3G技术方案

3G技术方案第三代移动通信（3G）的发展经历了体制标准之争，已逐步演进到标准的完善和设备开发之争以及未来的产业发展之争。面对激烈的竞争形势，快速提供业务、减少带宽资费、提高通信服务质量成为移动运营商在市场竞争中获胜的关键因素，这些关键因素之争的焦点又集中在基础网络建设，传输网是电信网的基础网络，因此，3G传输网的建设在整个3G网络发展中扮演重要角色。在3G传输网优化和建设中，如何定位传统的移动业务与新兴的数据业务之间的关系，现有的网络现状与即将上规模的宽带3G传输网的关系，综合技术成本和用户需求，选择何种技术和建网方案，都是我们需要重点考虑的问题。本文从3G网络结构、网络接口、传输业务需求角度分析了3G传输网的特征，提出了应对3G传输网需求的MSTP解决方案，最后结合烽火公司MSTP产品浅析3G边缘网解决方案的特点。一、3G传输网的特征与技术方案选择u3G的网络结构分析首先从3G的网络结构上看，3G网络和2G网络具有相似的网络结构，我们以WCDMA的网络结构为例（见图一：WCDMA的R4版本的网络结构）。图一：WCDMA的R4版本的网络结构移动通信系统主要由接入网（RAN）和核心网（CN）两个部分组成。上图左侧部分表示RAN部分，左上的系统是增加了GPRS的无线接入网，左下是3G的无线接入网部分（UTRAN）。中间部分是核心网，分为电路域和分组域两个部分，分别处理话音和数据业务。右侧部分表示Internet、PSTN网等其它网络及3G的管理、计费等支撑系统。对于无线接入网部分，主要由移动终端（如手机，规范名称是MS）、基站（NodeB）、基站控制器（GSM系统中称为BSC，WCDMA中称为RNC）来组成。我们知道在UTRAN中每个NodeB覆盖一定的区域（从几百米到十几公里不等），负责该区域内的手机信号接入；而RNC控制若干个NodeB（一般为几十到上百个）。其中，从MS到NodeB的通信是无线方式的，从NodeB到RNC的通信是通过有线连接的，传统第二代移动通信中的信号为TDM方式，1到2个E1（即2M）就够了，而WCDMA系统则是通过ATM口连接，带宽需求大得多。对于核心网的电路交换部分，主要是由移动通信专用的交换机构成，一般称为MSC（移动交换中心）。在WCDMAR4版本的核心网中采用了软交换方式，将MSC分为媒体网关（MGW）和一个服务器（MSC-S）。一般而言，每个MSC管理一到两个RNC（BSC）。分组交换部分主要由SGSN、GGSN、BGW组成。u3G传输网接口类型分析根据以上分析可以看出，组建3G传输网的目的是实现NodeB（BS）、RNC（BSC）、MSC之间多种接口的互连，主要传输从NodeB（BS）到RNC（BSC）的业务信号和从RNC（BSC）到MSC的业务信号，其次是MSC、GGSN、SGSN之间的信号。从传输需求量来说，对于一个NodeB就需要有相应的传输设备，中国移动在每个城市的NodeB数量往往为数百个到上千个（根据城市规模大小）不等，而从RNC（BSC）到MSC的业务信号的传输需求量不会很大，一个一般城市的MSC大约在十个左右（上下有浮动）。从当前成熟的技术版本和厂家提供的3G产品来看，对3G传输接口类型的要求都是基于ATM的接口，NodeB与RNC之间的接口类型主要包括E1/T1IMA口、STM-1接口，也有STM-4接口；RNC与MSC之间的接口为STM-1接口、STM-4，也有IMA接口；由此可得出结论：对于3G边缘传输网接口需求集中在基于ATM的E1/T1IMA口、STM-1接口，也有STM-4接口。对于骨干层来说，接口种类相对简单，而且数据经过汇聚，对带宽的需求较大。u3G传输网业务承载分析作为解决未来的移动通信系统支持高速的数据接入的3G网络，其业务承载除了GSM话音业务外，更多的是对移动数据业务的承载。作为数据业务的整体提供方案，集团用户数据专线业务、智能小区高速上网业务以及带宽出租业务等都应在3G传输网建设中给予前瞻性的考虑。针对上述考虑，以下我们对移动传输网的全面承载业务分类进行分析。首先移动传输网大量承载的是话音、会议电视、视频图像、透传带宽、有严格QOS要求的企业专线等对QOS要求很严的实时业务。这类业务非常适合以TDM方式传送；其次是企业VPN、3G基站等要求有QOS保证但本身具有统计复用特性的业务。这类业务需要采用ATM方式，能充分满足其带宽动态可调，而采用SDH方式则带宽浪费比较严重非常不经济；最后对于个人和小区Internet接入、门户网站等不需严格QOS保证、尽力传送方式的数据业务。这类业务用IP方式传输性价比最佳，用SDH和ATM方式传输则不经济。在IP的接入上，主要有两种，即低速率的10M／100M业务和高速率的GE／10GE。从以上分析可见，SDH、IP、ATM三种传输方式针对不同的业务各自有最佳的适用场合，作为基础传输平台，必须能够同时承载这三种不同类型的业务。随着传输设备的发展，出现了能同时传输以上各种业务的多业务传输设备（MSTP），为建立此基础传输平台创造了条件。MSTP技术是以SDH技术为基础，继承了其优异的组网及保护能力，并提供对ATM/IP数据业务的统计复用功能，提高带宽传输效率，实现TDM/ATM/IP综合业务的统一传送，所以能很好地满足移动及宽带数据业务对传输网络的需要。随着3G网络内核的IP化演进，MSTP技术方案可以非常灵活的适应这种变化，同时，MSTP技术和产品经过各运营商的城域传输网建设的充分验证，已充分得到大家的熟悉和信任。由此我们得出结论：MSTP设备将肩负起3G信号传输的重任。二.应对3G的边缘网络解决方案众所周知，边缘网络作为运营商的触角，是向客户提供服务的前沿陈地，随着客户需求的多样化和核心网技术快速发展，边缘网络在城域传输网建设中的重要性日渐升值，成为传输网建设的重点和难点。在3G传输网中也不例外，3G传输网建设重点是负责基站业务传输的边缘传输网络，由于基站数量巨大，每个大中城市有上千个基站，移动运营商每年要将自己业务收入的近30％付给其它运营商作为电路租用费。因此，3G边缘传输网的建设不仅要考虑基站传输大量的带宽需求，同时还要考虑能足够替换原来租用的传输电路。从实际设备情况看，3G的基站覆盖范围基本和2G的基站相同。也就是说，已经拥有2G设施的运营商仍然会采用原有基站的机房和线路。而各个运营商对3G的基站数量需求可以参照2G的需求量。1．3G边缘网络的特性和需求3G业务相对于2G业务来说，主要区别是其业务是宽带业务，流量具有统计特性，如果简单采用目前的窄带的SDH设备传输，效率会很低，因此，3G边缘传输网络必须具备统计复用特性。在传输带宽的要求上，也和以往有区别，总的来说3G基站所需要的传输带宽远远大于2G的基站。当前，各个运营商城域网接入层的传输制式主要是STM-1速率的SDH设备，每个环上的节点数量按平均8～10个计算（这是比较保守的估算），这样的情况下，总的带宽需求大约为每个接入环上20个左右的2M。实际应用中，每个基站都有一些预留的2M，实际的情况是大约每个接入环上已经占用的2M数量有四五十个。对STM-1的SDH设备来说，容量的可扩展空间已经比较小了。如果要支持3G传输系统，必然要求传输设备的带宽有一个跨越。由于移动业务需要从基站汇聚到MSC，这中间的所有业务流量都是集中型业务，比较适合采用通道保护方式。这样，采用STM-4速率的设备，可用的带宽为126×2M或者2×STM-1，显然不能满足3G的传输需求。这样，STM-16速率的MSTP设备成为3G传输网接入层的首选。此外，由于移动网络的自身特殊性，3G边缘接入传输网和其他接入传输网相比，还具有时钟同步要求高、网络结构复杂、每点上下业务较少、要求传输设备体积小等特点；同时，由于基站往往是无人值守机房，常常要求传输设备提供各种网管通道和环境监控功能。从网络建设的角度，需要建设一个独立3G边缘接入传输网作为统一的业务传输平台，即经济又可以大大简化网络结构，甚至还可以和其它业务公用，比如固网的数据接入等等。从运营商的维护体制来看，边缘传输网作为一个独立的层面和3G业务网分开，两者相互独立，便于维护，便于业务开展。2.烽火公司3G边缘网络解决方案随着第三代移动通信的标准日趋成熟，国内很多公司竞相展开3G的研究和产品开发，电信运营商开始着手3G传输网的规划。烽火公司顺应这一发展趋势，对产品系列进行的优化和改进，推出了应对3G边缘传输网的IBAS100系列产品，为3G的基站信号传输提供低成本、高效率、高带宽的解决方案，其中IBAS180设备以其低成本；体积小（3U高度）；STM-1/4/16全速率兼容；优化的多业务承载能力；强大的组网能力；高可用性设计等特点成为边缘MSTP典范。u非常灵活的容量设计当前主要使用的边缘MSTP为155/622M速率，面对宽带业务的高速增长显得力不从心，而当前的2.5GMSTP设备虽然功能都能满足要求，成本和体积却并不适合边缘网络的应用。烽火公司IBAS180紧凑型MSTP设备兼容155M/622M/2.5G三个速率等级，体积却只有3U，非常适合高数据容量的边缘传输网组网，使用户能够以最小的投资适应较长时期的业务需求。同时，针对边缘网络中小容量的接入需求，IBAS100系列产品具备8MPDH光接口的接入能力，远端的PDH8M设备能够直接接入IBAS100。以这种方式组网后，可以选择本地终结PDH8M业务，也可以利用IBAS100的调度能力将由PDH支路接入的业务调度到其它节点，而不需要中间转接。这种功能的提供不但避免了大量PDH8M设备组网时在局端占用大量机房空间的问题，而且能够提供PDH、MSTP统一网管，大幅度简化了局端的大量2M转接工作，成为IBAS100系列的一大特色。u提供丰富的业务接口支持能力IBAS100系列MSTP设备支持各种宽带业务接口，如E1，E3，STM-1，10/100M以太网接口，IMA接口，ATM接口等等。同时，针对不同的宽带业务接口，增加了强大的处理能力。针对以太网接口，能够提供LAPS/PPP/GFP兼容的映射方式，提供支持符合G.7041的低阶虚级联和符合G.7042的LCAS功能。这些功能使得以太网的承载效率、承载的灵活性大大增加。在此基础之上，进一步提供透传、二层交换、多点汇聚等应用方式，满足针对不同等级用户和应用的不同需求。其中的VLAN功能能够为用户提供可靠的二层数据隔离。针对ATM接口，不但提供STM-1接口来满足高速率的ATM接入，而且提供灵活的IMA接口，使用户能够以N×2M的速率接入ATM业务。u灵活的数据优化处理能力IBAS100系列全面支持对IMA接口和ATM155M接口的数据优化。由于3G数据业务具有动态特性，传统的SDHTDM方式的动态传输效率不高，因此针对MSTP设备的STM-1接口和IMA接口，均要求提供统计复用功能和多点汇聚功能，使用户能够更加高效地利用带宽。从基站的容量上看，3G建网的初期，用户容量需求不大，IMA口可以满足要求，移动数据业务经过比较长的发展之后，对带宽的需求增加，将会要求基站的上行接口升级到STM-1速率。这样，用于边缘接入的紧凑型2.5G设备必须具备低阶处理能力，并能够提供较多的STM-1接口。对于现有的MSTP传输设备来说，不需要做任何的改动就可以直接提供对普通IMA接口的支持。但是，由于移动通信业务的汇聚型业务流向非常突出，大量的IMA接口汇聚到RNC时，在与RNC相连接的MSTP节点处，将有大量分离的2M需要经过电口转接（图二：普通IMA接口的业务接入）,其直接后果是带来成本急剧上升，而且不便于维护，降低了系统的可靠性。因此，对于IMA口的传输，需要统计复用功能和多点汇聚功能的支持，以优化3G的ATM信号处理（图三：统计复用功能的IMA接口的业务接入）。在与RNC连接的MSTP设备上通过增加ATM交换模块实现如下的统计复用功能（图四：统计复用功能模块示意图）。这样，可以使得多个基站汇聚过来的IMA业务在MSTP内部汇接为一个ATM