WCDMA传输网络建设方案探讨

lg0702

    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，大家按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最多可支撑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，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。