GPON承載LTE室分系統(tǒng)可行性研究與實(shí)踐

周楠　梁軍君　董健　王瑋

摘要：為了探索LTE室內(nèi)分布系統(tǒng)使用GPON承載的可行性，從GPON著手，首先簡單介紹了其主要特點(diǎn)，在強(qiáng)調(diào)了GPON自身多種優(yōu)勢及方便特點(diǎn)后，與使用PTN承載方式情況進(jìn)行對比，得出使用GPON承載LTE室分系統(tǒng)是可行的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：PON GPON LTE 室內(nèi)分布系統(tǒng)

1 引言

4G時代是數(shù)據(jù)的時代，而數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)更多地發(fā)生在室內(nèi)。研究表明，80%～90%的移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是在室內(nèi)發(fā)生的。在2G和3G領(lǐng)域，傳統(tǒng)的室內(nèi)覆蓋解決方案包括室外基站穿透覆蓋、信號源加分布式天線系統(tǒng)等。室外基站穿透對于低頻段和低速率的室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)是一個很好的選擇，但是當(dāng)頻率升高時，利用室外基站進(jìn)行室內(nèi)穿透覆蓋的范圍將大大降低，室內(nèi)覆蓋的效果將變得很差。分布式天線系統(tǒng)是業(yè)界常規(guī)用法，但隨著人們對生活環(huán)境質(zhì)量的關(guān)注度越來越高，運(yùn)營商與小區(qū)物業(yè)談判進(jìn)樓線路改造等非技術(shù)層面的問題變得愈發(fā)棘手?；诖耍琇TE時代需要創(chuàng)新的室內(nèi)覆蓋解決方案，因此本文接下來將主要介紹使用GPON（Gigabit-Capable PON，吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)）方式來承載LTE室分系統(tǒng)的可能性。

2 GPON與室內(nèi)分布系統(tǒng)特點(diǎn)分析

2.1 室內(nèi)分布系統(tǒng)簡介

室內(nèi)分布系統(tǒng)是針對室內(nèi)用戶群、用于改善建筑物內(nèi)移動通信環(huán)境的一種成功的方案，是利用室內(nèi)天線分布系統(tǒng)將移動基站的信號均勻分布在室內(nèi)每個角落，從而保證室內(nèi)區(qū)域擁有理想的信號覆蓋，相當(dāng)于室外宏站的延伸。它的作用有消除信號盲區(qū)、解決建筑物內(nèi)信號弱、解決建筑物內(nèi)信號分布不均、解決室內(nèi)小區(qū)切換問題、分擔(dān)室外宏蜂窩話務(wù)、擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量等。室內(nèi)覆蓋的場景選擇應(yīng)優(yōu)先考慮用戶密度大、高端用戶多、通信質(zhì)量要求高、場所較封閉或室外宏站難覆蓋到的場所，如星級酒店、辦公寫字樓、大型展館、娛樂餐飲場所、機(jī)場車站、商場、超市等。

2.2 GPON技術(shù)簡介

GPON是一種點(diǎn)到多點(diǎn)（P2MP）結(jié)構(gòu)的無源光網(wǎng)絡(luò)。由OLT（Optical Line Terminal，光線路終端）、POS（Passive Optical Splitter，無源分光器）和ONU（Optical Network Unit，光網(wǎng)絡(luò)單元）三部分組成。OLT為接入網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)側(cè)與核心網(wǎng)之間的接口，通過ODN與各ONU連接。作為PON系統(tǒng)的核心功能設(shè)備，OLT具有集中帶寬分配、控制各ONU、實(shí)時監(jiān)控、運(yùn)行維護(hù)管理GPON系統(tǒng)的功能。ONU為接入網(wǎng)提供用戶側(cè)的接口，提供話音、數(shù)據(jù)、視頻等多業(yè)務(wù)流與ODN（Optical Distribution Network，光配線網(wǎng)絡(luò)）的接入，受OLT集中控制[1]。

GPON系統(tǒng)支持的分支比為1：16/32/64/128，保護(hù)方式有4種：1）Type A光纖備份方式；2）Type B采用OLT端口備份方式；3）Type C全備份方式；4）Type D混合備份方式。前兩種保護(hù)方式相對簡單，并且造價較低，更能體現(xiàn)PON組網(wǎng)的成本優(yōu)勢，所以在中國移動現(xiàn)網(wǎng)中應(yīng)用較多。

GPON下行數(shù)據(jù)流采用廣播技術(shù)，下行速率2.5 Gbps；上行數(shù)據(jù)流采用TDMA技術(shù)，上行速率1.25 Gbps，最大邏輯距離60 km、最大物理距離20 km、最大距離差20 km、最大分光比1：128。GPON的應(yīng)用場景主要定位于QoS、可靠性需求相對不高的普通集團(tuán)客戶和家庭客戶。

2.3 GPON與PTN承載方式比較

GPON接入方式相對于傳統(tǒng)PTN在組網(wǎng)、維護(hù)、擴(kuò)容、成本等方面有很多優(yōu)勢：1）采用點(diǎn)對多點(diǎn)技術(shù)的星型網(wǎng)絡(luò)，集中分光，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較簡單，便于安裝；2）僅在局端和用戶側(cè)設(shè)置有源設(shè)備，中間均為無源器件，節(jié)省機(jī)房資源、降低維護(hù)成本；3）一個PON口可以帶多個用戶，從無源分光器的預(yù)留接口引出一路光纖給新的ONU即可；4）具備網(wǎng)管靈活配置帶寬能力，可根據(jù)市場策略或用戶需求，靈活配置每個用戶帶寬，不需更換設(shè)備，可擴(kuò)展性好；5）用戶密度越高，總的建設(shè)費(fèi)用越低。GPON與PTN承載室分情況對比如表1所示：

通多對比可以看出，GPON承載室分系統(tǒng)具備基礎(chǔ)條件，尤其是在商場、高校、體育館、賓館酒店、火車站等人口密度高并且對實(shí)時數(shù)據(jù)要求較低的場所使用GPON承載室分時，組網(wǎng)方便、擴(kuò)展高效、成本低廉的優(yōu)勢很明顯。

3 武漢移動公司GPON承載LTE室分試點(diǎn)

情況

根據(jù)集團(tuán)公司及湖北移動公司要求，武漢分公司配合完成了GPON承載LTE測試，以利于后期使用GPON來發(fā)展LTE室分、WLAN、樓宇寬帶等綜合業(yè)務(wù)。試點(diǎn)分別使用兩種方案對PON承載LTE的業(yè)務(wù)進(jìn)行測試，測試結(jié)果對比原有通過PTN接入LTE室分站點(diǎn)，從而得出較為準(zhǔn)確的結(jié)論。圖1為使用PTN承載LTE室分組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，圖2為使用GPON承載LTE室分組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

3.1 方案一測試站點(diǎn)蔡甸移動分公司

室分系統(tǒng)

該室內(nèi)分布系統(tǒng)方案為雙流室分。使用PTN傳輸時，在營業(yè)廳1F找極好點(diǎn)進(jìn)行CQT（Call Quality Test，呼叫質(zhì)量撥打測試），測試結(jié)果如圖3所示，室分均值速率為93.6 Mbps（SINR=28 dB，RSRP=-79 dBm）。

傳輸為華為GPON時，測試過程中使用ETH儀表模擬兩條業(yè)務(wù)，一條高優(yōu)先級業(yè)務(wù)，另外一條低優(yōu)先級業(yè)務(wù)有突發(fā)，儀表發(fā)送業(yè)務(wù)總速率小于320 Mbps，不擁塞情況下模擬現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)有突發(fā)。在營業(yè)廳1F找極好點(diǎn)進(jìn)行CQT測試，測試結(jié)果如圖4所示，單路室分下行峰值速率為61.1 Mbps（SINR=32 dB，RSRP= -70.38 dBm）。測試業(yè)務(wù)正常，丟包率為0。低優(yōu)先級業(yè)務(wù)報文長度為64字節(jié)時，平均時延0.57 ms；報文長度為128字節(jié)時，平均時延0.94 ms；報文長度為256字節(jié)時，平均時延1.55 ms；報文長度為512字節(jié)時，平均時延2.56 ms；報文長度為1024字節(jié)時，平均時延4.46 ms。高優(yōu)先級業(yè)務(wù)在不同報文長度時平均延時不超過0.05 ms。

3.2 方案二測試站點(diǎn)二七路移動營業(yè)廳室分系統(tǒng)

該室內(nèi)分布系統(tǒng)為雙流室分。使用PTN傳輸時，在營業(yè)廳1F找極好點(diǎn)進(jìn)行CQT測試，測試結(jié)果如圖5所示，雙路室分均值速率為91.1 Mbps（SINR=29 dB，RSRP=-53 dBm）。

傳輸為烽火GPON時，測試過程中使用ETH儀表模擬單條業(yè)務(wù)，不擁塞且無突發(fā)。在營業(yè)廳1F找極好點(diǎn)進(jìn)行CQT測試，測試結(jié)果如圖6所示，單路室分下行均值速率為55.8 Mbps（SINR=32 dB，RSRP= -53.75 dBm）。測試業(yè)務(wù)正常，丟包率為0。報文長度為64字節(jié)時，平均時延0.85 ms；報文長度為128字節(jié)時，平均時延0.84 ms；報文長度為256字節(jié)時，平均時延0.85 ms；報文長度為512字節(jié)時，平均時延0.86 ms；報文長度為1024字節(jié)時，平均時延0.89 ms。

4 結(jié)束語

經(jīng)過對兩個室分系統(tǒng)的兩種不同接入技術(shù)的測試，PON已具備承載LTE室分業(yè)務(wù)的技術(shù)條件，但LTE室分使用GPON承載方式時無線側(cè)的下載速率大幅低于PTN承載方式，初步分析了導(dǎo)致下載速率下降的原因：1）兩種方案測試時ONU與LTE室分系統(tǒng)對接時均采用5類雙絞線連接，而PTN與LTE室分系統(tǒng)對接為光纖；2）測試時華為ONU為100M的ONU，烽火為1000M的ONU；3）GPON方式測試時，傳輸通道采用了PON+CMNET，導(dǎo)致時延較高，因?yàn)镃MNET為盡力傳輸。

并且值得關(guān)注的是，后期能否較好滿足VoIP傳輸性能要求還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。采用PON承載LTE室分系統(tǒng)無疑是一次有益的嘗試，相信隨著PON技術(shù)的成熟，LTE室分通過PON來承載的場景會越來越多。

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