3G接入網(wǎng)IP承載解決方案

3G接入網(wǎng)IP承載解決方案背景與挑戰(zhàn)

3G（3rd Generation），第三代數(shù)字通信技術(shù)，已經(jīng)在大部分國家得到部署和應(yīng)用。它與前兩代通信技術(shù)的主要區(qū)別是在傳輸聲音和數(shù)據(jù)的速度上有很大提升，它能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式，提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會(huì)議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)。

國際電信聯(lián)盟（ITU）確定3G通信的三大主流無線接口標(biāo)準(zhǔn)分別是W-CDMA（寬頻分碼多重存�。�、CDMA2000（多載波分復(fù)用擴(kuò)頻調(diào)制）和TD-SCDMA（時(shí)分同步碼分多址接入）。各個(gè)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)主要區(qū)別是無線接口的傳輸技術(shù)不同，但三種標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基本統(tǒng)一，主要由三個(gè)部分構(gòu)成：用戶終端（UE：User Equipment）、無線接入網(wǎng)（RAN：Radio Access Network）和核心網(wǎng)絡(luò)（CN：Core Network）。

圖一：3G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及接口示意圖

傳統(tǒng)的2G網(wǎng)絡(luò)以及3G網(wǎng)絡(luò)的初級(jí)版本（R99/R4）目前都面臨著巨大的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)不僅來自新業(yè)務(wù)對帶寬的極大需求，還來自商業(yè)和技術(shù)等方面。

首先，為了適應(yīng)多媒體服務(wù)對高速數(shù)據(jù)傳輸日益增長的需要，第三代移動(dòng)通信合作項(xiàng)目組（3GPP）已經(jīng)公布了一種新的高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，叫做高速下行分組接入技術(shù)（HSDPA）。將來在R6階段，還會(huì)應(yīng)用高速上行分組技術(shù)（HSUPA）。目前HSDPA已經(jīng)在EMEA（歐洲、中東和非洲）超過50家運(yùn)營商部署，其14.4Mbit/s的下行帶寬已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通WCDMA的能力范圍，對3G承載網(wǎng)（尤其是接入網(wǎng)RAN）的能力提出了更高要求。

其次，隨著各種移動(dòng)增值業(yè)務(wù)的部署以及用戶的迅速增多，運(yùn)營商用于租用承載鏈路的費(fèi)用急劇增加，這部分費(fèi)用目前已經(jīng)占據(jù)EMEA運(yùn)營商日常網(wǎng)絡(luò)維護(hù)費(fèi)用絕大部分。這直接導(dǎo)致了運(yùn)營商利潤的縮水（Margin Squeeze），如果再?zèng)]有新的承載技術(shù)取代傳統(tǒng)的PDH/ATM鏈路的話，很多運(yùn)營商將難以為繼。

另外，通信技術(shù)已經(jīng)全面向IP化演進(jìn)，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的IP趨勢也不容置疑。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的非IP化導(dǎo)致的兼容、升級(jí)成本增加、業(yè)務(wù)部署困難等問題將越來越明顯。

因此，從99年開始，3GPP（3G Partnership Project）就提出“全I(xiàn)P”的概念。而全I(xiàn)P化最關(guān)鍵的一步是無線接入網(wǎng)的IP化。
   
    　根據(jù)3GPP（3G Partnership Project）的定義，從圖二可以看到，RAN是由無線網(wǎng)絡(luò)管理器（RNC：Radio Network Controller）、無線基站子系統(tǒng)（Node B）和它們之間的傳輸網(wǎng)絡(luò)（Backhaul）所構(gòu)成。

圖二：3G網(wǎng)絡(luò)各組成部分示意圖

RAN的全I(xiàn)P化除了要對Node B和RNC實(shí)現(xiàn)IP化的改造之外，還需要對傳送部分實(shí)現(xiàn)IP化。如果這部分不實(shí)現(xiàn)IP化，RAN的效率將非常低，那整個(gè)IP RAN也就失去了意義。

3G接入網(wǎng)IP承載解決方案

需求分析

雖然Backhaul的IP化趨勢不容質(zhì)疑，但對于很多即將部署3G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營商來說，原來預(yù)留的部分光傳輸資源不能浪費(fèi)，而且老的SDH傳送網(wǎng)絡(luò)很可能會(huì)逐漸轉(zhuǎn)移到新的Backhaul網(wǎng)絡(luò)上來。所以，新的Backhaul網(wǎng)絡(luò)必須有能力包容PDH/SDH。
 
    將來的運(yùn)營商都是綜合型的服務(wù)提供商，而目前數(shù)據(jù)通信的業(yè)務(wù)收入在整個(gè)通信行業(yè)里所占的比重不超過10%。即使在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的歐洲，在已經(jīng)開通3G業(yè)務(wù)的國家里，話音業(yè)務(wù)仍然高達(dá)85%。 因此，未來幾年內(nèi)3G業(yè)務(wù)應(yīng)該是以話音業(yè)務(wù)為主導(dǎo)，同時(shí)數(shù)據(jù)、視頻業(yè)務(wù)迅速發(fā)展。在這種情況下，新建的Backhaul網(wǎng)絡(luò)資源會(huì)有一段時(shí)間比較富余，此時(shí)能否提高資源利用率，即充分利用光纖資源、基站資源來提供盡可能多的業(yè)務(wù)成了提高運(yùn)營利潤的關(guān)鍵因素。也就是說，Backhaul除了承載3G話音業(yè)務(wù)之外，完全可以用來同時(shí)承載企業(yè)專線、居民接入、移動(dòng)話音、移動(dòng)數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)固網(wǎng)和無線網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)的共享。

這些明確的需求對IP Backhaul網(wǎng)絡(luò)提出了特殊的要求，這些要求包括：

類似SDH的時(shí)鐘同步能力；
高可靠性；
傳統(tǒng)的ATM/TDM業(yè)務(wù)支持能力及靈活的新業(yè)務(wù)擴(kuò)展能力；
更高的傳送能力；
更低的建設(shè)、維護(hù)成本。

尤其是前兩點(diǎn)，一度被認(rèn)為是IP網(wǎng)絡(luò)無法解決的問題，也是IP RAN最大的障礙。不過，隨著一些新的IP技術(shù)的出現(xiàn)，這種情況已經(jīng)發(fā)生改變。華為公司正是這種改變過程的參與者和有力推動(dòng)者，其高效經(jīng)濟(jì)的IP RAN解決方案已經(jīng)服務(wù)于多個(gè)大型運(yùn)營商。

華為公司IP Backhaul時(shí)鐘同步解決方案

目前在IP Backhaul網(wǎng)絡(luò)上，可以使用的時(shí)鐘同步技術(shù)主要有同步以太網(wǎng)技術(shù)和自適應(yīng)時(shí)鐘恢復(fù)技術(shù)兩種。

同步以太網(wǎng)技術(shù)

同步以太網(wǎng)是一種采用以太網(wǎng)鏈路碼流恢復(fù)時(shí)鐘的技術(shù)。

因?yàn)橐蕴�網(wǎng)是一個(gè)異步系統(tǒng)，不需要高精度時(shí)鐘也能正常工作，所以一般的以太網(wǎng)設(shè)備都不提供高精度時(shí)鐘。但是這并不是說以太網(wǎng)，不能提供高精度時(shí)鐘。實(shí)際上，在物理層，以太網(wǎng)與SDH一樣采用是串行碼流方式傳輸，接收端必須具備時(shí)鐘恢復(fù)功能，否則無法通訊。換句話說，以太網(wǎng)其實(shí)本身就已經(jīng)具備傳送時(shí)鐘的能力，只是我們沒有使用而已。

在以太接口上使用高精度的時(shí)鐘發(fā)送數(shù)據(jù)，在對端是可以恢復(fù)并且提取這個(gè)時(shí)鐘并且保持高精度性能。這就是同步以太網(wǎng)的基本原理。

圖一：同步以太網(wǎng)時(shí)鐘解決方案示意圖

目前在無線接入網(wǎng)應(yīng)用中主要有樹狀網(wǎng)和環(huán)網(wǎng)兩種形式。BITS（Building Integrated Timing Supply）設(shè)備發(fā)布的時(shí)鐘信息經(jīng)過同步以太網(wǎng)絡(luò)被分發(fā)給與基站節(jié)點(diǎn)相連的數(shù)據(jù)通信設(shè)備，在經(jīng)過同步FE接口或者E1接口傳送給基站。同步以太網(wǎng)傳遞時(shí)鐘的機(jī)制很成熟，恢復(fù)出來的時(shí)鐘性能是最可靠的，能夠滿足G.823規(guī)定的TIMING接口指標(biāo)，而且不會(huì)受網(wǎng)絡(luò)負(fù)載變化的影響（同步以太網(wǎng)時(shí)鐘的傳遞只在以太網(wǎng)的接口之間的鏈路上進(jìn)行，一旦進(jìn)入設(shè)備，立刻被旁路到其他帶外路徑進(jìn)行處理，不參與包轉(zhuǎn)發(fā)）。由于這種時(shí)鐘機(jī)制與傳統(tǒng)的SDH網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘機(jī)制幾乎完全一樣，所以得到運(yùn)營商的普遍認(rèn)可。
 
    同SDH一樣，同步以太網(wǎng)在部署上有局限，時(shí)鐘的傳遞是基于鏈路的，它原則上要求時(shí)鐘路徑上的所有鏈路都具備同步以太網(wǎng)特性。而目前全球只有華為的MSP CX（Metro Services Platform CX）系列城域網(wǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了這一技術(shù)的商用，所以在實(shí)際部署中，為了穿透網(wǎng)絡(luò)中不支持同步以太網(wǎng)的鏈路，可以在不同的同步以太網(wǎng)云之間建立專用的PWE3隧道，最后得到全網(wǎng)同步。這些PWE3隧道我們稱之為“時(shí)鐘穿越隧道”。

在某些特定場景下，華為公司的城域網(wǎng)設(shè)備還可以使用一種更簡單的時(shí)鐘同步方式——自適應(yīng)時(shí)鐘恢復(fù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)IP RAN的時(shí)鐘同步。

自適應(yīng)時(shí)鐘恢復(fù)技術(shù)

自適應(yīng)時(shí)鐘恢復(fù)技術(shù)來源于電路仿真技術(shù)，其實(shí)質(zhì)就是通過自適應(yīng)算法將仿真電路中攜帶的時(shí)鐘信息恢復(fù)出來。

電路仿真包恢復(fù)時(shí)鐘性能與承載網(wǎng)絡(luò)密切相關(guān)，會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)變化影響，所以應(yīng)用場景需要一些限定條件，比如承載網(wǎng)負(fù)載比較松，時(shí)鐘包服務(wù)優(yōu)先級(jí)比較高可以保證無擁塞的傳送；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較簡單，中間節(jié)點(diǎn)較少，網(wǎng)絡(luò)傳送延時(shí)變化不大。