M(LE) 一期网络规模M1(LE) 可扩容容量 M2(LE) (M2=M-M1) 可扩容基站数目(M2*37.5/3) 标准 100 8.94 91.06 1138 冗余10% 90   81.06 1013 5.4 网管分权分域方案 针对东莞市松山湖区无线专网,键桥通讯网管给出一套安全管理模型解决方案,安全模型是对实际运维中用户、资源、权限管理的一种抽象。包括用户的组织管理形式、权限的分配管理方式(分权)、资源的分配管理方式(分域)。具体分权分域方案如下表所示: 表 5-4 网管分权分域方案 角色级别 用户单位 管理范围 管理权限 备注 一级 (系统管理员) 首都信息发展股份有限公司 网管系统和TDD-LTE&EPC全网 管理员权限 不受限制的完全访问权限,包括帐号系统等核心信息的修改权限 二级 (系统维护员) 首都信息发展股份有限公司 TDD-LTE&EPC全网 系统维护权限 无帐号系统修改权限,其他都有 三级 (系统操作员) 各一级业务单位 自定义部分现网 操作权限 所定义网络范围的操作权限 四级 (系统监控员) 各一级业务单位下属分部 自定义部分现网 查看权限 所定义网络范围的查看权限 分权分域方案实施示意图如下图所示: 图 5-5 分权分域方案实施示意图 6 TD-LTE终端解决方案 键桥通讯合作商以九大产品形态(智能终端、数据卡、平板电脑、数码相框、无线座机、家庭网关、模块、行业终端)为发展目标,,致力于为政府、企业、家庭个人三大用户群提供可靠的解决方案 键桥通讯1.4G的终端产品路标如下图 6.1 TD-LTE模块 键桥通讯合作商1.4G TD-LTE芯片方案及发布时间和规划 6.2 USB上网卡 键桥通讯合作商MF826X5-1400M USB上网卡,提供笔记本用户方便快捷上网 6.3 CPE 键桥通讯合作商CPE分为室内型和室外型终端 MF28X5-1400M(室内型) OL29T-1400(室外型) 6.4 智能手机和平板电脑 键桥通讯合作商将陆续发布多款智能手机和平板电脑 7 无线集群通信解决方案 随着移动互联网的飞速发展以及全球无线城市的大规模建设,宽带化成为整个无线通信的发展趋势。行业人员在应用集群通信系统进行指挥调度的过程中,已不仅仅要求“听得见”,还要求“看得见”。相应地,集群通信系统在技术上也将向系统IP化、业务多样化、数据宽带化、终端多模化的方向发展。从具体的应用角度来看,主要体现在高速数据、视频以及构建于此基础之上的多种应用,包括移动办公、多媒体集群调度、视频监控、城市应急联动等方面。 与此同时,集群通信系统还应该具有更大的信道容量、更高的频谱利用率、更好的传输性能,采用低成本、可伸缩、可配置的全IP无线多媒体网络架构,并能够实现平滑演进。 键桥通讯LTE多媒体数字集群系统,整体系统架构,遵循专网隔离,公网共用的策略。集群系统的部署,不依赖于LTE EPC核心网,当集群系统在公网部署时,不受LTE EPC核心网的约束。 通过采用超扁平架构(UE-eNB-集群服务器),减少了中间网元,可以有效降低时延。 集群的典型特点之一就是下行共享,通过广播实现下行共享,本方案广播范围分为3级,小区级广播、superCell级广播、整网广播。 7.1 ZXDSS集群系统架构 键桥通讯LTE集群解决方案基于扁平化系统组网架构,支持2套核心网设备:普通LTE EPC核心网和集群DSS核心网,组网架构上做到业务完全隔离,集群应用的组网,不依赖于LTE EPC设备的布置,不影响已有LTE EPC核心网设备,做到专网隔离,公网共享。 系统组成及逻辑接口如图所示。 图7-1 系统组成及逻辑接口图 整体网络架构,为扁平化组网架构,由4部分组成: LTE无线接口E-UTRAN 公网核心网EPC 集群核心网DSS 集群终端 ZXDSS系统主要目标客户是提供集群系统或业务的运营单位,ZXDSS系统由:PDS、PHR和DAS等组成。运营单位通过配置PDS和PHR设备为集群用户提供集群调度服务,并提供集群业务的电信级鉴权、授权和计费服务。同时,运营单位可以通过选配DAS设备,为集团用户提供调度台服务,为集团用户建立集群调度的虚拟专网。 集群服务器(PDS),执行PTT呼叫处理,如鉴别PTT用户、建立PTT呼叫、判断PTT请求等;接收上行链路来的PTT语音包,并分发到下行链路,对于空口,PDS负责动态管理群组T-RNTI,保证在整网,激活的群组的Group ID与T-RNTI一一对应。M-PDS和eNB存在之间的链路,分成T1-C和T1-U接口,分别对应集群控制面接口和集群用户面接口。为应对集群应用场景的寻呼、信令连接、承载建立和用户鉴权等过程,在eNB和UE之间,需要保证,在RRC信令上携带的网络侧的信元,要能够区分出,网络侧的信元,是路由到MME,还是路由到PDS。 为应对不同的组网场景的要求和LTE扁平化组网结构,PDS分成媒体面和控制面:M-PDS和C-PDS。 C-PDS负责: 集群用户的注册和鉴权 集群业务的管理 位置区的更新 建立/释放/修改UE上下文 激活/修改/去激活专用/集群承载 Paging,包括普通LTE业务寻呼和集群业务寻呼 T1/X2移动性管理 业务承载QoS管理 M-PDS要实现下面的功能: 激活/修改/去激活专用/集群承载 T1/X2切换 媒体流的转发 归属寄存器(PHR),提供PTT群组和群组成员的注册,提供PTT群组成员的本地信息,提供PTT成员的业务权限鉴别,执行统计和计费功能。 调度台服务器(DAS)采用主流PC服务器,基于典型B/S架构建立一个面向调度客户端的站点。调度客户端登录到DAS服务器站点,通过DAS与PDS、PHR的交互,执行调度管理操作。同时,运营单位可以通过超级用户身份登录到DAS,对DAS的进行操作维护管理。 空中接口,由LTE eNB设备组成,分别与LTE EPC和DSS链接,为LTE业务和集群业务分别提供空中无线承载。为满足集群业务的需求和在公网的兼容性,LTE无线接口E-UTRAN需要新增加若干上下行逻辑信道,以满足如下需求: 用户终端集群状态上报 集群业务相关的终端与eNB之间的点-点信令承载 集群业务相关的终端与PDS之间的点-点信令承载 集群组呼控制信令下发 集群业务承载建立和控制 普通业务承载建立和控制 基站向LTE EPC和DSS的数据路由 7.2 ZXDSS集群子系统网络整体结构 本次专用LTE集群方案,为了在整网结构上清晰和便于管理,ZXDSS集群子系统平台可以和LTE EPC核心网分开部署(网管由一套EMS系统统一管理)。 图7-2 系统网络结构图 键桥通讯ZXDSS集群子系统中,集群服务器C-PDS、M-PDS设备基于采用刀片服务器的V4平台设备实现,其T1-C、和T1-U接口与IP承载网的PE设备通过GE光口直连。 归属寄存器(PHR)采用双机+磁阵方式实现;调度台服务器(DAS)采用PC服务器双机实现。 本地局域网采用1对2层交换机实现后台组网,与各个网元的网管、计费、前后台业务接口相连。每台交换机和IP承载网的PE设备直连(也可在交换机) 7.3 LTE集群系统业务类别关键技术 7.3.1 基本业务 支持集群内语音单呼和可视单呼:集群内单呼指UE按PPT发起的单呼,一对一呼叫,其他用户不能听到。单呼可以由授权用户发起,也可以由调度台发起; 支持集群内语音组呼/可视组呼:组呼/可视组呼可以由组内用户终端发起,也可以由组内定义的调度台发起; 支持集群内广播语音呼叫/可视广播呼叫:单工呼叫,只有发起者可以说话,其他人只能听不能说。呼叫可以由授权用户发起,也可以由调度台发起; 支持紧急呼叫:紧急呼叫场景下,发起终端在可配置的时间内话权不可抢占。紧急呼叫优先级最高,组内用户强拆强加。系统优先保障紧急呼叫的资源。 集群业务,具有如下特点: 应用层协议,基于UDP协议,非TCP协议 业务区分成多媒体会话类/多媒体消息类 多媒体会话类业务,主要为3GPP TS 26.114所定义的基于RTP/UDP的多媒体语音/视频通信,主要媒体类型有实时的语音、视频和文字等,协议栈如右图所示 多媒体消息类业务,主要为3GPP TS 26.140所定义的MMS(Multimedia Messaging Service),主要的媒体类型有:Text、Speech、Audio、Still Image、Video、Vector Graphics、File Format for video and speech等等,协议栈如左图所示(集群应用中,传输层协议栈为UDP) 7.3.2 调度功能 组内话权管理:包括话权显示,话权抢占,话权排队,话权拒绝。 群组优先级管理:一个用户属于多个群组。例如:组1普通组呼,组2高优先级组呼,组1保持中,组2建立,用户强转到组2.紧急呼叫所在组优先级最高。 动态重组:当组呼已经建立时,对组内用户组进行更新。 临时组呼:时组建一个组,当次呼叫起效,本次呼叫结束,该组删除。 调度台强插/强拆:调度台可以动态加入任何组,并取得话权,也可以强制拆除组内用户。同时可以强制释放此次组呼。 迟后进入:一次组呼未结束时,如果有组内用户上线,直接接入;如果组内用户从非服务区进入服务区后,直接接入;如果组内用户退出群组后,可主动拨号再次接入。 限时通话:限定话权用户一次话权的时长,时长可以配置。 监听:合法监听,监听目标可以是用户,也可以是群组。 遥毙/复活:可以禁用某个终端,也可以重新激活终端。不可复活的遥毙不能重新激活。 岗位号码:岗位号码和UE标识关联,呼叫岗位号码时,无须关心当前在岗人员的终端号码,只需要呼叫岗位号码即可。 短号码拨号:短号码对应一个UE标识,在进行单呼时,只需要呼叫对方短号码即可。 号码显示:显示当前话权用户的号码。 超出区域管理:对于超出区域的集群终端,需要限制话权,同时终端有超出区域提示。 7.3.3 集群补充业务 支持集群系统内点到点的分组数据业务:上网、e-mail、数据上传下载等; 支持集群系统内的点到多点的广播数据业务:如集团短消息分发、广告、语音、视频、图片等; 支持点到多点的基于TCP组内多业务:通过LTE EPC网络,支持基于TCP/IP的点到多点的数据分发。 7.4 系统容量和指标 7.4.1 LTE集群子系统系统KPI 系统KPI性能指标如下表 序号 KPI性能 时延 1 初始单呼建立时间(Idle) 380 2 初始单呼建立时间(Connected) 200 3 初始组呼建立时延(Idle) 390 4 初始组呼建立时延(Connected) 290 5 组呼话权申请时延(Idle) 190 6 组呼话权申请时延(Connected) 170 7.4.2 LTE集群子系统移动性 对于小区或SuperCell级广播,UE小区间移动,集群用户通过重选方式自行选择到目标小区,理论上不存在业务中断时延,不过在小区边缘的时候,集群业务质量会受到影响。 对于整网广播,不存在切换。在小区边缘的时候,会有合并增益,集群业务质量不会受到影响。 7.4.3 LTE集群子系统容量 LTE集群方案引入TTCH集群逻辑信道用于承载的是点到多点的集群组呼数据,不过对于传输信道和物理信道都没有改变,TTCH信道还是映射到DL-SCH传输信道以及PDSCH物理信道上。 根据系统仿真的结果,在邻区满负荷加载,不考虑ICIC调度的场景下,一个5MHz的LTE小区,最少同时支持40个VOIP边缘用户,对应支持40个VOIP业务的集群群组。 7.5 优势及亮点 系统性能优异:系统容量大,资源浪费小,性能优异,极大减少商用风险 -> 采用专用信道方案以小区为单位,只有寻呼响应的小区建立资源。该机制百倍减小了系统资源浪费,使得商用能力大幅提升,减小了方案的商用风险 -> 继承的同时,结合LTE更扁平化的网络架构,可保证不低于CDMA的性能优势 知识产权具有继承及申请优势 -> 键桥通讯LTE集群解决方案借鉴GoTa技术,90%以上的技术及功能继承,因此绝大部分专利可继承 -> GoTa集群方案的网络架构和80%的空口协议与其它方案有很大差异,其独特性可有大量的核心专利申请空间 组网灵活,建网成本和风险更低:LTE集群业务旁路核心网,专网公网均可商用部署 -> 采用通用EPC网元,降低集群业务与公网业务的耦合度,降低建网风险 -> 将LTE业务和集群业务接口完全隔离,降低集群标准与LTE标准的耦合度,使得GoTa系统4G方案不受LTE的协议后续演进影响,同时还能享受到LTE协议演进可能带来的好处。 -> 相对与其他集群方案,涉及网元更少,建网成本更低,特别在小型化应用有成本最低。 产业链:终端采用通用芯片 -> 终端方面只涉及到L2/3的改动,不影响物理层,因此是唯一支持通用的LTE终端芯片的方案,包括我司已有成熟的自研芯片,大大缩短了产品推出周期,并降低成本 -> 继承GoTa成熟技术(架构、流程可复用)。技术风险低 -> EPC核心网不需要改动,集群业务不和高速数据业务使用同一条核心网通道,极大的保障基于IP的集群业务Qos。 支持TF-ICIC/Super Cell干扰协调/控制机制 支持多媒体集群业务,支持群组业务的并发 支持普通LTE业务和集群业务的并发 非接入层协议栈, LTE NAS协议层与DSS NAS协议层处于同一层,可以做到LTE核心网和GoTa核心网之间做到业务上的隔离 支持基于非信令连接的无缝小区间切换 8 网络安全保障方案 8.1 LTE/SAE安全架构 LTE/SAE的安全架构如图所示。 图 6-1 LTE/SAE的安全架构 LTE/SAE网络安全架构中包含五类安全特性。每一类都是考虑某些特定的威胁并达到相应的安全目标。 网络接入安全(I):此类安全特性提供用户接入服务的安全性,主要保护针对无线接入链接的攻击。 网络域安全(II):此类安全特性将保护对节点间的信令数据与用户数据提供安全保护,并提供有线网络的保护能力。 用户域安全 (III):此类安全特性将提供近端访问移动设备(Mobile Station)的安全性 应用层安全 (IV): 此类安全特性提供用户与运营单位应用层面交换消息的安全性 安全服务的可视性和可配置性(V): 此类安全特性使用户能够明确知道某个安全特征是否正在使用,以及使用某项服务时是否需要依赖某些安全特征 8.2 安全特征 8.2.1 用户到网络的安全 用户到网络的安全主要包含用户身份与设备标识的机密性、实体认证、用户数据与信令数据的机密性与完整性保护3个方面。 8.2.2 用户身份与设备标识的安全 用户身份的安全要求主要包含以下三个方面: u 用户标识的机密性要求:用户的永久身份标识(IMSI)不能在无线空口上被窃听; u 用户位置的机密性要求:用户的所处区域位置不能在无线空口上被窃听; u 用户服务的机密性要求:通过无线空口窃听不能判断发送给用户的服务是否有所不同。 设备标识的安全要求主要包含以下几个方面: u 设备标识的机密性要求:设备标识码IMEI应当受到机密性保护; u 设备标识的本地安全:IMEI信息应当安全地存储在终端上; u 设备标识传输的安全要求:UE应当在网络请求传送IMEI信息的时候将IMEI/IMEISV信息提供给网络; IMEI/IMEISV应当使用NAS协议进行传输;通常情况下, IMEI/IMEISV信息的传输需要在激活NAS安全时进行;当UE在首次附着的时候,IMEI/IMEISV需要以明文的方式传递给网络。当运营单位没有选择NAS机密性保护时,IMEI/IMEISV可以不采用机密性保护。 8.2.3 实体认证 实体认证主要包括用户认证与网络认证两部分: u 用户认证:服务网络可以确认用户的身份真实可靠; u 网络认证:用户可以确信所连接的网络是经过HE授权提供服务的,并且该授权是最新的。 为了实现实体认证,用户应在每次与网络建立连接的时候进行双向的认证。认证过程需要实现以下两个机制: u 双向认证在用户与服务网络之间进行,认证向量由归属环境(HE)产生,并发送给服务网络; u 在用户与网络间进行局部认证,该认证密钥由AKA协议协商的密钥生成。 8.3 用户数据与信令数据的机密性与完整性保护 在UE与网络间的用户数据与信令数据需要受到机密性与完整性的保护: u NAS信令需要受到机密性与完整性保护; u RRC信令需要受到机密性与完整性保护; u UP数据需要受到机密性保护但不需要完整性保护; u 在UE与网络端,加解密算法与完整性算法的输入参数应当保持同步。 对RRC与UP的机密性保护需要在PDCP层完成,对NAS信令的机密性保护需要由NAS协议来提供。 8.4 eNodeB的安全需求 8.4.1 概述 本节对eNodeB的安全需求适用于所有类型的eNodeB。适用于特定类型eNodeB的更严格安全需求不在本规范叙述范围内。 8.4.2 设置与配置功能安全要求 对eNB的设置与配置需要进行认证与授权,以保证攻击者无法通过本地或远程的接入方式修改eNB上的设置与加载的软件。在eNB设置与配置时的安全要求如下: u 在eNB与核心网之间、通过X2接口相连接的临近eNB之间都需要配置安全联盟(SA)。安全联盟建立时需要经过双向认证。安全联盟用于保护实体间的通讯安全。 u eNB与本地/远程O&M系统间的通讯需要经过双向认证。 u eNB上的软件与数据变更都是经过授权的。 u eNB应使用经过授权的软件与数据。 u 启动过程中的敏感部分应在安全环境的帮助下执行。 u 向eNB传输的软件应当保证机密性与完整性。 8.4.3 eNB中的密钥管理要求 核心网向eNB提供用户相关的会话密钥材料,eNB应当保证所有这些密钥的安全。eNB中存储的密钥在除了其他标准要求的情况下之外不能离开eNB中的安全环境。 8.4.4 eNB中用户面数据处理安全要求 eNB应当负责Uu接口与S1/X2接口的用户面数据包的加密与解密。 用户面数据的加解密应当在安全环境中进行,相关安全密钥也应当存储在安全环境中。 S1-U与X2-U接口上的用户数据传输应当受到机密性、完整性与抗重放攻击保护。 8.4.5 eNB中安全环境要求 eNB中的安全环境是一个逻辑功能模块,是为敏感操作提供支撑的一系列功能的集合。 安全环境应能够为敏感数据,如长效秘密信息或者关键配置信息提供支持。 安全环境应能够为敏感功能的执行,如对用户数据的加解密操作、使用长效秘密信息的协议如认证协议提供支持。 安全环境应保证其中存储的敏感数据不会暴露给外部实体。 安全环境应为设置阶段敏感部分的执行提供支持。 应保证安全环境的完整性。 应保证只有经过授权的对安全环境的操作才能被通过,这些操作包括但不限于:内部数据的存储与使用,内部函数的执行等。 8.5 UE与EPC网元间的安全机制 8.5.1 AKA认证 8.5.1.1 AKA认证过程 EPS AKA是应用于E-UTRAN的认证与密钥协商过程。 用户认证前,MME首先获得UE的IMSI,然后MME从HSS/Auc中取鉴权向量,包括RAND、XRES、Kasme和AUTN 用户认证时,MME将其中RAND、AUTN和KSIasme包含在认证请求中发送给用户,用户对网络进行认证。如果比较结果一致,则UE将计算出的RES包含在认证响应消息中给MME,MME会将XRES和RES进行对比,若结果一致,则认证通过。 图 6-2 EPS AKA用户认证交互 8.5.1.2 HSS向服务网络分发认证向量的过程 该过程的目的是由HE(HSS)向MME提供一个或多个EPS认证向量(RAND, AUTN, XRES, KASME)进行若干次用户认证。 EPS认证向量是从TS 33.102中6.3.2定义的认证向量推衍产生的。H用安全参数规范定义的KDF产生密钥KASME,必备的输入参数包括CK、IK和SN标识。 MME首先向HE(归属环境)请求认证向量。认证数据请求(Authentication data request)包括IMSI、服务网络标识(即MCC+MNC)、网络类型(即E-UTRAN)。 接收到来自MME的认证数据请求时,如果HE已经预先计算好EPS认证向量,则直接从HSS数据库中提取,否则按要求计算。 HE向MME返回认证响应(Authentication data response),提供被请求信息。若请求多个EPS认证向量,则按向量序列号依次返回。 8.5.2 密钥层次结构 EPC和E-UTRAN相关密钥要求: a)EPC和E-UTRAN应允许采用接入层和非接入层的加密算法和完整性保护算法,密钥长度为128比特。为长远发展,网络接口还应准备支持256位的密钥。 b)保护UP、NAS和AS的密钥取决于使用它们的算法。 c)作为从UE发出的初始附着请求的一部分,ME应向MME告知UE的安全保护能力。 图 6-3 EPS AKA密钥推衍 密钥等级包括以下密钥:KeNB, KNASint, KNASenc, KUPenc, KRRCint和K RRCenc 8.6 UE与接入网网元及非接入层信令的间安全机制 EPC核心网络的安全层次可以分为AS层和NAS层安全。 图 6-4 AS/NAS安全层机制 8.6.1 AS(Access Stratum)安全 UE和eNB之间的安全,包括RRC信令机密性保护,RRC信令完整性保护,用户面机密性保护 8.6.1.1 UP数据安全保护机制 按照TS 36.323的规定,UE与eNB间的用户面数据由PDCP协议提供加密。 128-EEA算法的使用与操作模式在安全参数规范中规定。 8.6.1.2 RRC信令完整性保护机制 RRC完整性保护由UE与eNB间的PDCP层提供,PDCP层以下无需完整性保护。 128-EIA算法的使用与操作模式在安全参数规范中规定。 8.6.1.3 RRC信令机密性保护机制 PDCP层提供UE与eNB间的RRC加密保护. 128-EEA算法的使用与操作模式在安全参数规范中规定。 8.7 NAS(Non Access Stratum)安全 UE和MME之间的安全,包括NAS信令的机密性保护和完整性保护 8.7.1 NAS机密性保护机制 NAS 128位加密算法的输入参数应和在8.1章节中描述的NAS完整性保护的输入参数保持一致,不同之处在于:一个不同的密钥KNASenc 作为KEY;另外还有一个额外的输入参数,即密钥流长度,由加密算法产生。 8.7.2 NAS完整性机制 对于NAS信令消息的完整性保护应作为NAS协议的一部分来提供。ME和MME需同时监督失败的NAS完整性检查。如果在NAS完整性保护开始后发现有失败的完整性检测,则除了在TS 24.301[9]中所指定的一些 NAS消息外,其它相关消息都要被丢弃。对于那些特殊情况,MME在接收到一个有错误或者缺失NAS-MAC的NAS消息时,可以由MME侧也可以由ME侧来丢弃相关的NAS消息。 成功认证后,NAS完整性保护可通过NAS SMC过程立刻激活。NAS完整性保护将一直保持激活状态,直到EPS安全上下文被删除为止。只有在UE处于EMM-DEREGISTERED状态时,才有可能删除EPS安全上下文。当EPS安全上下文存在时,所有NAS消息都需要进行完整性保护。 9 1.4G和1.8G频点对比分析 对于两个频点,其可用带宽下有比较大的区别: 1.4G的频率为1447~1467,由于附近木有其他的无线系统,其20M的带宽均可以申请使用。 1.8G的频率为1785~1805,考虑到1785~1805M频段与现网GSM1800相邻,实际使用该频段进行TD-LTE组网时,需要考虑和现网GSM1800系统频段隔离, 1785~1790M、1800~1805M留作保护带,中间1790~1800M 10M作为TD-LTE组网使用。 对于两个频率,其覆盖范围有较大的差距: 1.4G的频点更低,其穿透损耗更小,其覆盖的范围也更小,需要建设的基站数据也少,相应减少建设成本和维护成本。 10 方案总结 10.1 创新产品打造东莞松山湖精品网络 u 端到端解决方案,提供业务平台、核心网、无线网、终端芯片等完备的TD-LTE端到端解决方案。 u 基站基于业界领先的SDR平台设计,采用高效率功放,利用DPD+A-Doherty技术实现功放效率持续改进。键桥通讯B8300+R8968功耗远远低于业内平均水平,绿色环保,最大程度的降低网络运维成本。 u 基站发射功率为8*12W,为业内最大,能够有效的确保基站覆盖范围。 u 基站设备支持直流和交流供电方式,允许电压波动范围大以及多种室内室外安装方式,解决了运营单位部分站点各类资源受限问题,实现网络的快速低成本部署。 u 面向未来的网络设计,平滑演进至LTE-A,解除客户的后顾之忧。 u EPC核心网MME、HSS、SPR、RCP、CG、DNS等网元设备采用设计先进的ETCA(Enchanced ATCA)架构V4硬件平台实现;EPC核心网SAE-GW网元采用基于T8000路由器平台的V4设备。设备集成度高、容量大、平均用户功耗小;多个网元可以合设节省占地空间节能环保,最大程度的降低网络运维成本。 10.2 统一网管系统方便客户网络维护 u 键桥通讯基于NetNumenTM U31的网管系统实现核心网、无线网的设备共管,方便客户统一管理,统一输出报表,从而节约网络管理人力资源。 u 键桥通讯网管系统U31提供高可靠性,多重安全保障机制,提供完善的系统安全解决方案,包括物理安全、网络安全、系统安全、数据安全、和应用安全等,同时提供完善的分权分域功能,可以根据实际客户的网络规模、维护模式、客户建议等系统进行灵活分级构建。 u 键桥通讯网管系统U31基于新一代统一网管平台UEP(Unified Equipment Platform),满足未来网络演进的管理要求,基于多年的运维经验、提供良好的易用性和可维护性,提高整个网络的管理效率。 10.3 全系列终端解决客户后顾之忧 u 针对于1.4G频段,终端合作商与著名芯片厂商Sequans、国民技术三方合作共同完成芯片的定义、设计及生产,确保终端产品对于后续技术能力的升级演进。 u 终端合作商全力投入1.4G终端研发,2011-2012年可提供包括数据卡、通信模块、室内室外CPE和智能终端在内的全系列TD-LTE产品,助力松山湖区无线专网。 u 本文档由香当网(https://www.xiangdang.net)用户上传

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