3G與城域傳送網(wǎng)

在中國，3G網(wǎng)絡的部署已經(jīng)開始展開。其中，3G傳輸網(wǎng)作為整個3G網(wǎng)絡中的基礎網(wǎng)絡，扮演著重要的角色。在3G的傳輸問題上，3G核心網(wǎng)由于只需要解決在有限的一些固定節(jié)點之間的大容量傳輸問題，現(xiàn)有的骨干傳輸網(wǎng)很容易解決；而3G接入網(wǎng)由于覆蓋廣泛、節(jié)點眾多，同時需要解決實時性要求較高的語音業(yè)務和突發(fā)性強的高速數(shù)據(jù)業(yè)務的接入，因此3G接入網(wǎng)的傳輸問題就相對復雜。

1、3G與3G傳輸?shù)幕�本概�?/p>

前兩代移動通信（模擬移動通信和數(shù)字移動通信GSM/CDMA）主要以語音通信為主。3G的目標則除了支持語音通信外，重點在滿足寬帶數(shù)據(jù)接入的可移動性要求。

由于數(shù)據(jù)業(yè)務的流量特征與語音業(yè)務相比表現(xiàn)出很大的差別，而且3G標準在演進中，支持數(shù)據(jù)業(yè)務的能力和方式也不斷在發(fā)展變化，這使得3G網(wǎng)絡相比于2G網(wǎng)絡，對傳輸網(wǎng)有更高、更復雜的要求。

目前國際上3G的三大主流制式標準包括WCDMA、cdma2000和TD-SCDMA。從傳送網(wǎng)的角度來看，不同的3G標準，傳輸要求基本類似，三種網(wǎng)絡制式的主要區(qū)別在空中接口（UU）部分，其余部分的網(wǎng)絡邏輯架構基本相同。

目前WCDMA比較成熟的主要是R99、R4和R5三個版本，目前在測試和試驗網(wǎng)中主要采用了R4。WCDMA R4網(wǎng)絡體系結構如圖1所示。

圖1　WCDMA R4網(wǎng)絡體系結構

3G網(wǎng)絡在不同的技術發(fā)展階段可以采用不同的承載技術，包括TDM、ATM、IP等。由于數(shù)據(jù)業(yè)務流向的不確定性，使TDM技術很難為3G業(yè)務的承載提供一個高效可靠的平臺。因此，到目前為止，3G主要應用的傳輸接口技術以ATM和IP為主。

以WCDMA R4網(wǎng)絡為例，從功能上看，分為核心網(wǎng)絡（CN）和無線接入網(wǎng)絡（UTRAN或者RAN），如圖2所示。

圖2　3G網(wǎng)絡體系結構

核心網(wǎng)（CN）與無線接入網(wǎng)絡（UTRAN）中的RNC相連，而RNC控制若干個Node B，RNC與Node B之間通過有線連接。因此，3G網(wǎng)絡對于傳輸?shù)男枨笾饕�包括以下三個方面：

（1）核心網(wǎng)內(nèi)的業(yè)務傳輸；

（2）接入網(wǎng)和核心網(wǎng)之間（即RNC與CN之間，Iu接口）的業(yè)務傳輸；

（3）接入網(wǎng)內(nèi)的業(yè)務傳輸，包括RNC和Node B之間（Iub接口）、RNC與RNC之間（Iur接口）。

以上業(yè)務傳輸均包括了語音和數(shù)據(jù)業(yè)務的傳輸，均可以分為用戶數(shù)據(jù)流（可以理解為語音或者數(shù)據(jù)業(yè)務的內(nèi)容）和控制流（即為了進行語音通話、數(shù)據(jù)通信而進行的通信連接建立/拆除等控制信令）的傳輸。用戶數(shù)據(jù)流和控制流一般也稱為用戶平面和控制平面。

核心網(wǎng)絡（CN）和無線接入網(wǎng)絡（UTRAN）使用的傳輸網(wǎng)則分別對應于傳輸網(wǎng)中的骨干層和匯聚、接入層。

和R99相比，R4在無線接入網(wǎng)（UTRAN）部分和R99基本相同，區(qū)別主要是R4在核心網(wǎng)引入了軟交換系統(tǒng)，建立了統(tǒng)一的全分組化的核心網(wǎng)。R99則和現(xiàn)有2.5G系統(tǒng)一樣，語音業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務到了核心網(wǎng)在電路型傳送網(wǎng)和分組傳送網(wǎng)上分別傳輸。R99網(wǎng)絡體系結構如圖3所示。

圖3　WCDMA R99網(wǎng)絡體系結構

R5相比于R4，主要的變化是在核心網(wǎng)中引入了IP多媒體子系統(tǒng)（IMS）的概念，在接入網(wǎng)（U-TRAN）上，則定義了ATM和IP兩種傳送方式，R5的系統(tǒng)可以選擇用ATM或者IP中的任何一種來進行業(yè)務傳送。R5同時規(guī)定，支持IP的UTRAN節(jié)點，必須通過對ATM/IP雙協(xié)議棧的支持，或者通過內(nèi)置/外接的互通模塊，實現(xiàn)與純ATM UTRAN節(jié)點的互通。目前，業(yè)界很多廠商的3G系統(tǒng)在支持R5的時候，也選擇了首先支持ATM傳送的方式。R5的網(wǎng)絡體系結構如圖4所示。

圖4　WCDMA R5網(wǎng)絡體系結構

綜合分析WCDMA R99、R4和R5等不同的演進版本，我們可以看到，隨著3G技術的演進發(fā)展，數(shù)據(jù)業(yè)務的速率、網(wǎng)絡結構等發(fā)生了一些變化，會對傳輸產(chǎn)生不同的要求。

從傳輸接口類型來看，對WCDMA各個版本的接口類型匯總如表1所示。

表1　WCDMA各版本的接口類型

R99R4R5R6/R7
    IubATMATMATM/IPATM/IP
    IurATMATMATM/IPATM/IP
    Iu-csATMATMATM/IPATM/IP
    Iu-psATMATMATM/IPATM/IP
    Iu-bsATMATMATM/IPATM/IP
    CNTDM,IPIP/ATMIP/ATMIP

TD-SCDMA R99、R4和R5版本在接入網(wǎng)接口類型和傳輸模式上與WCDMA基本相同，cdma2000和WCDMA在對傳輸?shù)囊�求上也很相似，因此本文以WCDMA為例進行3G傳輸網(wǎng)的討論，但很多結論適用于這三種網(wǎng)絡體制。

2、3G對城域傳送網(wǎng)的要求

下面以TD-SCDMA R4為例來進行分析。

在3G核心網(wǎng)（CN）中，由于業(yè)務已經(jīng)經(jīng)過收斂和匯聚，傳輸顆粒較粗，只需要解決有限的一些點之間大容量傳輸?shù)膯栴}，采用SDH透傳方式較為直接和簡單，可以直接將TDM/ATM/IP over SDH/WDM網(wǎng)絡進行大容量業(yè)務傳輸。

對于移動接入網(wǎng)（UTRAN），它包括以下接口：

（1）Iub：Node B和RNC之間的接口，主要采用IMA E1，ATM STM-1接口；

（2）Iur：RNC之間的接口，主要采用ATM STM-1；

（3）Iu：RNC和CN之間的接口，主要采用ATM STM-1/4。

目前，3G網(wǎng)絡中RNC的處理能力均向大容量方向發(fā)展，在一個城市中RNC數(shù)量非常有限，RNC和RNC之間（Iur接口），以及RNC連接到CN（Iu接口），都是有限幾個點之間155M或者622M的傳輸，通過城域傳輸網(wǎng)很容易解決。而Node B處于網(wǎng)絡的邊緣，實現(xiàn)完全覆蓋通常在一個大城市中要達到上百個甚至數(shù)百個節(jié)點的規(guī)模，數(shù)量龐大且布置分散，因此解決Node B與RNC之間的傳輸是整個3G傳輸網(wǎng)絡的關鍵�？偨Y它對城域傳送網(wǎng)的要求有以下幾個特征：

（1）要求傳輸網(wǎng)提供ATM或者IMA（ATM反向復用）接口，即2Mbit/s的IMA，155Mbit/s或者622Mbit/s的ATM接口，最好提供ATM的接入、匯聚（統(tǒng)計復用）和交換能力；

（2）移動網(wǎng)絡的特征之一是覆蓋性，相應地，也要求上述端口提供以及傳輸是廣覆蓋的，也就是在移動網(wǎng)基站覆蓋的地方，都要有上述傳輸條件；

（3）由于3G網(wǎng)絡的建設不是一蹴而就的，那么要求提供給3G的傳送網(wǎng)應該適應網(wǎng)絡逐步部署的需要，初期投資小，可擴展性好；

（4）3G技術本身是在不斷發(fā)展演進的，那么要求傳送網(wǎng)具有較好的適應性，可以隨著技術的發(fā)展而演進，從而保護投資，節(jié)省投資；

（5）因為3G要同時支持實時性要求高的語音和突發(fā)性強的數(shù)據(jù)業(yè)務傳輸，因此要求傳輸方案能較好地提供QoS保證的能力。

下面對3G不同傳輸方式的分析比較，都會圍繞著以上的要求來進行。

根據(jù)前面對R99、R5與R4接入網(wǎng)的比較我們可以得知，以上要求同樣適用于R99，以及采用ATM傳送方式的R5系統(tǒng)。

3、主流3G傳輸解決方案分析比較

從現(xiàn)有應用較廣泛的傳輸技術上看，適合3G無線接入傳輸特性的傳輸技術主要有：ATM、SDH以及MSTP技術等。它們用于3G無線接入網(wǎng)的傳輸各有利弊。

3.1　ATM技術

在R99和R4中Iub接口采用的都是ATM技術，R5理論上可選支持ATM或者IP，但實際中業(yè)界大量3G系統(tǒng)都在支持ATM接口。如果能在ATM網(wǎng)絡上傳輸3G業(yè)務，則可以發(fā)揮ATM統(tǒng)計復用、QoS保證等優(yōu)勢。尤其是采用了VP環(huán)的ATM網(wǎng)絡可以確保傳輸安全。

缺點：從各運營商現(xiàn)有的傳輸資源上看，并沒有現(xiàn)成的ATM網(wǎng)絡在傳輸網(wǎng)的接入層大量存在。如果為了3G接入網(wǎng)而建設一張完整的ATM網(wǎng)絡，則投資相對3G網(wǎng)絡前期業(yè)務少、帶寬低的情況是較不經(jīng)濟的，而且從3G的長遠發(fā)展來看，ATM技術對其他業(yè)務并非最佳解決方案，亦不是技術的發(fā)展趨勢。

3.2　SDH技術

采用SDH傳輸最大的優(yōu)勢是國內(nèi)各運營商都擁有豐富的SDH傳輸資源，覆蓋廣泛。因此，利用已有的SDH傳輸資源組建3G無線接入傳輸網(wǎng)是個最節(jié)省投資的選擇。

使用傳統(tǒng)的SDH承載3G業(yè)務仍存在一定的缺陷，因為采用ATM over SDH的方式，只是為ATM提供了一種透明傳輸方式，不能進行統(tǒng)計復用而導致傳輸效率不高，這種透傳方式通�？刹捎脙煞N接口SDH STM-1或者E1接口。通過將SDH升級成為簡單的MSTP可以解決傳輸效率的問題。

3.3　MSTP技術

多業(yè)務傳送平臺MSTP技術代表了現(xiàn)有傳輸網(wǎng)的發(fā)展方向，它是基于SDH的下一代傳送臺。MSTP可提供TDM、ATM、IP等多種業(yè)務接口和處理能力，可以根據(jù)網(wǎng)絡的發(fā)展來動態(tài)調整ATM、IP或TDM網(wǎng)絡的容量，具有較好的可擴展性。

（1）MSTP技術不但可以提供傳統(tǒng)的TDM業(yè)務傳輸，還可以提供完善的ATM匯聚/交換，二層以太網(wǎng)的匯聚/交換功能；

（2）MSTP理論上可以支持ATM業(yè)務的VP/VC交換、以及ATMVP環(huán)等功能，通過業(yè)務匯聚實現(xiàn)對ATM帶寬的收斂，從而提高傳輸網(wǎng)帶寬利用率；使用VP環(huán)可以提供3G業(yè)務的多層保護，從而提高承載網(wǎng)的安全性。

缺點：MSTP和前面所述ATM傳送技術一樣存在投資的問題，因為目前并沒有很多采用MSTP技術組建的傳輸環(huán)，現(xiàn)有一些MSTP環(huán)對ATM的支持能力也較弱，主要表現(xiàn)在：

（1）由于ATM業(yè)務原來應用不是很廣泛，好多MSTP節(jié)點沒有提供ATM接口卡；

（2）有些能提供ATM接口的MSTP，其ATM交換、流量管理、QoS控制等方面的能力也非常有限，如果應用于3G接入網(wǎng)傳輸，還需要升級。

因此，如果大規(guī)模采用MSTP來作為3G接入傳輸網(wǎng)的話，可能需要新建傳輸環(huán)，投資仍然是巨大的。但MSTP技術良好的擴展性是這種投資能得到較長遠利用提供了部分保證。

綜上所述，各種傳輸技術各有所長各有所短，在實際中還需要綜合考慮各種因素后加以選擇應用。

4、結束語

3G傳輸網(wǎng)是整個3G系統(tǒng)的重要一環(huán)。各種3G接入傳輸方案各自有所長有所短。我們應根據(jù)城域傳送網(wǎng)的條件，3G網(wǎng)絡和業(yè)務對傳輸?shù)囊�求，綜合考慮3G Node B、RNC設備的現(xiàn)狀（比如接口類型、密度、QoS能力等等），3G網(wǎng)絡分步部署和不斷發(fā)展演進的要求，等等，以務實的態(tài)度去設計規(guī)劃3G傳輸方案。在此過程中，充分利用現(xiàn)有城域傳送網(wǎng)能夠提供的傳輸手段，靈活地運用多種傳輸方案，平衡與新投資、新建網(wǎng)絡之間的關系，將成為在保證充分滿足3G網(wǎng)絡及業(yè)務需要的前提下，減少投資，縮短建設周期的重要方式。