面向3G的傳輸網(wǎng)絡(luò)

一、3G網(wǎng)絡(luò)淺析

　　為了便于解決3G傳輸?shù)膯栴}，先分析一下3G網(wǎng)絡(luò)向傳輸網(wǎng)絡(luò)提供的接口。3G網(wǎng)絡(luò)包括WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三種網(wǎng)絡(luò)制式，由核心網(wǎng)和無線網(wǎng)UTRAN組成。核心網(wǎng)由于考慮到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的大量引入，在設(shè)備構(gòu)成上又分為CS（電路域）和PS（分組域）。從技術(shù)本身來看，WCDMA的商用版本為R99和R4，其中R99版本的WCDMA需與GSM網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，核心網(wǎng)與GSM網(wǎng)絡(luò)共用MSC交換中心，增加了PS分組域數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，由SGSN和GGSN通過高速以太網(wǎng)接口或POS連接構(gòu)成全IP分組交換網(wǎng)絡(luò)，無線網(wǎng)部分RNC與NodeB之間通過ATM技術(shù)，語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以ATM信元承載；R4版本不再考慮原有的移動網(wǎng)絡(luò)而單獨成網(wǎng)，無線網(wǎng)部分和核心網(wǎng)PS分組域與R99相同，不同的是在CS電路域沒有采用電路交換模式的MSC，而是采用了基于NGN，控制（MSC Sever）與交換平面（MGW媒體網(wǎng)關(guān)）完全分開，MGW可進行TDM、ATM、IP三種方式的業(yè)務(wù)交換，目前的商用情況主要以TDM交換為主。

　　CDMA2000在接口和傳輸模式上與WCDMA R99版本區(qū)別不大，CDMA 1X在傳送需求上相當(dāng)于GPRS，而CDMA2000 EV-DO則相當(dāng)于R99版本的WCDMA。TD-SCDMA作為我國提出的3G標準，在技術(shù)上有一定的繼承性和先進型，必將在國內(nèi)3G網(wǎng)上取得一定的應(yīng)用，其優(yōu)勢在于無線域和天線方面，接口方式和傳輸與R99版本的WCDMA沒有太大區(qū)別。本文主要分析WCDMA傳輸網(wǎng)絡(luò)的解決方案，使大家對3G制式下傳輸網(wǎng)絡(luò)可能面臨的問題有進一步的了解，并提出相應(yīng)的解決方案。

　　分析3G網(wǎng)絡(luò)，有一個內(nèi)容對傳輸網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃非常重要：WCDMA采用1900MHz或更高的頻率，基站覆蓋范圍略低于GSM、CDMA，但隨著移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特別是天線技術(shù)的進步，加上載頻覆蓋效率的提升，WCDMA網(wǎng)絡(luò)基站的綜合覆蓋效率會與GSM網(wǎng)絡(luò)基站基本相同或者略高，因此在無線本地網(wǎng)如果要實現(xiàn)相同的覆蓋效果，WCDMA與GSM基站的數(shù)量應(yīng)該相當(dāng)，在發(fā)達城市會稍有下降，但數(shù)量差別不會太大，其它兩種制式也基本類似。

二、3G無線網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)解決方案

　　對于WCDMA，傳輸網(wǎng)絡(luò)需要解決的問題包括三個方面，一是核心網(wǎng)電路域的連接，另一個是核心網(wǎng)分組域的IP互連，第三是RNC到NodeB之間的ATM業(yè)務(wù)承載。

　　首先分析UTRAN部分。WCDMA網(wǎng)絡(luò)R4、R99版本在無線網(wǎng)絡(luò)部分基本保持不變，無線網(wǎng)和GSM一樣，主要處于城域，由RNC（基站控制器）和NodeB（基站）互連構(gòu)成，在傳輸模式上RNC與NodeB之間通過ATM信元方式承載。

　　第一種接口和傳輸解決方案：根據(jù)業(yè)界設(shè)備、ATM芯片的開發(fā)情況，ATM網(wǎng)絡(luò)最簡單的接口方式是155M，因此最早在歐洲、日本得到應(yīng)用的WCDMA的RNC與NodeB之間普遍采用155M ATM接口，如圖1所示。

　
圖1 RNC與NodeB之間采用155M接口

　　與國內(nèi)情況不同的是，歐洲、日本的ATM網(wǎng)絡(luò)已具相當(dāng)規(guī)模，已有完整ATM網(wǎng)絡(luò)的運營商完全可以通過ATM網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)3G基站的接入，以PVC方式實現(xiàn)電路業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。而我國目前只有少數(shù)運營商具有ATM網(wǎng)絡(luò)，且很不完整，在不重新建設(shè)的情況下構(gòu)建幾百個甚至上千個點的基站接入覆蓋，基本上是不現(xiàn)實的。面臨這樣的3G無線網(wǎng)，解決3G網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)方式只有兩種辦法：一是光纖直連、一是通過SDH透傳155M，在3G基站最大突發(fā)帶寬不超過30M的情況下，兩種方案明顯均不可取。MSTP技術(shù)提供ATMVP-Ring功能，通過ATM信元統(tǒng)計復(fù)用實現(xiàn)多個基站到1個155M通道的共享，為基站大量帶寬不滿的155M ATM提供匯聚，從而在匯聚和核心層面可大大降低對傳輸帶寬的要求。由于對MSTP功能的要求較高，國內(nèi)外各3G移動產(chǎn)品提供商也不再大量推廣NodeB到RNC采用155M的3G方案。

　　第二種接口和傳輸解決方案：根據(jù)現(xiàn)實情況，3G網(wǎng)絡(luò)在接口上發(fā)生了很多變化，IMA是解決傳輸接口方法之一，IMA通過155M接口ATM信元反向復(fù)用封裝在E1中，在E1內(nèi)部實現(xiàn)信元的統(tǒng)計復(fù)用，如圖2所示。


圖2 IMA 155M傳輸接口方案

　　RNC與NodeB之間可通過IMA E1互通，這樣通過常規(guī)SDH、微波、LMDS、FSO、SHDSL等手段均可實現(xiàn)3G基站的接入，如圖3所示，真正地簡化了3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)所面臨的ATM傳送問題。


圖3 RNC與NodeB之間的IMA E1互通方案

　　甚至可以考慮通過SDH網(wǎng)絡(luò)對IMA E1進行SDH復(fù)用，實現(xiàn)多基站的E1在RNC側(cè)通過信道化155M與RNC的對接，簡化RNC機房2M電纜過多及其造成的DDF維護壓力。

　　第三種接口方式和傳輸解決方案：雖然IMA接口方式具有方便靈活的特點，但目前業(yè)界3G廠家對IMA的支持情況各不相同，由于原有的3G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是基于ATM網(wǎng)絡(luò)進行開發(fā)的，而國內(nèi)3G技術(shù)的跟進較晚，在研發(fā)之初對國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)情況的適配性做了一定的準備，在RNC和NodeB的接口上進行了較多的IMA接口處理，如華為RNC的E1接口能力達到2000個，而國外廠家如Nokia、Ericsson雖然在RNC上也做了一些IMA改進，但支持的IMA E1數(shù)量不多，普遍在100個左右，不能滿足中型以上城市的NodeB接入，從而提出了另一種NodeB HUB方式，如圖4所示。


圖4 NodeB HUB解決方案

　　在NodeB HUB（普通NodeB內(nèi)置一個基于AAL2的ATM交換單元）中，對外圍基站接入的IMA E1進行轉(zhuǎn)換，多個E1統(tǒng)計復(fù)用為ATM 155M接口，然后與RNC互通，解決RNC提供E1能力不足的問題，同時也避免了外圍基站覆蓋時的155M壓力。但是，這種方案也帶來其它傳輸問題，NodeB HUB由于機房條件的限制，考慮到安全因素，不可能帶太多的外圍NodeB，若帶外圍NodeB數(shù)量為5-6個，對于一個較大城市（3G頻率高于GSM，基站數(shù)量不少于GSM，假設(shè)較大城市NodeB接入點為500個），NodeB HUB的數(shù)量超過80，這就意味著RNC到NodeB HUB層面需要有80個155M接口需要傳送，透傳和光纖直連顯然不可取，城域網(wǎng)MSTP的ATM VP-Ring功能可成功解決這一問題。


圖5 ATM VP-Ring解決方案

　　需要注意的是，NodeB HUB基站的節(jié)點有可能不在匯聚層，那么ATM VP-Ring也有可能要下到接入層，如何在接入層實現(xiàn)ATM VP-Ring是3G傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃必須面對的問題，目前能夠在接入層盒式設(shè)備提供ATM VP-Ring功能的廠家很少，這種狀況必然限制到傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的合理性。

　　第四種接口方式和傳輸解決方案：NodeB HUB雖然解決了RNC E1接入能力限制的問題，但同樣由于在基站內(nèi)部實現(xiàn)ATM層面的維護，且使基站在物理結(jié)構(gòu)上分成了HUB層和外圍基站層面，增加了基站的維護難度，于是MSTP在發(fā)展過程中也提出了類似HUB模式的解決方案。


圖6 MSTP的HUB模式

　　將ATM從IMA E1到155M的匯聚通過MSTP內(nèi)部反向復(fù)用單元實現(xiàn)，在3G網(wǎng)絡(luò)僅存在RNC和NodeB，基站維護大大簡化，而MSTP傳送層面解決了IMA反向復(fù)用問題，并可與VP-Ring結(jié)合，實現(xiàn)基站業(yè)務(wù)從基站到RNC的PVC傳輸，充分體現(xiàn)MSTP從傳送2M向傳送VLAN和PVC轉(zhuǎn)變的特征。


圖7 采用MSTP反向復(fù)用單元實現(xiàn)ATM從IMA E1到155M的匯聚

三、3G核心網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)解決方案

　　RNC普遍與電路交換機MSC或MGW、SGSN同在一個城市的中心機房，因此無線域和核心網(wǎng)之間的連接不存在傳輸問題。

　　核心網(wǎng)對傳輸網(wǎng)絡(luò)的影響在于，核心網(wǎng)是指交換機網(wǎng)絡(luò)的互連，對3G網(wǎng)絡(luò)來說主要是指跨地市、跨省業(yè)務(wù)，對傳輸網(wǎng)絡(luò)的影響主要在省二級干線網(wǎng)絡(luò)、國家一級干線網(wǎng)絡(luò)。

　　WCDMA R99版本的電路域與GSM網(wǎng)絡(luò)共用MSC，仍然是在地市到省會匯聚方式實現(xiàn)省內(nèi)和跨省業(yè)務(wù)交換，MSC之間的連接以E1中繼電路連接為主，容量規(guī)劃可略小于GSM網(wǎng)絡(luò)的電路容量。分組域SGSN進行L3交換，GGSN通過GE或POS方式實現(xiàn)省內(nèi)地市間的業(yè)務(wù)互通，GGSN可分散連接，即地市之間兩兩互連，但根據(jù)現(xiàn)有的維護體系來看，初期仍采用省中心機房集中路由交換方式，地市業(yè)務(wù)集中匯聚到省中心，連接容量與3G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)開展、城市大小、發(fā)達程度、消費觀念相關(guān)，初期容量在155M-GE之間，對省二級干線傳輸網(wǎng)的影響不會太大，但后期容量則以多GE和2.5G POS方式實現(xiàn)大容量匯聚，對省二級干線的容量和大顆粒傳送能力有一定的要求。

　　WCDMA的R4、R99版本不同。R4版本核心網(wǎng)采用NGN模式電路域，交換與控制分離，MGW在省內(nèi)可通過匯聚方式在省中心交換，也可以地市之間互連實現(xiàn)交換，控制部分通過MSC Server信令完成。根據(jù)這樣的業(yè)務(wù)分布模式，傳輸網(wǎng)對省中心集中匯聚方式的業(yè)務(wù)支持將與原GSM網(wǎng)絡(luò)的流量分布相同，對地市之間分散互連方式的支持將導(dǎo)致省二級干線網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)較多的地市之間的業(yè)務(wù)。電路域的容量與R99沒有本質(zhì)區(qū)別，只有分散式電路會導(dǎo)致電路數(shù)量從以前集中匯聚的計算方式向分散連接的方式轉(zhuǎn)移，省二級干線的時隙利用率更高，初期1-2個2.5G的容量完全滿足電路域核心網(wǎng)的帶寬要求，分組域與R99相同。

四、小結(jié)

　　3G網(wǎng)絡(luò)相對2G網(wǎng)絡(luò)，為用戶帶來的主要是在享受數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)上的差別。從傳輸網(wǎng)絡(luò)角度看，3G對傳輸網(wǎng)絡(luò)的影響最大的也最主要的是在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)的推動需要運營商與ISP、ICP長期不懈的努力才能得到廣泛的認可和接受，是一個漸進過程，不可能象語音網(wǎng)一樣可以通過增長率預(yù)期未來帶寬的具體需求。因此，如果考慮到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)從無到有，從小到大，傳輸網(wǎng)絡(luò)將會面臨著從低容量、小顆粒、簡單結(jié)構(gòu)需求到高容量、大顆粒、復(fù)雜結(jié)構(gòu)需求的變化，而同時傳輸網(wǎng)絡(luò)不可能象業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)那樣根據(jù)用戶的增加進行簡單的容量增加，往往需要在初期規(guī)劃出中遠期數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載，初期規(guī)劃的彈性和對未來數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持將成為3G傳輸解決方案或者3G傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的精髓。