3G移動(dòng)通信網(wǎng)基站接入解決方案探討

摘要　文章基于對3G移動(dòng)通信網(wǎng)基站接入傳輸需求的分析，對3G移動(dòng)網(wǎng)基站的接入方案進(jìn)行了分析論述，對3G基站傳輸網(wǎng)的初期建設提出了建議。

1、引言

第三代移動(dòng)通信（3G）的發(fā)展經(jīng)歷了體制標準選擇、頒發(fā)牌照數量的困惑后，到今年已發(fā)展到設備規模開(kāi)發(fā)、網(wǎng)絡(luò )規模測試、業(yè)務(wù)應用、產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò )建設規劃等階段。而在整個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )規劃中，作為基礎網(wǎng)絡(luò )的傳輸網(wǎng)絡(luò )規劃，將是影響業(yè)務(wù)開(kāi)通、成本高低、網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量和擴展性的關(guān)鍵因素。因此，3G移動(dòng)通信網(wǎng)所需傳輸網(wǎng)絡(luò )規劃和建設在整個(gè)3G網(wǎng)絡(luò )發(fā)展中扮演著(zhù)重要角色。

目前，3G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)包括WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三種網(wǎng)絡(luò )制式，網(wǎng)絡(luò )分別由核心網(wǎng)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)構成。WCDMA商用版為R99和R4版本，其中，R99版本增加PS分組數據業(yè)務(wù)，由SCSN和GGSN通過(guò)高速以太網(wǎng)接口或POS連接構成全IP分組交換網(wǎng)絡(luò )；無(wú)線(xiàn)網(wǎng)部分Node B與RNC之間通過(guò)ATM技術(shù)連接，語(yǔ)音業(yè)務(wù)和數據業(yè)務(wù)以ATM信元承載。R4版本無(wú)線(xiàn)網(wǎng)部分和核心網(wǎng)PS分組域與R99相同，只是在CS電路域采用了控制（MSC Sever）與交換平面（MGW媒體網(wǎng)關(guān)）完全分開(kāi)的方式，MGW可進(jìn)行TDM、ATM和IP三種方式的業(yè)務(wù)交換。TD-SCDMA在接口和傳輸模式上與WCDMA區別不大，只是在無(wú)線(xiàn)部分的實(shí)現方式上存在差別。CDMA2000制式目前主要指CDMA2000 EV-DO，其傳輸模式與WCDMA基本相同。三種體制在技術(shù)原理、無(wú)線(xiàn)頻率、空中接口、覆蓋范圍、網(wǎng)絡(luò )容量、業(yè)務(wù)實(shí)現等方面各有優(yōu)勢，其在網(wǎng)元設置和功能劃分實(shí)現上，也各有特點(diǎn)，這里不再一一贅述。但從傳輸的角度看，在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )結構中，三種制式各網(wǎng)元接口和接口屬性上均是采用分組化的方式進(jìn)行傳送，這是它們的共同發(fā)展方向。而在網(wǎng)絡(luò )的分層分割承載方面，無(wú)論是WCDMA、CDMA2000還是TD-SCDMA，3G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )的邏輯網(wǎng)絡(luò )結構可以統一為兩個(gè)層次：接入網(wǎng)絡(luò )層（UTRAN）和核心網(wǎng)絡(luò )層（CN）。3G傳輸網(wǎng)主要承擔從UTRAN到CN的業(yè)務(wù)匯聚，以及CN中的業(yè)務(wù)傳送。本文分析了3G移動(dòng)通信網(wǎng)傳輸電路需求，并對3G基站接入的傳輸網(wǎng)絡(luò )規劃的共性問(wèn)題進(jìn)行探討。

2、3G移動(dòng)通信網(wǎng)需求傳輸電路分析

3G移動(dòng)通信網(wǎng)對傳輸網(wǎng)絡(luò )的要求主要體現在對傳輸容量和對3G業(yè)務(wù)接口支持兩個(gè)方面。3G傳輸網(wǎng)絡(luò )分為兩部分：第一部分為骨干傳輸網(wǎng)絡(luò )，用以解決3G核心網(wǎng)絡(luò )的業(yè)務(wù)傳送，屬于省際干線(xiàn)和省內干線(xiàn)的范圍；第二部分為本地傳輸網(wǎng)絡(luò )，用以解決3G無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)的業(yè)務(wù)傳送，屬于城域網(wǎng)/本地網(wǎng)的范圍。

2.1　核心網(wǎng)對骨干傳輸的要求

3G核心網(wǎng)對傳輸的需要包括核心網(wǎng)元間、核心網(wǎng)以及無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)基站控制器間的需求，主要指大顆粒的STM-1、FE/GE/POS等傳送需求，它們具有大顆粒、大帶寬、居間流向簡(jiǎn)單、對可靠性要求高等特點(diǎn)，主要由省內、省際干線(xiàn)傳送。

目前，省內、省際干線(xiàn)傳送網(wǎng)采用的技術(shù)主要是SDH和WDM（部分SDH具有MSTP功能），能提供從E1到STM-16等電路速率的傳送?？紤]到核心網(wǎng)元大容量設置的趨勢，在一般的省、自治區范圍內，其中心局址較少，且業(yè)務(wù)流向較為簡(jiǎn)單，目前省內、省際干線(xiàn)從設備和結構上基本可以滿(mǎn)足3G業(yè)務(wù)的需求，因此，僅從網(wǎng)絡(luò )容量上擴容即可，而在業(yè)務(wù)量大的省和省際干線(xiàn)上，則可以考慮適當引入網(wǎng)狀結構的ASON網(wǎng)絡(luò )。

2.2　3G接入網(wǎng)對傳輸接入層的要求

該部分電路主要指基站至基站控制器，一般由本地傳輸網(wǎng)（含城域傳送網(wǎng)）傳送。其中，基站至基站控制器間的電路由于基站站點(diǎn)多、分布廣、總量大，是傳輸中需要重點(diǎn)解決的部分。目前，基站控制器和核心網(wǎng)網(wǎng)元有大容量的趨勢，在一些地區會(huì )出現多個(gè)本地網(wǎng)聯(lián)合組建“大本地網(wǎng)”的情形，因此，在該區域，基站至基站控制器間的電路需通過(guò)省內干線(xiàn)來(lái)承擔。

3G無(wú)線(xiàn)基站接入網(wǎng)與2G在業(yè)務(wù)流向上沒(méi)有區別，也是相對于中心局房的集中型業(yè)務(wù)，其網(wǎng)絡(luò )架構仍可沿用2G網(wǎng)的傳輸網(wǎng)分層、分割的組網(wǎng)模式。在接口屬性上，相對于2G網(wǎng)基站，3G網(wǎng)近期無(wú)較大變化，主要以E1接口為主，但隨著(zhù)IP化的進(jìn)展，未來(lái)其接口將會(huì )出現以太網(wǎng)IOM/100M等接口。就現有的各種設備性能來(lái)看，引入具有數據處理功能的MSTP設備是一個(gè)不錯的選擇，可以采用下文所述的多種接入方式。

在3G接入傳輸網(wǎng)組網(wǎng)中，需要考慮的另一重要因素是各基站的容量分配以及傳輸網(wǎng)絡(luò )的系統容量規劃。目前，較為普遍的基站接入需求的容量計算方法是采用假設業(yè)務(wù)模型算法。以WCDMA網(wǎng)Node B基站的容量需求為例，可得單個(gè)基站的容量需求計算過(guò)程如下：

假設Node B對應Iub接口，總的帶寬W=Ncell×（Nuser×Ev×6.6kb/s+Nuser×Ecs×64b/s+Nuser×Vps）×（1+Osig+Oom）×（1+Q）/（1/Y）

其中，Ncell表示小區數；單載頻全向基站為1個(gè)小區；單載3扇基站為3個(gè)小區；2載3扇基站為6個(gè)小區；以此類(lèi)推可知：

◆Nuser為小區內的放號用戶(hù)數。

◆Ev為每用戶(hù)話(huà)音愛(ài)爾蘭數。

◆Ecs為每用戶(hù)可視電話(huà)愛(ài)爾蘭數。

◆Vps為每用戶(hù)平均數據速率。

◆Osig為控制信令的開(kāi)銷(xiāo)，取10%。

◆Oom為邏輯和物理操作維護等的開(kāi)銷(xiāo)，取5%。

◆Q為ATM傳輸產(chǎn)生的開(kāi)銷(xiāo)，10%。

◆Y為負荷因子，取80%。

◆6.6b/s、64b/s分別是話(huà)音、可視電話(huà)業(yè)務(wù)的占用帶寬。

假設一個(gè)網(wǎng)絡(luò )初期的話(huà)務(wù)模型為：

◆小區內的放號用戶(hù)數Nuser取1000。

◆Ev為每用戶(hù)話(huà)音愛(ài)爾蘭數，取0.025。

◆Ecs為每用戶(hù)可視電話(huà)愛(ài)爾蘭數，取0.001。

◆Vps為每用戶(hù)平均數據速率，取180b/s。

綜合以上數據，可以得出幾種典型配置的基站傳輸帶寬需求，如表1所示：

表1　WCDMA基站初期帶寬需求預測

以此類(lèi)推，如果假定各時(shí)期的話(huà)務(wù)模型和用戶(hù)數，則可以得出中遠期單個(gè)基站的帶寬需求預測，如表2所示：

表2　WCDMA基站帶寬需求預測

3、3G移動(dòng)通信網(wǎng)基站接入解決方案

3G移動(dòng)通信網(wǎng)需求傳輸接入主要指3G基站至基站控制器的傳輸，根據3G需求傳輸網(wǎng)對基站的傳輸數據是否進(jìn)行二層分組處理和統計復用，傳輸解決方案可以分為兩類(lèi)。

（1）僅進(jìn)行物理層透明傳送

第一類(lèi)方案提供透明物理層通道，不對基站接入電路作二層處理，二層處理仍由業(yè)務(wù)設備處理，如圖1所示：

圖1　物理層透明傳送

該方案專(zhuān)業(yè)分工界面清晰，對數據業(yè)務(wù)的不確定性、突發(fā)性等的處理集中在業(yè)務(wù)設備側，采用光纖直連、E1/STM-1靜態(tài)通路（包括PDH、SDH以及無(wú)線(xiàn)微波傳輸等網(wǎng)絡(luò )提供的鏈路）。

◆有部分無(wú)線(xiàn)廠(chǎng)家的基站設備可以直接提供STM-1光口直連接入基站控制器，但若光纖直連會(huì )浪費光纖，不是網(wǎng)絡(luò )形態(tài)，且維護困難、安全性低，不宜采用。

◆通過(guò)信道化的STM-1靜態(tài)傳輸，同樣存在上述問(wèn)題，但3G業(yè)務(wù)在較長(cháng)時(shí)間內存在不確定因素時(shí)，帶寬會(huì )大量空閑致使接口利用率低，不宜采用。

（2）二層數據處理

第二類(lèi)方案是對基站接入電路作二層處理，進(jìn)行統計復用、帶寬共享，以提高傳輸效率。目前，業(yè)界對這類(lèi)方案討論得較多，總的來(lái)講，根據信號處理位置和范圍的不同，可以分為以下五種應用方式。

◆方式一。它在局端基站控制器側增加二層處理設備，對基站信號進(jìn)行處理，將其轉換為大顆粒的接口接入基站控制器，這減少了基站控制器的接口數量，如圖2所示。該方式?jīng)]有解決傳輸網(wǎng)絡(luò )的帶寬壓力，卻增加了額外設備、故障點(diǎn)和維護工作量。

圖2　二層數據處理方式一

◆方式二。相對于方式一，它將數據處理功能在局端具備二層處理功能的MSTP設備上完成（含IMA匯聚處理，下同），并利用MSTP二層處理功能，匯聚基站信號，減少了基站控制器接口數量，如圖3所示：

圖3　二層數據處理方式二

◆方式三。它將對數據的二層處理再擴大到傳輸網(wǎng)匯聚層的匯聚業(yè)務(wù)節點(diǎn)上。共享匯聚層的帶寬，提高匯聚層帶寬利用率，減少匯聚層網(wǎng)絡(luò )帶寬建設壓力?？刹捎迷趨R聚節點(diǎn)單獨增加數據處理設備的方法，將接入的基站信號首先接入數據處理設備，進(jìn)行二層數據收斂帶寬，然后接入匯聚層網(wǎng)絡(luò )。這種處理方式增加了額外設備，同時(shí)將傳輸網(wǎng)絡(luò )的結構，從信號傳輸的角度將匯聚層和接入層分離，一方面對現有網(wǎng)絡(luò )的調整較大并對現有運行電路有所影響，另一方面增加了運行維護地的后期工作量，如圖4所示：

圖4　二層數據處理方式三

◆方式四。相對于方式三，它將對數據的處理通過(guò)MSTP設備上二層處理功能完成，利用MSTP二層處理功能匯聚基站信號（如圖5所示），該種方式也是目前多數廠(chǎng)家推薦的方案。相對于單獨增加設備的方式，這種方式更能充分利用現有網(wǎng)絡(luò )設備的資源，可保證現網(wǎng)的電路運營(yíng)和延續性，但其存在如何確定帶寬收斂比的問(wèn)題，即在無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)模型和使用方式存在不確定因素時(shí)，如何在保證無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)質(zhì)量的情況下，確定全網(wǎng)所有基站共享的帶寬。

圖5　二層數據處理方式四

◆方式五。相對于方式四，它將對數據的處理在擴大到邊緣層MSTP設備上來(lái)完成，利用MSTP二層處理功能，匯聚基站信號，并共享傳輸網(wǎng)帶寬，提高帶寬傳送效率（如圖6所示）。當然，另一種方式就是建設單獨的數據網(wǎng)絡(luò )，但我國目前只有少數運營(yíng)商具有ATM網(wǎng)絡(luò )，且很不完整，新建幾百個(gè)甚至上千個(gè)點(diǎn)的基站接入覆蓋，從經(jīng)濟效益上來(lái)看是不現實(shí)的，同時(shí)也存在著(zhù)上述方式中存在的問(wèn)題。

圖6　二層數據處理方式五

以上方式中，基站電路信號在基站至基站控制器的傳輸路徑上，對數據的二層處理由基站控制器向基站側逐步推進(jìn)，隨著(zhù)對數據二層處理得到逐步擴大，對傳輸電路的利用效率也得到提高。第二類(lèi)方式的應用重點(diǎn)在于各傳輸路徑共享帶寬的分配（即收斂比的取定），它與用戶(hù)業(yè)務(wù)應用模型有較密切的關(guān)系。

4、基站接入解決方案建議

由以上分析可見(jiàn)，3G需求傳輸網(wǎng)絡(luò )規劃中，骨干網(wǎng)絡(luò )的規劃相對于2G網(wǎng)無(wú)較大地變化，其規劃難點(diǎn)在于無(wú)線(xiàn)基站接入的傳輸網(wǎng)絡(luò )，尤其是引入分組數據業(yè)務(wù)后對帶寬容量的分配考慮。而數據業(yè)務(wù)的分組特性致使所需傳輸帶寬存在突發(fā)性、不可預測性，只能通過(guò)業(yè)務(wù)運營(yíng)，不斷積累經(jīng)驗、校正模型才能得到逐步完善。同時(shí)，也需要運營(yíng)商與ISP、ICP長(cháng)期不懈努力才能得到廣泛的認可和接受，這是一個(gè)漸進(jìn)過(guò)程。如果考慮到數據業(yè)務(wù)是從無(wú)到有，從小到大，傳輸網(wǎng)絡(luò )將會(huì )面臨著(zhù)從低容量、小顆粒、簡(jiǎn)單結構需求到高容量、大顆粒、復雜結構需求的變化，這就要求傳輸網(wǎng)絡(luò )規劃應當具有相當強的擴展性，特別是傳輸網(wǎng)絡(luò )建設初期，再考慮傳輸網(wǎng)建設的經(jīng)濟性、高效型的同時(shí)，要特別重視傳輸網(wǎng)絡(luò )的擴展性、可延續建設，以保持傳輸網(wǎng)絡(luò )的穩定發(fā)展。

上述各種方式各有特點(diǎn)和適用場(chǎng)合，但考慮到3G運行初期其移動(dòng)數據業(yè)務(wù)模型不確定，并且對帶寬的需求規模不是很大，故對3G移動(dòng)網(wǎng)的基站接入問(wèn)題有如下建議：

（1）總的來(lái)講，建議以基站接口容量的擴展性避免傳輸網(wǎng)因大規模增加容量而承受的沖擊；以傳輸網(wǎng)絡(luò )的擴展性，使傳輸網(wǎng)絡(luò )建設具有時(shí)效性、平穩性、延續性；逐步充分利用傳輸網(wǎng)MSTP技術(shù)對分組數據的處理性能，提高傳輸帶寬的利用效率，共享傳輸帶寬，避免由接入層至匯聚層電路傳輸容量的直線(xiàn)簡(jiǎn)單累計，避免造成網(wǎng)絡(luò )容量龐大。

（2）建議3G無(wú)線(xiàn)基站設備傳輸接口帶寬以具備可平滑擴展能力。對分組數據的處理應按站統一，對多個(gè)扇區提供復用功能，并使提供的傳輸帶寬接口數量可平滑擴展。比如基站初期可僅提供1～2個(gè)E1，后期則根據業(yè)務(wù)量進(jìn)行在線(xiàn)傳輸帶寬通道的增加。

（3）建議在3G網(wǎng)絡(luò )建設初期，對3G基站接入的傳送仍以靜態(tài)鏈路形式分配帶寬以保證業(yè)務(wù)質(zhì)量。這時(shí)，可以快速部署網(wǎng)絡(luò )，避免傳輸網(wǎng)絡(luò )的較大調整。而對于傳輸資源較少的新移動(dòng)運營(yíng)商，亦可采用這種方式，充分發(fā)揮微波傳輸等無(wú)線(xiàn)技術(shù)手段建設速度快的優(yōu)勢，快速部署網(wǎng)絡(luò )。

（4）建議在對中遠期網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行確實(shí)預測的基礎上，完成傳輸網(wǎng)絡(luò )的整體規劃，優(yōu)選MSTP技術(shù)組建傳輸網(wǎng)，尤其是對骨干匯聚層的規劃，既要保證傳輸網(wǎng)建設投資的時(shí)效性，又要保證傳輸網(wǎng)的平穩發(fā)展。應積極參與傳輸網(wǎng)和數據網(wǎng)融合，積累數據業(yè)務(wù)帶寬運維經(jīng)驗，尤其是帶寬管理、復用管理等。

（5）建議隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )規模的增加，逐步進(jìn)行上述第二類(lèi)方案運用，根據移動(dòng)數據業(yè)務(wù)的發(fā)展，逐步擴大采用二層處理功能，提高傳輸效率，完成以電路業(yè)務(wù)為主向分組業(yè)務(wù)為主的平滑過(guò)渡。