详解面向3G的传输网络

核心提示：一、3G网络浅析为了便于解决3G传输的问题，先分析一下3G网络向传输网络提供的接口，详解面向3G的传输网络，3G网络包括WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三种网络制式，由核心网和无线网UTRAN组成，因此，假如考虑到数据业务从无到有，核心网由于考虑到数据业务的大量引入，在设备构成上又分为CS（电路域）和PS

　　一、3G网络浅析
　　为了便于解决3G传输的问题，先分析一下3G网络向传输网络提供的接口。3G网络包括WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三种网络制式，由核心网和无线网UTRAN组成。核心网由于考虑到数据业务的大量引入，在设备构成上又分为CS（电路域）和PS（分组域）。从技术本身来看，WCDMA的商用版本为R99和R4，其中R99版本的WCDMA需与GSM网络结合，核心网与GSM网络共用MSC交换中心，增加了PS分组域数据业务，由SGSN和GGSN通过高速以太网接口或POS连接构成全ip分组交换网络，无线网部分RNC与NodeB之间通过ATM技术，语音业务和数据业务以ATM信元承载；R4版本不再考虑原有的移动网络而单独成网，无线网部分和核心网PS分组域与R99相同，不同的是在CS电路域没有采用电路交换模式的MSC，而是采用了基于NGN，控制（MSC Sever）与交换平面（MGW媒体网关）完全分开，MGW可进行TDM、ATM、IP三种方式的业务交换，目前的商用情况主要以TDM交换为主。
　　
　　CDMA2000在接口和传输模式上与WCDMA R99版本区别不大，CDMA 1X在传送需求上相当于GPRS，而CDMA2000 EV-DO则相当于R99版本的WCDMA。TD-SCDMA作为我国提出的3G标准，在技术上有一定的继续性和先进型，必将在国内3G网上取得一定的应用，其优势在于无线域和天线方面，接口方式和传输与R99版本的WCDMA没有太大区别。本文主要分析WCDMA传输网络的解决方案，使大家对3G制式下传输网络可能面临的问题有进一步的了解，并提出相应的解决方案。
　　
　　分析3G网络，有一个内容对传输网络的规划非常重要：WCDMA采用1900MHz或更高的频率，基站覆盖范围略低于GSM、CDMA，但随着移动网络技术非凡是天线技术的进步，加上载频覆盖效率的提升，WCDMA网络基站的综合覆盖效率会与GSM网络基站基本相同或者略高，因此在无线本地网假如要实现相同的覆盖效果，WCDMA与GSM基站的数量应该相当，在发达城市会稍有下降，但数量差别不会太大，其它两种制式也基本类似。
　　
　　二、3G无线网传输网络解决方案
　　对于WCDMA，传输网络需要解决的问题包括三个方面，一是核心网电路域的连接，二是核心网分组域的IP互连，第三就是RNC到NodeB之间的ATM业务承载了。首先分析UTRAN部分。WCDMA网络R4、R99版本在无线网络部分基本保持不变，无线网和GSM一样，主要处于城域，由RNC（基站控制器）和NodeB（基站）互连构成，在传输模式上RNC与NodeB之间通过ATM信元方式承载。
　　
　　第一种接口和传输解决方案：根据业界设备、ATM芯片的开发情况，ATM网络最简单的接口方式是155M，因此最早在欧洲、日本得到应用的WCDMA的RNC与NodeB之间普遍采用155M ATM接口，如图1所示。
　　　
　　图1 RNC与NodeB之间采用155M接口
　　
　　与国内情况不同的是，欧洲、日本的ATM网络已具相当规模，已有完整ATM网络的运营商完全可以通过ATM网络实现3G基站的接入，以PVC方式实现电路业务和数据业务。而我国目前只有少数运营商具有ATM网络，且很不完整，在不重新建设的情况下构建几百个甚至上千个点的基站接入覆盖，基本上是不现实的。面临这样的3G无线网，解决3G网络的传统方式只有两种办法：一是光纤直连、一是通过SDH透传155M，在3G基站最大突发带宽不超过30M的情况下，两种方案明显均不可取。MSTP技术提供ATMVP-Ring功能，通过ATM信元统计复用实现多个基站到1个155M通道的共享，为基站大量带宽不满的155M ATM提供汇聚，从而在汇聚和核心层面可大大降低对传输带宽的要求。由于对MSTP功能的要求较高，国内外各3G移动产品提供商也不再大量推广NodeB到RNC采用155M的3G方案。
　　
　　第二种接口和传输解决方案：根据现实情况，3G网络在接口上发生了很多变化，IMA是解决传输接口方法之一，IMA通过155M接口ATM信元反向复用封装在E1中，在E1内部实现信元的统计复用，如图2所示。
　　　
　　图2 IMA 155M传输接口方案
　　
　　RNC与NodeB之间可通过IMA E1互通，这样通过常规SDH、微波、LMDS、fso、SHDSL等手段均可实现3G基站的接入，如图3所示，真正地简化了3G网络建设所面临的ATM传送问题。
　　　
　　图3 RNC与NodeB之间的IMA E1互通方案
　　
　　甚至可以考虑通过SDH网络对IMA E1进行SDH复用，实现多基站的E1在RNC侧通过信道化155M与RNC的对接，简化RNC机房2M电缆过多及其造成的DDF维护压力。
　　
　　第三种接口方式和传输解决方案：虽然IMA接口方式具有方便灵活的特点，但目前业界3G厂家对IMA的支持情况各不相同，由于原有的3G网络设备是基于ATM网络进行开发的，而国内3G技术的跟进较晚，在研发之初对国内网络情况的适配性做了一定的预备，在RNC和NodeB的接口上进行了较多的IMA接口处理，如华为RNC的E1接口能力达到2000个，而国外厂家如Nokia、EriCSSon虽然在RNC上也做了一些IMA改进，但支持的IMA E1数量不多，普遍在100个左右，不能满足中型以上城市的NodeB接入，从而提出了另一种NodeB HUB方式，如图4所示。
　　　
　　图4 NodeB HUB解决方案
　　
　　在NodeB HUB（普通NodeB内置一个基于AAL2的ATM交换单元）中，对外围基站接入的IMA E1进行转换，多个E1统计复用为ATM 155M接口，然后与RNC互通，解决RNC提供E1能力不足的问题，同时也避免了外围基站覆盖时的155M压力。但是，这种方案也带来其它传输问题，NodeB HUB由于机房条件的限制，考虑到安全因素，不可能带太多的外围NodeB，若带外围NodeB数量为5-6个，对于一个较大城市（3G频率高于GSM，基站数量不少于GSM，假设较大城市NodeB接入点为500个），NodeB HUB的数量超过80，这就意味着RNC到NodeB HUB层面需要有80个155M接口需要传送，透传和光纤直连显然不可取，城域网MSTP的ATM VP-Ring功能可成功解决这一问题。
　　　
　　图5 ATM VP-Ring解决方案
　　
　　需要注重的是，NodeB HUB基站的节点有可能不在汇聚层，那么ATM VP-Ring也有可能要下到接入层，如何在接入层实现ATM VP-Ring是3G传输网络规划必须面对的问题，目前能够在接入层盒式设备提供ATM VP-Ring功能的厂家很少，这种状况必然限制到传输网络规划的合理性。
　　
　　第四种接口方式和传输解决方案：NodeB HUB虽然解决了RNC E1接入能力限制的问题，但同样由于在基站内部实现ATM层面的维护，且使基站在物理结构上分成了HUB层和外围基站层面，增加了基站的维护难度，于是MSTP在发展过程中也提出了类似HUB模式的解决方案。
　　　
　　图6 MSTP的HUB模式
　　
　　将ATM从IMA E1到155M的汇聚通过MSTP内部反向复用单元实现，在3G网络仅存在RNC和NodeB，基站维护大大简化，而MSTP传送层面解决了IMA反向复用问题，并可与VP-Ring结合，实现基站业务从基站到RNC的PVC传输，充分体现MSTP从传送2M向传送VLAN和PVC转变的特征。
　　
　　图7 采用MSTP反向复用单元实现ATM从IMA E1到155M的汇聚
　　
　　三、3G核心网传输网络解决方案
　　RNC普遍与电路交换机MSC或MGW、SGSN同在一个城市的中心机房，因此无线域和核心网之间的连接不存在传输问题。
　　
　　核心网对传输网络的影响在于，核心网是指交换机网络的互连，对3G网络来说主要是指跨地市、跨省业务，对传输网络的影响主要在省二级干线网络、国家一级干线网络。
　　
　　WCDMA R99版本的电路域与GSM网络共用MSC，仍然是在地市到省会汇聚方式实现省内和跨省业务交换，MSC之间的连接以E1中继电路连接为主，容量规划可略小于GSM网络的电路容量。分组域SGSN进行L3交换，GGSN通过GE或POS方式实现省内地市间的业务互通，GGSN可分散连接，即地市之间两两互连，但根据现有的维护体系来看，初期仍采用省中心机房集中路由交换方式，地市业务集中汇聚到省中心。
　　
　　连接容量与3G网络的数据业务开展、城市大小、发达程度、消费观念相关，初期容量在155M-GE之间，对省二级干线传输网的影响不会太大，但后期容量则以多GE和2.5G POS方式实现大容量汇聚，对省二级干线的容量和大颗粒传送能力有一定的要求。
　　
　　WCDMA的R4、R99版本不同。R4版本核心网采用NGN模式电路域，交换与控制分离，MGW在省内可通过汇聚方式在省中心交换，也可以地市之间互连实现交换，控制部分通过MSC Server信令完成。　　 根据这样的业务分布模式，传输网对省中心集中汇聚方式的业务支持将与原GSM网络的流量分布相同，对地市之间分散互连方式的支持将导致省二级干线网络出现较多的地市之间的业务。
　　
　　电路域的容量与R99没有本质区别，只有分散式电路会导致电路数量从以前集中汇聚的计算方式向分散连接的方式转移，省二级干线的时隙利用率更高，初期1-2个2.5G的容量完全满足电路域核心网的带宽要求，分组域与R99相同。
　　
　　四、小结
　　3G网络相对2G网络，为用户带来的主要是在享受数据业务服务上的差别。从传输网络角度看，3G对传输网络的影响最大的也最主要的是在数据业务，但数据业务服务的推动需要运营商与ISP、ICP长期不懈的努力才能得到广泛的认可和接受，是一个渐进过程，不可能象语音网一样可以通过增长率预期未来带宽的具体需求。
　　
　　因此，假如考虑到数据业务从无到有，从小到大，传输网络将会面临着