WCDMA传输网络建设探讨

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  近年来,随着电信市场竞争的加剧,有的运营商开始规划即将建设的3G网络,3G网络的规划主要包括无线网络、核心网络和承载网络三个部分,承载网络规划主要包括对无线网络和核心网络的承载规划,所谓的承载网不仅仅局限于传统的传输网也包括IP网,本文将探讨服务于WCDMA网络的传输网络建设方案。

  一、3G网络的基站传输容量

  无线技术虽然取得了很大的发展,但从容量来看,远远不及光传输速率提升得那么快,这主要是由于光传输系统的载体是拥有巨大带宽潜力的光纤,而无线传输则是以复杂而恶劣的无线空间作为通信载体,其空间频率资源十分宝贵,故无线通信速率能够提高数倍就已相当不易。从2G到3G,基站到基站控制器的传输容量需求也只增加了2~4倍。

  可以简单估算一下WCDMA基站所需的传输带宽,对于所有采用CDMA技术的3G系统,无线接口的极点容量都可用下式估算:

  式中T为小区的极点容量,W为码片速率,(Eb/Nb)为载干比(与某种业务要求的接收质量有关),i为其他小区对本小区的干扰比;对于WCDMA系统来说,W=3840kbit/s;采用AMR12.2kbit/s的编码和384kbit/s编码对应的(Eb/Nb)分别为5.5dB和1.8dB,对于定向站i取0.65,如果以12.2kbit/s来计算,得到单载单扇的极点容量为656kbit/s,大约有53个信道;以384kbit/s速率计算,得到单载单扇的极点容量为1538kbit/s,大约有4个信道;由于384kbit/s速率下的极点容量较大,我们按384kbit/s速率来考虑基站的传输容量需求,对于三个扇区的基站,假设扇区化系数2.5,得到单载三扇的基站极点容量为3845kbit/s,在实际应用中,通常既有384kbit/s速率的用户,也有12.2kbit/s、64kbit/s、128kbit/s等速率的用户,因此实际的传输需求应更小一些,考虑到传输系统的开销和一定的富余度,得到WCDMA基站传输容量的需求大约是:单载单扇需要1XE1,单载三扇需要2XE1,两载三扇需要4XE1,三载三扇需要6XE1,四载三扇需要8XE1。

  可以将WCDMA的基站传输容量需求与GSM做一个比较,在GSM中,Um接口中每个语音信道的编码速率是13kbit/s,在基站到BSC方向,语音信道的13kbit/s速率被调整成16kbit/s,由于每个载波有8个信道,如果不考虑信令等控制信息,2个64kbit/s时隙即可以容纳一个载波,即一个E1可以容纳16个载波,考虑到控制信息的承载,一个E1实际可以容纳10~15个载波,即一个E1最多可支持120个信道,一般一个基站需要1~2个E1,最多不超过3个E1,而WCDMA的基站则最多可能需要8个E1,对于考虑GSM与WCDMA共站的运营商,一般可考虑一个基站配置12个E1。

  二、Nodeb到RNC接口Iub的传输网组网方式

  传输网承载WCDMA无线网络有多种方式,由于WCDMA无线网络采用ATM技术,因此采用具有ATM功能的MSTP设备来承载无线网络具有一定的方便性,但这并不意味着无线网络一定要用MSTP来承载,对传输网来说,主要有两种承载方式,一种是采用传统的SDH来承载,传输网只提供透传功能,另一种是采用MSTP来承载,传输网需对ATM信元进行处理,下面分别进行讨论。

  1.采用传统的SDH来承载,传输网只提供透传功能

  这种承载方式可以有以下三种组网方式。

  第一种方式在RNC上配置IMAE1端口,NodeB上配置IMAE1端口,传输网透传从NodeB到RNC的IMAE1电路,这种方式与传统的2G网络相同,但由于3G网络的电路需求多于2G网络,因此RNC上需配置大量的E1(IMAE1)端口。

  第二种方式为第一种方式的改进,传输网仍然只提供E1电路透传,在RNC上配置ATM155Mbit/s端口,在RNC局端放置ATM交换机,利用ATM交换机将来自NodeB的E1业务交换成ATM155Mbit/s业务后再接入RNC。这种方式减少了RNC上的端口。

  第三种方式在RNC上配置信道化ATM155Mbit/s端口,所谓信道化ATM155Mbit/s端口意味着RNC将一个155Mbit/s视做由63个VC12组成的,而不是将其当作一个VC4来看待,在这种方式下,传输网将来自NodeB的E1电路透传至RNC局端后,在RNC处的传输设备上并不终端出E1,而是终端出155Mbit/s端口,再接入RNC,这种方式在RNC局端无需大量的E1落地,同样也可以节省RNC侧的端口,并且无需增加ATM交换机。

  采用透传方式可以完全利用原有传输网的空闲容量,不用对传输网做任何改造,缺点是通道利用率低,基站之间的传输带宽彼此隔离,没有共享。在以上三种透传方式中,第三种方式既不用新增ATM交换机,又可以节省RNC侧的端口,同时也避免了大量E1端口的落地,因此第三种方式是最好的选择。

  2.采用MSTP来承载,传输网需对ATM信元进行处理

  这种承载方式也有三种组网方式(假设传输网分为骨干,汇聚和接入三个层面)。

  第一种方式是在RNC上配置ATM155M/b端口,在NodeB上配置IMAE1端口,在所有NodeB站点采用提供IMAE1汇聚功能的MSTP设备,利用传输网的MSTP设备将IMAE1汇聚成ATM155Mbit/s,在接入环上将IMAE1汇聚成ATM155Mbit/s后传输至汇聚层节点,传输汇聚层节点有以下三种处理方法。

  (1)将此ATM155Mbit/s经汇聚环、骨干环透传至RNC处;

  (2)将本接入环ATM155Mbit/s与本节点内其他接入环的ATM155Mbit/s一起统计复用成一个ATM155Mbit/s后再经汇聚环、骨干环透传至RNC处;

  (3)将本接入环ATM155Mbit/s与本节点的其他接入环ATM155Mbit/s一起统计复用成一个ATM155Mbit/s后再经汇聚环与汇聚环其他节点的ATM155Mbit/s在汇聚环上统计复用成一个ATM155Mbit/s,再经骨干环透传至RNC。

  第二种方式在RNC上配置ATM155M/b端口,在NodeB上配置IMAE1端口,在NodeB配置传统的SDH设备,汇聚层采用具有IMAE1汇聚功能的MSTP设备,有两种处理方法

  第一种方式中,汇聚节点将本节点内各接入环的IMAE1汇聚成ATM155Mbit/s电路后再通过汇聚环、骨干环透传至RNC。

  第二种方式中,在本节点内汇聚后的ATM155Mbit/s电路与其他节点的ATM155Mbit/s电路在汇聚环上统计复用成一个ATM155Mbit/s后再通过骨干环透传至RNC。

  第三种方式在RNC上配置ATM155M/b端口,在NodeB上配置ATM155Mbit/s端口,在NodeB配置具有ATM155Mbit/s处理功能的MSTP设备(无需具备处理IMAE1功能),将多个基站的ATM155Mbit/s端口经传输网的接入和汇聚层统计复用成若干个ATM155Mbit/s后再接入RNC。

  在以上三种方式中,第一种方式要求所有的NodeB站点采用提供具有IMAE1汇聚功能的MSTP设备,成本很高;第二种方式在NodeB仅配置传统的SDH设备,而在传输汇聚节点采用MSTP设备,综合考虑了成本和传输通道的利用率;第三种方式中的NodeB和在NodeB配置的传输设备全部采用155Mbit/s端口,成本较高;从综合比较成本和通道的利用率看,第二种方式是最好的选择。

  3.其他可能部分采用的承载方案

  由于RNC设备本身就具有ATM处理功能,因此也可以考虑光纤直接连接各NodeB的ATM155Mbit/s端口,然后再接入传输网经透传或统计复用的方式传送至RNC,具体连接方式可以采用链形连接或星形连接(HUB)。

  4.R5版本的承载方式

  目前WCDMA的成熟版本是R4版本,R5版本则提出了从无线网络到核心网络都全部IP化的思想,对传输网来说,接入IP化可以考虑采用以太网来承载,因为以太网和IP可以很好地融合。在传输网上可以用内嵌RPR、MPLS功能的MSTP设备提供安全的具有QoS保证的以太网链路,具体的传送方式既可以利用以太网映射到VC12中透传,也可以利用RPR或MPLS以包交换的方式来传送,以达到统计复用各基站传输带宽的目的。

  三、Iur、Iu-CS、Iu-PS接口传输承载方式

  RNC之间的Iur接口以及RNC至MGW的Iu-CS和RNC至SGSN的Iu-PS都是ATM接口,是点对点的传输,采用传统的SDH提供透明的E1或STM-1通道来承载即可,当然也可以采用MSTP来承载。

  四、核心网的承载方案

  由于R4版本核心网的电路域采用的是承载与控制相分离的移动软交换架构,故R4核心网(电路域和分组域)可以采用IP或TDM来承载,采用TDM来承载必须沿用传统的层次化结构,同一层面内的MGW必须建立全连接(fullmesh),组网复杂,而采用IP网来承载,则由于IP网本身是个包交换网,I各MGW之间的流量可以通过IP寻址来实现,消除了TDM方式下物理电路的全连接,大大简化了网络结构,有利于网络的扁平化。

  目前WCDMA的IP承载网包括全国范围内的IP骨干网(地市以上)和城域网,考虑到安全性和QoS问题,IP骨干网一般考虑组建专网,在骨干IP网中启用快速重路由(FRR)和流量工程(TE)并借助MPLS和差分服务技术来提高骨干IP专网的质量;城域网一般考虑通过对原网络的路由化改造来满足3G对承载网的要求。新建的专用骨干IP网必须由长途波分复用技术来承载,此时的波分复用网络需经过仔细的规划,以满足IP路由器在进行节点双归时可以走不同的物理路由,但骨干IP网无需波分复用系统提供保护,这一方面是由于IP网本身就可以提供保护,另一方面是由于在长途WDM系统上提供保护成本太高。

  IP城域网目前主要采用光纤直驱的方式组网,当然,随着网络规模的扩大和对安全性要求的提高,将来可能会考虑采用城域波分技术来承载IP城域网,如果对城域网的安全性和QoS不满意,也可以考虑采用MSTP、RPR等技术来承载3G网元。

  五、总结

  3G的部署给传输网的发展和应用带来机遇,在无线网络的承载方面MSTP有一定的用武之地;R4版本以后的3G核心网元将由IP网络承载,但这并不意味传输网络将完全退出对核心网络的支撑,因为至少IP网络的骨干部分仍将由长途波分复用传输系统来承载,而MSTP、RPR技术将作为IP城域网的补充得到应用;代表未来传输网络发展方向的智能光网络(ASON)可能在以下两个层面得到应用,一种应用是在无线接入传输网的骨干和汇聚层引入融合了MSTP功能的ASON设备,以实现电路的快速调度和故障恢复;另一个应用是在骨干IP专网的承载网中引入具有ASON功能的智能WDM系统,对骨干IP网的承载提供快速的波道调度和网络恢复。总之,未来的传输技术将为3G网络提供更加安全可靠的支撑。


----《通信世界》

作者:广东省电信规划设计院 赵春华   

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