SDH傳輸網(wǎng)3G演進(jìn)方案研究

摘要　本文以大多數(shù)運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有的SDH傳輸網(wǎng)為基礎(chǔ)，討論了可行的3G傳輸網(wǎng)演進(jìn)方案。并在對(duì)眾多方案分析的基礎(chǔ)上給出一個(gè)有效的，尤其適合大型SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的3G傳輸網(wǎng)解決方案。

關(guān)鍵詞　3G　WCDMA　傳輸　SDH　ATM

1、引言

　　隨著3G不斷深入發(fā)展，各大移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商無(wú)不展開(kāi)緊鑼密鼓的應(yīng)戰(zhàn)方案。為了提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，使企業(yè)盡快地從單一的移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄻I(yè)務(wù)綜合通信運(yùn)營(yíng)商，本著傳輸先行的原則，必須建設(shè)一個(gè)能夠滿足現(xiàn)有和以后業(yè)務(wù)發(fā)展的傳送平臺(tái)。對(duì)于傳輸網(wǎng)的規(guī)劃和建設(shè)也必須充分利用現(xiàn)有資源，有計(jì)劃按步驟逐步擴(kuò)容和改造。本文就以大多數(shù)運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有的SDH傳輸網(wǎng)為基礎(chǔ)，討論了可行的3G傳輸網(wǎng)演進(jìn)方案。

2、3G傳輸網(wǎng)結(jié)構(gòu)和傳輸需求分析

　　2.1　3G網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

　　WCDMA網(wǎng)絡(luò)模型如圖1所示，由RAN和CN兩部分組成。R99版本在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的核心網(wǎng)繼承了GSM/GPRS核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)，接入網(wǎng)則引入WCDMA；R4版本在核心方面引入了分組語(yǔ)音承載和基于Server/MGW的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，接入網(wǎng)方面則主要是對(duì)R99版本的完善和優(yōu)化，在Iub帶寬需求上與R99沒(méi)有太大變化；到R5后，由于HSDPA高速下行分組接入的引入，每用戶數(shù)據(jù)速率會(huì)進(jìn)一步升高，基站單小區(qū)的吞吐量最高可以達(dá)到8～10Mbit/s，對(duì)傳輸帶寬的需求將較大幅度提升。3G網(wǎng)絡(luò)最終是要實(shí)現(xiàn)全I(xiàn)P承載。


圖1　WCDMA網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

　　對(duì)于初期的WCDMA來(lái)說(shuō)，傳輸網(wǎng)絡(luò)需要解決的問(wèn)題包括三個(gè)方面，一是核心網(wǎng)內(nèi)交換和分組網(wǎng)元的互聯(lián)，二是RNC與核心網(wǎng)的業(yè)務(wù)傳輸，第三是RNC到Node B之間的ATM業(yè)務(wù)承載。實(shí)際中，3G傳輸網(wǎng)主要分為接入層、匯聚層和骨干層傳輸。在3G建網(wǎng)模式中，RNC與核心網(wǎng)設(shè)備通常安裝在中心節(jié)點(diǎn)中，在傳輸組網(wǎng)時(shí)可將RNC規(guī)劃到骨干層，于是骨干層承擔(dān)核心網(wǎng)網(wǎng)元間的連接以及RNC與核心網(wǎng)的傳輸。而Node B處于網(wǎng)絡(luò)的邊緣，數(shù)量龐大且分散在城鄉(xiāng)各處，與RNC之間的業(yè)務(wù)連接必須通過(guò)城域傳輸網(wǎng)(傳輸網(wǎng)的接入層和匯聚層)來(lái)完成。在實(shí)際的業(yè)務(wù)傳輸中，基站設(shè)備全部直接由城域光傳送網(wǎng)進(jìn)行覆蓋是不現(xiàn)實(shí)的，也采取多種方式來(lái)解決接入問(wèn)題。因此，3G傳輸網(wǎng)的問(wèn)題實(shí)質(zhì)上就是3G運(yùn)營(yíng)商如何把Node B側(cè)封裝為ATM格式的數(shù)據(jù)安全、高效地傳輸至RNC側(cè)。以下主要討論Node B與RNC之間的傳輸方案。

　　實(shí)際設(shè)備在Node B側(cè)常具有若干個(gè)E1，IMA E1和STM-1接口；在RNC側(cè)，常具有大量的E1，IMA E1和通道化STM-1/4接口。本文將重點(diǎn)討論Iub接口的傳輸方案。

　　2.2　網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)傳輸需求分析

　　(1)Node B和RNC之間傳輸鏈路的計(jì)算

　　●總帶寬：

　　W(total)=Node B支持的cell數(shù)目×每小區(qū)平均用戶×(語(yǔ)音忙時(shí)吞吐率×α+數(shù)據(jù)忙時(shí)吞吐率×β)；

　　參數(shù)釋義：α/β：語(yǔ)音/數(shù)據(jù)效率折算系數(shù)，α=2.1，β=1.2。

　　●單根鏈路的有效帶寬：

　　E1鏈路的帶寬：W(link)=a×2.048Mbit/s；公式中：a為E1傳輸負(fù)荷因子，一般取為0.7。

　　●根據(jù)上式可得電接口E1配置原則：

　　E1的數(shù)量=總帶寬/單位鏈路帶寬=W(total)/W(link)；注意：在Iub接口配置成光接口時(shí)，一個(gè)基站最大的容量配置時(shí)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于155Mbit/s的容量，此時(shí)利用光接口主要是組網(wǎng)方面的考慮。

　　(2)Node B單站的傳輸需求

　　對(duì)于WCDMA來(lái)說(shuō)，Node B的接入帶寬需求由于用戶干擾、臨區(qū)干擾、擴(kuò)頻編碼等因素，每個(gè)載頻扇區(qū)的5MHz頻譜資源不可能全部進(jìn)行有效傳輸，經(jīng)無(wú)線部門(mén)測(cè)定核實(shí)，每個(gè)載頻扇區(qū)的有效傳輸帶寬可以等效為65個(gè)8kbit/s的語(yǔ)音信道或3個(gè)384kbit/s的數(shù)據(jù)用戶。另外，考慮到傳輸網(wǎng)絡(luò)的容量冗余保護(hù)和額外的開(kāi)銷，可得不同站型Iub需要E1數(shù)量為：?jiǎn)屋d單扇區(qū)需要1個(gè)E1；單載三扇，需要2個(gè)E1；二載三扇，需要4個(gè)E1；三載三扇，需要6個(gè)E1；四載三扇，需要8個(gè)E1。由此可見(jiàn)，相對(duì)于2G基站1-2個(gè)E1的帶寬需求來(lái)看，3G基站的帶寬需求擴(kuò)大了3-4倍�？紤]3G建網(wǎng)之后將在熱點(diǎn)地區(qū)逐步采用HSDPA技術(shù)，這些點(diǎn)將達(dá)到至少10M帶寬的需求。目前，主流廠商的Node B設(shè)備提供E1，IMAE1和STM-1接口。

　　(3)RNC的接入帶寬需求

　　以某中型城市為例，如果一個(gè)RNC覆蓋500個(gè)基站，每個(gè)基站平均需要4個(gè)E1，那么最極端情況是需要RNC同時(shí)提供等效2000個(gè)E1的接口。此外，RNC還需提供至MSC，SGSN，相鄰RNC等設(shè)備的電路。從以上現(xiàn)有商用實(shí)際設(shè)備的端口能力來(lái)看，RNC設(shè)備的接口數(shù)完全夠用，如果要降低Node B接入對(duì)RNC所需提供的2Mbit/s接口數(shù)量的話，可以通過(guò)通道化的STM-1接口來(lái)取代大量2Mbit/s接口進(jìn)行互聯(lián)。目前，主流廠商的RNC設(shè)備提供E1，IMAE1，信道化STM-1接口和非信道化STM-1接口。

　　2.3　3G傳輸網(wǎng)需求分析

　　3G WCDMA采用更高的頻率，基站覆蓋范圍略低于GSM.CDMA但隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特別是天線技術(shù)的進(jìn)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(huì)與GSM網(wǎng)絡(luò)基站基本相同或者略高，因此在無(wú)線本地網(wǎng)如果要實(shí)現(xiàn)相同的覆蓋效果，WCDMA與GSM基站的數(shù)量應(yīng)該基本相當(dāng)。

　　以某中型城市為例，Node B基站數(shù)量需求為500。在實(shí)際規(guī)劃預(yù)測(cè)中，市區(qū)部分，3G基站按6個(gè)2M，3G室內(nèi)覆蓋是按照2個(gè)2M；郊區(qū)部分，3G基站按照4個(gè)2M，3G室內(nèi)覆蓋按照平均1.5個(gè)2M；HSDPA則按每個(gè)點(diǎn)10M帶寬，即5個(gè)2M。若平均下來(lái)每個(gè)Node B的帶寬需求為4個(gè)E1，則一共需要2000個(gè)E1的基站帶寬接入量。目前，運(yùn)營(yíng)商的省內(nèi)骨干網(wǎng)多為2.G SDH環(huán)，考慮到一半的容量用作環(huán)保護(hù)，則每個(gè)骨干網(wǎng)可以提供的滿負(fù)荷容量為8×63(504)個(gè)E1，則保守估計(jì)也需要建設(shè)5個(gè)左右的骨干網(wǎng)，來(lái)將Node B的業(yè)務(wù)接入量最終匯聚到1-2個(gè)RNC，同時(shí)匯聚層大約需要10個(gè)匯聚層環(huán)網(wǎng)組成。一般認(rèn)為，每個(gè)匯聚環(huán)網(wǎng)可帶6-8個(gè)接入環(huán)，每個(gè)接入環(huán)帶不超過(guò)6個(gè)Node B，平均到每個(gè)匯聚環(huán)承載的3G業(yè)務(wù)量可達(dá)300多個(gè)E1，再加上網(wǎng)絡(luò)承載的2G，2.5G業(yè)務(wù)電路和數(shù)據(jù)接入電路，隨著3G業(yè)務(wù)的發(fā)展，現(xiàn)有匯聚、核心層2.5Gbit/s，10Gbit/s網(wǎng)絡(luò)容量將顯得更加有限。而隨著3G各種應(yīng)用快速發(fā)展，業(yè)務(wù)中將出現(xiàn)大量的突發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因此在傳輸骨干網(wǎng)擴(kuò)容的同時(shí)在匯聚層面進(jìn)行ATM業(yè)務(wù)匯聚也很有必要。

3、可行性方案比較

　　以上已經(jīng)討論過(guò)，對(duì)于WCDMA，連接RNC與Node B的Iub接口是傳輸?shù)闹饕獦I(yè)務(wù)。由于Iub可采用IMA E1或ATM STM-1，不同接口的選擇對(duì)傳輸組網(wǎng)的要求也不同，從而使傳輸組網(wǎng)面臨比較復(fù)雜的局面。下面按Iub可采用的物理接口分別進(jìn)行分析。

　　(1)全部采用ATM STM-1

　　傳送方式：通過(guò)光纖直連方式或通過(guò)SDH，MSTP或ATM網(wǎng)絡(luò)完成傳送。

　　分析：光纖直連方式需要大量光纖資源，網(wǎng)絡(luò)可維護(hù)性和安全性受限，實(shí)際中無(wú)法應(yīng)用；通過(guò)ATM網(wǎng)絡(luò)通過(guò)PVC可以實(shí)現(xiàn)分組業(yè)務(wù)的傳送，但現(xiàn)有ATM網(wǎng)絡(luò)不夠健全，且成本太高，管理復(fù)雜；通過(guò)SDH網(wǎng)絡(luò)透?jìng)髡加么罅快o態(tài)配置帶寬，網(wǎng)絡(luò)資源快速消耗，對(duì)傳輸網(wǎng)壓力太大；通過(guò)MSTP網(wǎng)絡(luò)的ATM VP-Ring功能可以進(jìn)行統(tǒng)計(jì)復(fù)用完成帶寬收斂，但需要對(duì)現(xiàn)有SDH接入網(wǎng)進(jìn)行改造，使所有Node B的傳輸節(jié)點(diǎn)要提供ATM STM-1接口，并提供ATM處理，成本太高。

　　結(jié)論：Node B與RNC通過(guò)ATM STM-1方式在3G初期應(yīng)用較少。RNC與Node B之間可通過(guò)IMA E1互通，這樣通過(guò)常規(guī)SDH，微波，LMDS，F(xiàn)SO，SHDSL等手段均可實(shí)現(xiàn)3G基站的接入，真正地簡(jiǎn)化了3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期所面臨的ATM傳送問(wèn)題。

　　(2)采用N×E1 IMA接口進(jìn)行業(yè)務(wù)互聯(lián)

　　分析：將若干Node B的N×E1 IMA通過(guò)SDH網(wǎng)絡(luò)透?jìng)髦罵NC，此時(shí)RNC會(huì)有大量的2M接口，建設(shè)成本和維護(hù)壓力巨大，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)帶寬的統(tǒng)計(jì)復(fù)用，帶寬效率低；也可考慮通過(guò)在與RNC相連的匯聚點(diǎn)引入ATM交換機(jī)來(lái)完成若干Node B的N×E1 IMA到ATM STM-1的匯聚，并與RNC進(jìn)行ATM STM-1的直連，以減少RNC側(cè)大量2M接口需求，但引入ATM機(jī)將額外增加硬件成本，網(wǎng)絡(luò)管理和維護(hù)復(fù)雜，且此時(shí)未能利用ATM的統(tǒng)計(jì)復(fù)用功能。借助MSTP+IMA功能在匯聚傳輸節(jié)點(diǎn)處，將Node B的N×E1 IMA匯聚成ATM STM-1接口，這要求接入傳輸網(wǎng)為支持IMA處理功能的MSTP網(wǎng)絡(luò)，需要對(duì)已有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面改造，將大幅度增加傳輸建設(shè)成本；鑒于目前大多數(shù)廠商RNC設(shè)備均可提供信道化STM-1接口，也可考慮采用該方式：E1在SDH網(wǎng)絡(luò)透?jìng)鳎�在與RNC對(duì)接的匯聚SDH節(jié)點(diǎn)處將Node B的N×E1 IMA匯聚成信道化的STM-1接口，這對(duì)現(xiàn)有傳輸網(wǎng)不用進(jìn)行任何改造。

　　結(jié)論：在3G傳輸網(wǎng)建設(shè)初期，考慮到充分利用現(xiàn)有資源，可利用SDH網(wǎng)絡(luò)透?jìng)鱊ode B的N×E1 IMA，在接入RNC的匯聚結(jié)點(diǎn)處匯聚成信道化的STM-1接口。雖然IMA接口方式具有方便靈活的特點(diǎn)，但目前業(yè)界3G廠家對(duì)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(jìn)行開(kāi)發(fā)的，而國(guó)內(nèi)3G技術(shù)的跟進(jìn)較晚，在研發(fā)之初對(duì)國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)情況的適配性做了一定的準(zhǔn)備，在RNC和Node B的接口上進(jìn)行了較多的IMA接口處理，如華為RNC的E1接口能力達(dá)到2000個(gè)，而國(guó)外廠家如Nokia，Ericsson雖然在RNC上也做了一些IMA改進(jìn)，但支持的IMA E1數(shù)量不多，普遍在100個(gè)左右，不能滿足中型以上城市的Node B接入，從而提出了另一種Node B HUB方式。

　　(3)采用HUB Node B與RNC連接的方式

　　分析：邊緣Node B和Hub Node B之間E1信號(hào)采用透?jìng)鞣绞�；Hub Node B內(nèi)置ATM交換單元。其Iub側(cè)為STM-1接口時(shí)，在傳輸層需借助MSTP的VP-Ring技術(shù)梳理帶寬；若Hub Node B的Iub側(cè)仍為N×E1接口，此時(shí)借助MSTP+IMA功能在匯聚傳輸節(jié)點(diǎn)處，將N×E1匯聚成ATM STM-1接口；或者通過(guò)SDH網(wǎng)絡(luò)完成N×E1到信道化STM-1的轉(zhuǎn)換。


圖2　采用HUB Node B與RNC連接的方式

　　結(jié)論：在Hub Node B(普通Node B內(nèi)置一個(gè)基于AAL2的ATM交換單元)中，對(duì)外圍基站接入的IMA E1進(jìn)行轉(zhuǎn)換，多個(gè)E1統(tǒng)計(jì)復(fù)用為ATM STM-1后與RNC互通，解決RNC提供E1能力不足的問(wèn)題，同時(shí)也避免了外圍基站覆蓋時(shí)的STM-1壓力。但是，這種方案也帶來(lái)其它傳輸問(wèn)題。Hub Node B由于機(jī)房條件的限制，考慮到安全因素，不可能帶太多的外圍Node B，若帶外圍Node B數(shù)量為5-6個(gè)，對(duì)于一個(gè)較大城市(3G頻率高于GSM，基站數(shù)量不少于GSM，假設(shè)某中型城市Node B接入點(diǎn)為500個(gè))，Hub Node B的數(shù)量超過(guò)80，若Hub Node B的Iub側(cè)為STM-1接口時(shí)，這就意味著RNC到Node B HUB層面需要有80個(gè)155M接口需要傳送，透?jìng)骱凸饫w直連顯然不可取，而城域網(wǎng)MSTP的ATM VP-Ring功能可成功解決這一問(wèn)題。

4、結(jié)束語(yǔ)

　　基于以上討論，本人認(rèn)為SDH傳輸網(wǎng)向3G傳輸網(wǎng)的演進(jìn)過(guò)程是一個(gè)逐步擴(kuò)容和改造的過(guò)程。

　　(1)在骨干層：3G帶來(lái)的RNC與Node B之間調(diào)度的中繼電路將是一個(gè)龐大的數(shù)字。隨著HSDPA技術(shù)的應(yīng)用以及更多155M以上大顆粒電路的轉(zhuǎn)接需求的出現(xiàn)，加之原有2G交換的擴(kuò)容和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展，骨干網(wǎng)急需擴(kuò)容并逐步升級(jí)，可實(shí)現(xiàn)通過(guò)10G設(shè)備強(qiáng)大的組網(wǎng)能力組成網(wǎng)狀網(wǎng)(MESH網(wǎng))，使環(huán)網(wǎng)中的任意兩點(diǎn)間都有高速的直達(dá)通路，利于業(yè)務(wù)的快速靈活疏導(dǎo)。

　　(2)在接入層和匯聚層：需要逐步優(yōu)化和擴(kuò)容，同時(shí)增加網(wǎng)絡(luò)的地理覆蓋范圍。在3G的建設(shè)初期，3G基站或室內(nèi)覆蓋的接入可以采用SDH網(wǎng)絡(luò)透?jìng)鞯姆绞剑�在與RNC對(duì)接的傳輸節(jié)上直接采用N×E1 IMA的方式或匯聚的信道化STM-1方式，也可同時(shí)結(jié)合HUB Node B方式，雖然帶寬利用率不是很高，但ATM特性和處理全部在3G業(yè)務(wù)結(jié)點(diǎn)進(jìn)行，業(yè)務(wù)網(wǎng)和傳輸網(wǎng)完全獨(dú)立，網(wǎng)絡(luò)層次清晰，可充分利用現(xiàn)有資源。

　　隨著3G業(yè)務(wù)的發(fā)展同時(shí)考慮3G業(yè)務(wù)不均勻的特點(diǎn)，RNC需預(yù)留大量的E1端口或信道化的STM-1端口用于擴(kuò)容，投資費(fèi)用高昂。為了提高帶寬利用率可在數(shù)據(jù)量較大的地區(qū)對(duì)相應(yīng)的匯聚環(huán)進(jìn)行MSTP改造，以增加ATM統(tǒng)計(jì)復(fù)用功能，此時(shí)可通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)內(nèi)置ATM卡實(shí)現(xiàn)VP-ring來(lái)進(jìn)行業(yè)務(wù)量的統(tǒng)計(jì)復(fù)用和匯聚，節(jié)省匯聚和骨干層的帶寬，同時(shí)減少RNC STM-1(ATM)接口數(shù)量。目前，MSTP上的ATM功能由于種種原因還不夠完善，例如ATM板卡缺少I(mǎi)MA E1處理功能，且VP-ring不支持VC12顆粒，同時(shí)ATM的業(yè)務(wù)管理、擁塞管理等還不夠健全。但隨著3G的發(fā)展，以成熟SDH技術(shù)為基礎(chǔ)的MSTP也將不斷完善，同時(shí)向全I(xiàn)P承載方向發(fā)展演進(jìn)。