詳解面向3G的傳輸網絡

2019-11-18 12:47:39

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　　一、3G網絡淺析
　　為了便于解決3G傳輸的問題，先分析一下3G網絡向傳輸網絡提供的接口。3G網絡包括WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三種網絡制式，由核心網和無線網UTRAN組成。核心網由于考慮到數據業務的大量引入，在設備構成上又分為CS（電路域）和PS（分組域）。從技術本身來看，WCDMA的商用版本為R99和R4，其中R99版本的WCDMA需與GSM網絡結合，核心網與GSM網絡共用MSC交換中心，增加了PS分組域數據業務，由SGSN和GGSN通過高速以太網接口或POS連接構成全ip分組交換網絡，無線網部分RNC與NodeB之間通過ATM技術，語音業務和數據業務以ATM信元承載；R4版本不再考慮原有的移動網絡而單獨成網，無線網部分和核心網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媒體網關）完全分開，MGW可進行TDM、ATM、IP三種方式的業務交換，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版本區別不大，CDMA 1X在傳送需求上相當于GPRS，而CDMA2000 EV-DO則相當于R99版本的WCDMA。TD-SCDMA作為我國提出的3G標準，在技術上有一定的繼續性和先進型，必將在國內3G網上取得一定的應用，其優勢在于無線域和天線方面，接口方式和傳輸與R99版本的WCDMA沒有太大區別。本文主要分析WCDMA傳輸網絡的解決方案，使大家對3G制式下傳輸網絡可能面臨的問題有進一步的了解，并提出相應的解決方案。
　　
　　分析3G網絡，有一個內容對傳輸網絡的規劃非常重要：WCDMA采用1900MHz或更高的頻率，基站覆蓋范圍略低于GSM、CDMA，但隨著移動網絡技術非凡是天線技術的進步，加上載頻覆蓋效率的提升，WCDMA網絡基站的綜合覆蓋效率會與GSM網絡基站基本相同或者略高，因此在無線本地網假如要實現相同的覆蓋效果，WCDMA與GSM基站的數量應該相當，在發達城市會稍有下降，但數量差別不會太大，其它兩種制式也基本類似。
　　
　　二、3G無線網傳輸網絡解決方案
　　對于WCDMA，傳輸網絡需要解決的問題包括三個方面，一是核心網電路域的連接，二是核心網分組域的IP互連，第三就是RNC到NodeB之間的ATM業務承載了。首先分析UTRAN部分。WCDMA網絡R4、R99版本在無線網絡部分基本保持不變，無線網和GSM一樣，主要處于城域，由RNC（基站控制器）和NodeB（基站）互連構成，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：根據業界設備、ATM芯片的開發情況，ATM網絡最簡單的接口方式是155M，因此最早在歐洲、日本得到應用的WCDMA的RNC與NodeB之間普遍采用155M ATM接口，如圖1所示。
　　　詳解面向3G的傳輸網絡（圖一）

　　圖1 RNC與NodeB之間采用155M接口
　　
　　與國內情況不同的是，歐洲、日本的ATM網絡已具相當規模，已有完整ATM網絡的運營商完全可以通過ATM網絡實現3G基站的接入，以PVC方式實現電路業務和數據業務。而我國目前只有少數運營商具有ATM網絡，且很不完整，在不重新建設的情況下構建幾百個甚至上千個點的基站接入覆蓋，基本上是不現實的。面臨這樣的3G無線網，解決3G網絡的傳統方式只有兩種辦法：一是光纖直連、一是通過SDH透傳155M，在3G基站最大突發帶寬不超過30M的情況下，兩種方案明顯均不可取。MSTP技術提供ATMVP-Ring功能，通過ATM信元統計復用實現多個基站到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，國內外各3G移動產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：根據現實情況，3G網絡在接口上發生了很多變化，IMA是解決傳輸接口方法之一，IMA通過155M接口ATM信元反向復用封裝在E1中，在E1內部實現信元的統計復用，如圖2所示。
　　　詳解面向3G的傳輸網絡（圖二）

　　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SDH、微波、LMDS、fso、SHDSL等手段均可實現3G基站的接入，如圖3所示，真正地簡化了3G網絡建設所面臨的ATM傳送問題。
　　　詳解面向3G的傳輸網絡（圖三）

　　圖3 RNC與NodeB之間的IMA E1互通方案
　　
　　甚至可以考慮通過SDH網絡對IMA E1進行SDH復用，實現多基站的E1在RNC側通過信道化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，但目前業界3G廠家對IMA的支持情況各不相同，由于原有的3G網絡設備是基于ATM網絡進行開發的，而國內3G技術的跟進較晚，在研發之初對國內網絡情況的適配性做了一定的預備，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。
　　　詳解面向3G的傳輸網絡（圖四）

　　圖4 NodeB HUB解決方案
　　
　　在NodeB HUB（普通NodeB內置一個基于AAL2的ATM交換單元）中，對外圍基站接入的IMA E1進行轉換，多個E1統計復用為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數量為5-6個，對于一個較大城市（3G頻率高于GSM，基站數量不少于GSM，假設較大城市NodeB接入點為500個），NodeB HUB的數量超過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MSTP的ATM VP-Ring功能可成功解決這一問題。
　　　詳解面向3G的傳輸網絡（圖五）

　　圖5 ATM VP-Ring解決方案
　　
　　需要注重的是，NodeB HUB基站的節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ATM VP-Ring是3G傳輸網絡規劃必須面對的問題，目前能夠在接入層盒式設備提供ATM VP-Ring功能的廠家很少，這種狀況必然限制到傳輸網絡規劃的合理性。
　　
　　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部實現ATM層面的維護，且使基站在物理結構上分成了HUB層和外圍基站層面，增加了基站的維護難度，于是MSTP在發展過程中也提出了類似HUB模式的解決方案。
　　　詳解面向3G的傳輸網絡（圖六）

　　圖6 MSTP的HUB模式
　　
　　將ATM從IMA E1到155M的匯聚通過MSTP內部反向復用單元實現，在3G網絡僅存在RNC和NodeB，基站維護大大簡化，而MSTP傳送層面解決了IMA反向復用問題，并可與VP-Ring結合，實現基站業務從基站到RNC的PVC傳輸，充分體現MSTP從傳送2M向傳送VLAN和PVC轉變的特征。
　　詳解面向3G的傳輸網絡（圖七）

　　圖7 采用MSTP反向復用單元實現ATM從IMA E1到155M的匯聚
　　
　　三、3G核心網傳輸網絡解決方案
　　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之間的連接不存在傳輸問題。
　　
　　核心網對傳輸網絡的影響在于，核心網是指交換機網絡的互連，對3G網絡來說主要是指跨地市、跨省業務，對傳輸網絡的影響主要在省二級干線網絡、國家一級干線網絡。
　　
　　WCDMA R99版本的電路域與GSM網絡共用MSC，仍然是在地市到省會匯聚方式實現省內和跨省業務交換，MSC之間的連接以E1中繼電路連接為主，容量規劃可略小于GSM網絡的電路容量。分組域SGSN進行L3交換，GGSN通過GE或POS方式實現省內地市間的業務互通，GGSN可分散連接，即地市之間兩兩互連，但根據現有的維護體系來看，初期仍采用省中心機房集中路由交換方式，地市業務集中匯聚到省中心。
　　
　　連接容量與3G網絡的數據業務開展、城市大小、發達程度、消費觀念相關，初期容量在155M-GE之間，對省二級干線傳輸網的影響不會太大，但后期容量則以多GE和2.5G POS方式實現大容量匯聚，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版本核心網采用NGN模式電路域，交換與控制分離，MGW在省內可通過匯聚方式在省中心交換，也可以地市之間互連實現交換，控制部分通過MSC Server信令完成。　　根據這樣的業務分布模式，傳輸網對省中心集中匯聚方式的業務支持將與原GSM網絡的流量分布相同，對地市之間分散互連方式的支持將導致省二級干線網絡出現較多的地市之間的業務。
　　
　　電路域的容量與R99沒有本質區別，只有分散式電路會導致電路數量從以前集中匯聚的計算方式向分散連接的方式轉移，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的帶寬要求，分組域與R99相同。
　　
　　四、小結
　　3G網絡相對2G網絡，為用戶帶來的主要是在享受數據業務服務上的差別。從傳輸網絡角度看，3G對傳輸網絡的影響最大的也最主要的是在數據業務，但數據業務服務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，不可能象語音網一樣可以通過增長率預期未來帶寬的具體需求。
　　
　　因此，假如考慮到數據業務從無到有，從小到大，傳輸網絡將會面臨著

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