3G接入傳輸網(wǎng)中的光網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)分析

摘要　傳輸網(wǎng)絡(luò)在任何移動通信中都是一個(gè)重要的部分，影響著服務(wù)、服務(wù)質(zhì)量以及移動運(yùn)營商的成本。3G傳輸網(wǎng)絡(luò)也不例外，本文簡介了3G傳輸網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)并分析了以光纖傳輸網(wǎng)為基礎(chǔ)各種接入傳輸網(wǎng)的組網(wǎng)技術(shù)。

關(guān)鍵詞　寬帶碼分多址接入　陸地?zé)o線接入網(wǎng)絡(luò)　多業(yè)務(wù)傳輸平臺　彈性分組環(huán)　異步傳遞模式

一、前言

　　2005年，全球3G市場將進(jìn)入高速增長期，中國通信市場會迎來3G的曙光，我國的TD-SCDMA也將進(jìn)行商業(yè)化的試驗(yàn)運(yùn)行，雖然消費(fèi)者大規(guī)模使用3G業(yè)務(wù)可能要等到2-3年以后，但可以肯定的是，新一輪的增長與競爭會帶給諸多市場參與者新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。2005年開始，中國3G發(fā)展重點(diǎn)將主要放在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和業(yè)務(wù)準(zhǔn)備上，部分發(fā)達(dá)地區(qū)會推出試商用，用戶規(guī)模不大，但運(yùn)營商更加關(guān)注的是發(fā)展機(jī)遇。

　　移動網(wǎng)絡(luò)中，窄帶語音電路交換業(yè)務(wù)的傳輸已經(jīng)是最佳的了，而這種業(yè)務(wù)在幾年之內(nèi)仍將保持主導(dǎo)地位。然而，3G的引入在移動網(wǎng)絡(luò)中，基于分組的信息將呈現(xiàn)快速增長，任何合理的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展規(guī)劃都必須考慮到這一點(diǎn)，為傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃一個(gè)平滑和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展道路。所以，從廣義上來講，傳輸網(wǎng)絡(luò)必須繼續(xù)為基于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的漸增容量提供一個(gè)良好工程和經(jīng)濟(jì)優(yōu)化的解決方案，同時(shí)還要制定戰(zhàn)略準(zhǔn)備應(yīng)對未來快速增長的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。同樣在核心網(wǎng)CN中，移動網(wǎng)絡(luò)的所有部分都需要這種類型的傳輸解決方案。這意味著在移動無線網(wǎng)絡(luò)傳輸中，不僅需要一個(gè)傳輸解決傳統(tǒng)的話音信道的有效傳輸，并且這個(gè)傳輸解決方案也可以傳送基于分組的業(yè)務(wù)。

　　這個(gè)解決方案在網(wǎng)絡(luò)的不同部分有可能是類似的，無論是在多點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò)初期的低容量鏈路，還是在高業(yè)務(wù)容量中；也有可能是不同的，甚至各業(yè)務(wù)種類(TDM、ATM和IP)的任務(wù)和份額都可能不同，但是傳輸網(wǎng)絡(luò)必須規(guī)劃和管理它們。

二、3G傳輸網(wǎng)的特點(diǎn)

　　3G傳輸網(wǎng)絡(luò)可分為陸地?zé)o線接入網(wǎng)絡(luò)UTRAN(Universal Terrestrial Radio Access Network)和核心傳輸網(wǎng)絡(luò)CN(Core Network)兩個(gè)部分。3G傳輸網(wǎng)主要是實(shí)現(xiàn)Node B(BS)、區(qū)域網(wǎng)控中心RNC(BSC)、MSC(移動交換中心)之間多種接口的互連，傳輸從Node B(BS)到RNC(BSC)的業(yè)務(wù)信號和從RNC(BSC)到MSC的業(yè)務(wù)信號，其次是MSC、網(wǎng)關(guān)GPRS支撐參考點(diǎn)GGSN(Gateway GPRS Support Node)、服務(wù)GPRS支撐結(jié)點(diǎn)SGSN之間的信號。在無線接入網(wǎng)部分中每個(gè)Node B覆蓋一定的區(qū)域(從幾百米到十幾公里不等)，負(fù)責(zé)該區(qū)域內(nèi)的手機(jī)信號接入，而RNC控制若干個(gè)Node B(一般為幾十到數(shù)百個(gè))。

　　對于核心網(wǎng)的部分，主要是由移動通信專用的交換機(jī)MSC構(gòu)成，每個(gè)MSC管理一到兩個(gè)RNC(BSC)。在WCDMA核心網(wǎng)中，3G的傳輸接口與2G網(wǎng)絡(luò)變化不大，電路域和分組域可共存。但早期的2G網(wǎng)絡(luò)中，國產(chǎn)設(shè)備的市場份額很少。現(xiàn)國內(nèi)設(shè)備制造商在3G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備方面與國外設(shè)備在整體性能上已處于同一水平，在核心網(wǎng)分組域應(yīng)用方面，已領(lǐng)先于國外主要廠商，如WCDMA網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，應(yīng)用了NGN的原則，即網(wǎng)絡(luò)承載和業(yè)務(wù)應(yīng)用相分離、承載和控制相分離、控制和用戶平面相分離的原則，這樣使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰，實(shí)體功能獨(dú)立，便于模塊化的實(shí)現(xiàn)。由于軟交換支持分組交換，具有電路型核心網(wǎng)無可比擬的優(yōu)勢，技術(shù)上已經(jīng)成熟穩(wěn)定，運(yùn)營商已經(jīng)在采用R4版本軟交換來替代2G的核心網(wǎng)，并可兼容2G/3G接入網(wǎng)絡(luò)。我國華為公司第一個(gè)發(fā)布了R4軟交換商用版本，在全球大多數(shù)WCDMA商用網(wǎng)絡(luò)還在使用R99版本的時(shí)候，華為公司所建設(shè)的商用網(wǎng)全部采用了R4版本，并完成了為中國移動建設(shè)的全球最大的以IP為承載的軟交換匯接網(wǎng)順利割接入網(wǎng)，這使其在技術(shù)上具有明顯的領(lǐng)先優(yōu)勢。

　　3G傳輸網(wǎng)其特點(diǎn)是：

　　(1)CN內(nèi)部流量基本趨于穩(wěn)定，傳輸網(wǎng)絡(luò)需具備多業(yè)務(wù)透傳的能力，在接入傳輸網(wǎng)絡(luò)由于分組數(shù)據(jù)具有可變的高速數(shù)據(jù)率及流量的突發(fā)性，接入傳輸網(wǎng)在某些情況下同樣需要業(yè)務(wù)的透傳能力。

　　(2)寬帶CDMA支持多種同步業(yè)務(wù)，每個(gè)寬帶CDMA終端均可同時(shí)使用多種業(yè)務(wù)，因而可使每個(gè)用戶互聯(lián)網(wǎng)瀏覽的同時(shí)還能夠接收話音等其他多媒體業(yè)務(wù)。

　　(3)可同時(shí)提供高速電路域和分組域交換業(yè)務(wù)。

　　(4)3G接入傳輸網(wǎng)絡(luò)的傳輸接口種類最多且復(fù)雜。

三、3G接入傳輸網(wǎng)絡(luò)組成

　　移動網(wǎng)絡(luò)中傳輸媒介分為有線和無線兩種，有線傳輸媒介有光纖、同軸電纜或雙絞線；無線傳輸媒介有微波、衛(wèi)星等，其中，光纖傳輸具有容量大、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是3G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)氖走x方式。

　　作為移動通信領(lǐng)域的第三代移動通信系統(tǒng)，無論運(yùn)營商采用WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA哪種主流制式，其網(wǎng)絡(luò)邏輯架構(gòu)基本相同。其中WCDMA的傳輸接口種類最多，包括標(biāo)準(zhǔn)STM接口、ATM接口、IMA(反向復(fù)用)接口、PoS(IP over SDH)接口和以太FE/GE接口等。目前定義的3G系統(tǒng)主要有R99，R4和R5版本，近期實(shí)施的3G系統(tǒng)將采用R99或R4版本。但由于這些制式的主要差別在于移動終端到基站之間的無線接口，以及無線接入網(wǎng)(UTRAN)和核心網(wǎng)(CN)之中的高層協(xié)議解碼的位置或功能不同，對于負(fù)責(zé)3G信號有線傳輸?shù)墓饩W(wǎng)絡(luò)而言，最直接相關(guān)的就是3G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所能提供的傳輸接口、分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及其高帶寬要求的透明傳輸?shù)取?

　　在WCDMA的傳輸接口相對于2G網(wǎng)絡(luò)而言，最顯著的變化就是在3G接入網(wǎng)的傳輸接口中推薦了ATM接口而非TDM接口，同時(shí)為了支持NX E1業(yè)務(wù)，也提出了采用反向復(fù)用技術(shù)的IMA E1接口(如Iub，Iur，Iu-CS和Iu-PS等均采用ATM接口)。而在核心網(wǎng)中，WCDMA的傳輸接口與2G網(wǎng)絡(luò)變化不大，在電路域同樣采用TDM接口，而在分組域采用FE或者GE接口。因此。3G光傳輸網(wǎng)與2G光傳輸網(wǎng)最大的差別就在于UTRAN部分，而在3G的CN部分則沒有多大的變化。接入傳輸網(wǎng)絡(luò)與核心網(wǎng)相比在某些情況下是最復(fù)雜、投資最大的部分，從運(yùn)營商的角度來看，傳輸解決方案的優(yōu)化一定是值得的，也是3G傳輸網(wǎng)建設(shè)的關(guān)注重點(diǎn)。

　　接入傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)及組網(wǎng)，目前有多種的技術(shù)可采用，移動運(yùn)營商在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)必需考慮近期和長遠(yuǎn)，傳統(tǒng)的話音和急劇增加數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，尤其是IP業(yè)務(wù)，以及原有的網(wǎng)絡(luò)的投資等綜合因素。

四、3G接入傳輸網(wǎng)的組網(wǎng)技術(shù)

　　建設(shè)3G傳輸網(wǎng)絡(luò)時(shí)要考慮可兼容性、可擴(kuò)展性。初期3G業(yè)務(wù)仍是以語音業(yè)務(wù)為主，同時(shí)提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但隨著網(wǎng)絡(luò)和用戶需求的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的比重將逐步提高。同時(shí)，3G網(wǎng)絡(luò)需要根據(jù)客戶的不同需求提供不同QoS保證的業(yè)務(wù)，其中包括大客戶服務(wù)業(yè)務(wù)，例如企業(yè)互聯(lián)、寬帶接入、專線服務(wù)、帶寬出租等。

　　因此，傳輸網(wǎng)絡(luò)需要全面承載GSM，GPRS，PSTN，ISDN VoIP，3G等業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)能夠針對用戶的不同需求，提供多樣化的網(wǎng)絡(luò)接入方式、層次化的接入速率選擇，提供TDM，ATM，PoS，GE和PE等多種業(yè)務(wù)接口。

　　在傳輸制式、傳輸協(xié)議的選擇上，WCDMA(R99/R4)采用的是ATM協(xié)議，CDMA2000可采用ATM和IP兩種協(xié)議，因此3G RAN內(nèi)傳送的業(yè)務(wù)全部為分組業(yè)務(wù)，但在CN內(nèi)有TDM業(yè)務(wù)和分組業(yè)務(wù)之分。隨著數(shù)據(jù)的全I(xiàn)P化，終端到RAN和CN將逐漸承載全分組業(yè)務(wù)。

　　1.ATM組網(wǎng)技術(shù)

　　由于ATM是電路交換與分組交換的結(jié)合，也是一種快速的分組交換，作為一種面向連接的協(xié)議，具有低擁塞、低時(shí)延、低抖動、有序傳輸、高帶寬、交換速度快等特性，提供了極好的QoS解決方案，盡管ATM商業(yè)運(yùn)作不成功，業(yè)務(wù)起點(diǎn)選擇過高，ATM技術(shù)市場不理想，但是目前ATM并沒完全衰亡。在R99網(wǎng)絡(luò)中，3G開始也是采用ATM交換機(jī)構(gòu)成核心交換和傳輸網(wǎng)絡(luò)(3GPP的R99版)，因?yàn)锳TM技術(shù)對分組業(yè)務(wù)的支持很好，其優(yōu)勢是：RAN Iub接口采用的是ATM傳輸方式，如果能在ATM網(wǎng)絡(luò)上傳輸(尤其是采用了VP-Ring的ATM網(wǎng)絡(luò)可以確保傳輸安全)，可以發(fā)揮ATM的統(tǒng)計(jì)復(fù)用、提供端到端QoS保證等優(yōu)勢。已有ATM網(wǎng)絡(luò)資源的運(yùn)營公司，可有效地保護(hù)現(xiàn)有2G傳輸網(wǎng)的投資，并發(fā)揮ATM的優(yōu)勢。

　　但若利用ATM進(jìn)行大面積組網(wǎng)，不利于系統(tǒng)的擴(kuò)容升級。另外，如果采用ATM單獨(dú)組網(wǎng)，而ATM是一交換、傳輸、復(fù)用為一體設(shè)備，由于3G設(shè)備本身具有交換功能，ATM在組網(wǎng)時(shí)僅僅充當(dāng)著傳輸角色，ATM交換特性得不到充分應(yīng)用，存在著功能重疊。并且相對于SDH系統(tǒng)，ATM網(wǎng)絡(luò)在傳輸組網(wǎng)保護(hù)上也沒有優(yōu)勢，在其采用光纖組網(wǎng)時(shí)自愈方面還存在全網(wǎng)連接的自動配置和恢復(fù)時(shí)間問題。從各運(yùn)營商現(xiàn)有的傳輸資源上看，傳輸網(wǎng)的接入層建有ATM網(wǎng)絡(luò)的不多。如果為了3G接入網(wǎng)而建設(shè)一個(gè)獨(dú)立新的ATM網(wǎng)絡(luò)，昂貴的ATM交換設(shè)備相對3G網(wǎng)絡(luò)前期業(yè)務(wù)少、帶寬低的情況下是很不經(jīng)濟(jì)的。

　　2.SDH組網(wǎng)技術(shù)

　　另一種方式是利用傳統(tǒng)的SDH組網(wǎng)，對于帶寬顆粒小的Node B與RNC之間的Iub接口，可通過E1信號映射到VC-12通道的方式在傳輸網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸。對于帶寬顆粒大的RNC到MSC之間的業(yè)務(wù)，可通過ATM接口映射到VC-4或VC-n級聯(lián)傳輸，如果有運(yùn)營商有ATM網(wǎng)絡(luò)，3G與傳統(tǒng)SDH組成的傳輸網(wǎng)有兩個(gè)完全不同的網(wǎng)絡(luò)平面，3G完成業(yè)務(wù)層ATM信元的交換、調(diào)度和匯聚，然后再經(jīng)SDH設(shè)備進(jìn)行透明傳輸。這樣SDH將為每一個(gè)接入的業(yè)務(wù)分配一條固定帶寬的專有電路，整個(gè)的SDH傳輸容量被分割為無數(shù)根相互獨(dú)立的細(xì)管道。

　　由于SDH是TDM的固定帶寬分配，不能動態(tài)分配帶寬，是專為話音設(shè)計(jì)的，對于ATM，F(xiàn)E/GE，IP以及承載移動通信的分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)成本高，尤其是以太網(wǎng)業(yè)務(wù)和突發(fā)IP業(yè)務(wù)。

　　當(dāng)然SDH技術(shù)可以作為3G無線接入傳輸?shù)慕�期的解決方案，因?yàn)樗��?jīng)濟(jì)、成熟，運(yùn)營商可以充分利用已有的SDH網(wǎng)絡(luò)資源，節(jié)省投資。它與IP的融會可采用PoS(IP over SDH)三種方式，還可利用DWDM或CWDM(粗波分復(fù)用)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)容，滿足3G對帶寬的需求。

　　3.MSTP及RPR(彈性分組環(huán)路)組網(wǎng)技術(shù)

　　近年來隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，城域網(wǎng)接入上出現(xiàn)了大量可變比特率和任意速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，傳統(tǒng)的SDH系統(tǒng)TDM卻不能有效地對其進(jìn)行傳輸。多業(yè)務(wù)傳輸平臺(MSTP)通過使用虛級聯(lián)技術(shù)(VC)和GFP(通用成幀協(xié)議？ITU-T G.7041建議)及鏈路容量調(diào)整方案(LCAS-ITU-T G.7042建議)實(shí)現(xiàn)高效的封裝，實(shí)現(xiàn)了帶寬的動態(tài)分配；由于它標(biāo)準(zhǔn)化完善，為各廠家互聯(lián)互通打下了基礎(chǔ)，這就是在SDH的業(yè)務(wù)接入處建一個(gè)統(tǒng)一的物理平臺即多業(yè)務(wù)傳輸平臺(MSTP)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)TDM、ATM、IP、以太網(wǎng)等業(yè)務(wù)的接入、處理和傳送，提供統(tǒng)一網(wǎng)管的多業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)。它將SDH的高可靠性、嚴(yán)格的QoS和ATM的統(tǒng)計(jì)復(fù)用以及IP網(wǎng)絡(luò)的帶寬共享特征集于一身，針對不同服務(wù)質(zhì)量業(yè)務(wù)提供最佳傳送方式，因此MSTP成為現(xiàn)階段主流城域網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)，在電信寬帶IP城域網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮重要作用。

　　MSTP在3G應(yīng)用中，不但可以提供傳統(tǒng)的TDM業(yè)務(wù)傳輸和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的綜合接入，還可以提供完善的ATM匯聚/交換，二層以太網(wǎng)的匯聚/交換，有效地保護(hù)現(xiàn)有2G傳輸網(wǎng)的投資，充分利用穩(wěn)定的SDH技術(shù)和產(chǎn)品。這是由于MSTP繼承SDH的技術(shù)優(yōu)勢、技術(shù)成熟和穩(wěn)定可靠，建設(shè)綜合傳輸網(wǎng)可降低建設(shè)與運(yùn)維成本，網(wǎng)絡(luò)生存性、可靠性強(qiáng)，移動運(yùn)營商已有豐富SDH網(wǎng)絡(luò)資源并有SDH運(yùn)營和管理經(jīng)驗(yàn)。

　　國內(nèi)外多家廠商可提供MSTP第三代產(chǎn)品，MSTP也可以在SDH不同層次的速率和等級設(shè)備上實(shí)現(xiàn)，其設(shè)計(jì)特點(diǎn)、功能效用和部署成本則各不相同。有的移動運(yùn)營商在2G的網(wǎng)絡(luò)中已建有1OGb/s的SDH系統(tǒng)，從目前的實(shí)際產(chǎn)品看，10Gb/s系統(tǒng)的MSTP功能主要是提供高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)端口(如GE接口)的接入、封裝、映射和點(diǎn)到點(diǎn)傳送，包括使用VC(虛)級聯(lián)和LCAS技術(shù)，以保證高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在傳輸核心層傳送的效率和可靠性。而(622Mb/155Mb)/s系統(tǒng)由于業(yè)務(wù)容量和系統(tǒng)成本的限制，其MSTP功能主要是以業(yè)務(wù)透傳或交換的方式完成較低速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入、匯聚和上聯(lián)，應(yīng)用較為簡單。

　　3G傳輸網(wǎng)絡(luò)采用MSTP，只有根據(jù)運(yùn)營商自身現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)、目前的業(yè)務(wù)需求以及今后的業(yè)務(wù)定位，平衡技術(shù)和產(chǎn)品的先進(jìn)性以及投資額度和能確保的投資效益，才能夠遴選出最為理想的MSTP的產(chǎn)品和技術(shù)的組合。最合適的MSTP解決方案，有助于更好地利用和部署該項(xiàng)技術(shù)和產(chǎn)品。

　　提出MSTP的初衷是為了利用成熟可靠的SDH技術(shù)，是保護(hù)運(yùn)營商SDH設(shè)備投資，并滿足日益增長多種業(yè)務(wù)接入的需求。由于SDH技術(shù)中TDM時(shí)分復(fù)用，固定帶寬分配，使用VC映射、復(fù)用和交叉連接的機(jī)制并沒有改變，以話音為主、數(shù)據(jù)為輔的特點(diǎn)和現(xiàn)狀也沒有改變，因此它的帶寬利用率大大低于RPR(彈性分組環(huán))。

　　RPR技術(shù)是一種在環(huán)形結(jié)構(gòu)上優(yōu)化數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳送的新型MAC層協(xié)議，能夠適應(yīng)不同等級的服務(wù)和基于不同等級的環(huán)網(wǎng)的保護(hù)功能，可有效地傳送話音、數(shù)據(jù)、圖像等多種業(yè)務(wù)，尤其是在話音傳送的同時(shí)能有效地支持具有突發(fā)的IP業(yè)務(wù)，帶寬可以統(tǒng)計(jì)復(fù)用，它融合了以太網(wǎng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性、靈活性、可擴(kuò)性等特點(diǎn)，同時(shí)吸收了SDH環(huán)網(wǎng)的50ms快速保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，并具有再拓?fù)涞淖詣影l(fā)現(xiàn)機(jī)制、公平分配、嚴(yán)格的業(yè)務(wù)分類(CoS)等技術(shù)優(yōu)勢，這是MSTP不具備的。國內(nèi)外運(yùn)營商已在城域網(wǎng)成功的采用了RPR技術(shù)。同時(shí)RPR標(biāo)準(zhǔn)化已很完善，沒有SDH資源的移動運(yùn)營商也可考慮采用獨(dú)立的RPR技術(shù)。但RPR技術(shù)也有其局限性，在跨環(huán)傳輸時(shí)QoS性能不能得到保證，但通過MPLS(多協(xié)議標(biāo)記交換)可較好的解決。

　　當(dāng)然采用MSTP，還可通過內(nèi)嵌的RPR或外掛RPR發(fā)揮RPR的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了對分組業(yè)務(wù)更好的公平性、環(huán)路帶寬共享、環(huán)路保護(hù)和MSTP設(shè)備良好的可擴(kuò)展性和多業(yè)務(wù)支持能力，可以滿足3G目前和日后的演進(jìn)要求，雙重保護(hù)機(jī)制可大大提高3G業(yè)務(wù)的可靠性，因此筆者認(rèn)為MSTP是目前3G傳輸網(wǎng)的最佳選擇。