3G移動通信網(wǎng)基站接入解決方案探討

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

1、引言

第三代移動通信（3G）的發(fā)展經(jīng)歷了體制標準選擇、頒發(fā)牌照數(shù)量的困惑后，到今年已發(fā)展到設備規(guī)模開發(fā)、網(wǎng)絡規(guī)模測試、業(yè)務應用、產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及網(wǎng)絡建設規(guī)劃等階段。而在整個移動通信網(wǎng)絡規(guī)劃中，作為基礎網(wǎng)絡的傳輸網(wǎng)絡規(guī)劃，將是影響業(yè)務開通、成本高低、網(wǎng)絡質(zhì)量和擴展性的關(guān)鍵因素。因此，3G移動通信網(wǎng)所需傳輸網(wǎng)絡規(guī)劃和建設在整個3G網(wǎng)絡發(fā)展中扮演著重要角色。

目前，3G移動網(wǎng)絡技術(shù)包括WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三種網(wǎng)絡制式，網(wǎng)絡分別由核心網(wǎng)和無線網(wǎng)構(gòu)成。WCDMA商用版為R99和R4版本，其中，R99版本增加PS分組數(shù)據(jù)業(yè)務，由SCSN和GGSN通過高速以太網(wǎng)接口或POS連接構(gòu)成全IP分組交換網(wǎng)絡；無線網(wǎng)部分Node B與RNC之間通過ATM技術(shù)連接，語音業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務以ATM信元承載。R4版本無線網(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)）完全分開的方式，MGW可進行TDM、ATM和IP三種方式的業(yè)務交換。TD-SCDMA在接口和傳輸模式上與WCDMA區(qū)別不大，只是在無線部分的實現(xiàn)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、無線頻率、空中接口、覆蓋范圍、網(wǎng)絡容量、業(yè)務實現(xiàn)等方面各有優(yōu)勢，其在網(wǎng)元設置和功能劃分實現(xiàn)上，也各有特點，這里不再一一贅述。但從傳輸?shù)慕嵌瓤?，在移動通信網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)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行傳送，這是它們的共同發(fā)展方向。而在網(wǎng)絡的分層分割承載方面，無論是WCDMA、CDMA2000還是TD-SCDMA，3G移動通信網(wǎng)絡的邏輯網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)可以統(tǒng)一為兩個層次：接入網(wǎng)絡層（UTRAN）和核心網(wǎng)絡層（CN）。3G傳輸網(wǎng)主要承擔從UTRAN到CN的業(yè)務匯聚，以及CN中的業(yè)務傳送。本文分析了3G移動通信網(wǎng)傳輸電路需求，并對3G基站接入的傳輸網(wǎng)絡規(guī)劃的共性問題進行探討。

2、3G移動通信網(wǎng)需求傳輸電路分析

3G移動通信網(wǎng)對傳輸網(wǎng)絡的要求主要體現(xiàn)在對傳輸容量和對3G業(yè)務接口支持兩個方面。3G傳輸網(wǎng)絡分為兩部分：第一部分為骨干傳輸網(wǎng)絡，用以解決3G核心網(wǎng)絡的業(yè)務傳送，屬于省際干線和省內(nèi)干線的范圍；第二部分為本地傳輸網(wǎng)絡，用以解決3G無線接入網(wǎng)的業(yè)務傳送，屬于城域網(wǎng)/本地網(wǎng)的范圍。

2.1　核心網(wǎng)對骨干傳輸?shù)囊?

3G核心網(wǎng)對傳輸?shù)男枰ê诵木W(wǎng)元間、核心網(wǎng)以及無線接入網(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、居間流向簡單、對可靠性要求高等特點，主要由省內(nèi)、省際干線傳送。

目前，省內(nèi)、省際干線傳送網(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(qū)范圍內(nèi)，其中心局址較少，且業(yè)務流向較為簡單，目前省內(nèi)、省際干線從設備和結(jié)構(gòu)上基本可以滿足3G業(yè)務的需求，因此，僅從網(wǎng)絡容量上擴容即可，而在業(yè)務量大的省和省際干線上，則可以考慮適當引入網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的ASON網(wǎng)絡。

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多、分布廣、總量大，是傳輸中需要重點解決的部分。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(qū)會出現(xiàn)多個本地網(wǎng)聯(lián)合組建“大本地網(wǎng)”的情形，因此，在該區(qū)域，基站至基站控制器間的電路需通過省內(nèi)干線來承擔。

3G無線基站接入網(wǎng)與2G在業(yè)務流向上沒有區(qū)別，也是相對于中心局房的集中型業(yè)務，其網(wǎng)絡架構(gòu)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)近期無較大變化，主要以E1接口為主，但隨著IP化的進展，未來其接口將會出現(xiàn)以太網(wǎng)IOM/100M等接口。就現(xiàn)有的各種設備性能來看，引入具有數(shù)據(jù)處理功能的MSTP設備是一個不錯的選擇，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)絡的系統(tǒng)容量規(guī)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)務模型算法。以WCDMA網(wǎng)Node B基站的容量需求為例，可得單個基站的容量需求計算過程如下：

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(qū)數(shù)；單載頻全向基站為1個小區(qū)；單載3扇基站為3個小區(qū)；2載3扇基站為6個小區(qū)；以此類推可知：

◆Nuser為小區(qū)內(nèi)的放號用戶數(shù)。

◆Ev為每用戶話音愛爾蘭數(shù)。

◆Ecs為每用戶可視電話愛爾蘭數(shù)。

◆Vps為每用戶平均數(shù)據(jù)速率。

◆Osig為控制信令的開銷，取10%。

◆Oom為邏輯和物理操作維護等的開銷，取5%。

◆Q為ATM傳輸產(chǎn)生的開銷，10%。

◆Y為負荷因子，取80%。

◆6.6b/s、64b/s分別是話音、可視電話業(yè)務的占用帶寬。

假設一個網(wǎng)絡初期的話務模型為：

◆小區(qū)內(nèi)的放號用戶數(shù)Nuser取1000。

◆Ev為每用戶話音愛爾蘭數(shù)，取0.025。

◆Ecs為每用戶可視電話愛爾蘭數(shù)，取0.001。

◆Vps為每用戶平均數(shù)據(jù)速率，取180b/s。

綜合以上數(shù)據(jù)，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

以此類推，如果假定各時期的話務模型和用戶數(shù)，則可以得出中遠期單個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移動通信網(wǎng)基站接入解決方案

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

（1）僅進行物理層透明傳送

第一類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)務設備處理，如圖1所示：

圖1　物理層透明傳送

該方案專業(yè)分工界面清晰，對數(shù)據(jù)業(yè)務的不確定性、突發(fā)性等的處理集中在業(yè)務設備側(cè)，采用光纖直連、E1/STM-1靜態(tài)通路（包括PDH、SDH以及無線微波傳輸?shù)染W(wǎng)絡提供的鏈路）。

◆有部分無線廠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，但若光纖直連會浪費光纖，不是網(wǎng)絡形態(tài)，且維護困難、安全性低，不宜采用。

◆通過信道化的STM-1靜態(tài)傳輸，同樣存在上述問題，但3G業(yè)務在較長時間內(nèi)存在不確定因素時，帶寬會大量空閑致使接口利用率低，不宜采用。

（2）二層數(shù)據(jù)處理

第二類方案是對基站接入電路作二層處理，進行統(tǒng)計復用、帶寬共享，以提高傳輸效率。目前，業(yè)界對這類方案討論得較多，總的來講，根據(jù)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(cè)增加二層處理設備，對基站信號進行處理，將其轉(zhuǎn)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(shù)量，如圖2所示。該方式?jīng)]有解決傳輸網(wǎng)絡的帶寬壓力，卻增加了額外設備、故障點和維護工作量。

圖2　二層數(shù)據(jù)處理方式一

◆方式二。相對于方式一，它將數(shù)據(jù)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(shù)量，如圖3所示：

圖3　二層數(shù)據(jù)處理方式二

◆方式三。它將對數(shù)據(jù)的二層處理再擴大到傳輸網(wǎng)匯聚層的匯聚業(yè)務節(jié)點上。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)絡帶寬建設壓力?？刹捎迷趨R聚節(jié)點單獨增加數(shù)據(jù)處理設備的方法，將接入的基站信號首先接入數(shù)據(jù)處理設備，進行二層數(shù)據(jù)收斂帶寬，然后接入?yún)R聚層網(wǎng)絡。這種處理方式增加了額外設備，同時將傳輸網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)，從信號傳輸?shù)慕嵌葘R聚層和接入層分離，一方面對現(xiàn)有網(wǎng)絡的調(diào)整較大并對現(xiàn)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(shù)據(jù)處理方式三

◆方式四。相對于方式三，它將對數(shù)據(jù)的處理通過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(shù)廠家推薦的方案。相對于單獨增加設備的方式，這種方式更能充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡設備的資源，可保證現(xiàn)網(wǎng)的電路運營和延續(xù)性，但其存在如何確定帶寬收斂比的問題，即在無線業(yè)務模型和使用方式存在不確定因素時，如何在保證無線業(yè)務質(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(shù)據(jù)處理方式四

◆方式五。相對于方式四，它將對數(shù)據(jù)的處理在擴大到邊緣層MSTP設備上來完成，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(shù)據(jù)網(wǎng)絡，但我國目前只有少數(shù)運營商具有ATM網(wǎng)絡，且很不完整，新建幾百個甚至上千個點的基站接入覆蓋，從經(jīng)濟效益上來看是不現(xiàn)實的，同時也存在著上述方式中存在的問題。

圖6　二層數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的二層處理由基站控制器向基站側(cè)逐步推進，隨著對數(shù)據(jù)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。第二類方式的應用重點在于各傳輸路徑共享帶寬的分配（即收斂比的取定），它與用戶業(yè)務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，3G需求傳輸網(wǎng)絡規(guī)劃中，骨干網(wǎng)絡的規(guī)劃相對于2G網(wǎng)無較大地變化，其規(guī)劃難點在于無線基站接入的傳輸網(wǎng)絡，尤其是引入分組數(shù)據(jù)業(yè)務后對帶寬容量的分配考慮。而數(shù)據(jù)業(yè)務的分組特性致使所需傳輸帶寬存在突發(fā)性、不可預測性，只能通過業(yè)務運營，不斷積累經(jīng)驗、校正模型才能得到逐步完善。同時，也需要運營商與ISP、ICP長期不懈努力才能得到廣泛的認可和接受，這是一個漸進過程。如果考慮到數(shù)據(jù)業(yè)務是從無到有，從小到大，傳輸網(wǎng)絡將會面臨著從低容量、小顆粒、簡單結(jié)構(gòu)需求到高容量、大顆粒、復雜結(jié)構(gòu)需求的變化，這就要求傳輸網(wǎng)絡規(guī)劃應當具有相當強的擴展性，特別是傳輸網(wǎng)絡建設初期，再考慮傳輸網(wǎng)建設的經(jīng)濟性、高效型的同時，要特別重視傳輸網(wǎng)絡的擴展性、可延續(xù)建設，以保持傳輸網(wǎng)絡的穩(wěn)定發(fā)展。

上述各種方式各有特點和適用場合，但考慮到3G運行初期其移動數(shù)據(jù)業(yè)務模型不確定，并且對帶寬的需求規(guī)模不是很大，故對3G移動網(wǎng)的基站接入問題有如下建議：

（1）總的來講，建議以基站接口容量的擴展性避免傳輸網(wǎng)因大規(guī)模增加容量而承受的沖擊；以傳輸網(wǎng)絡的擴展性，使傳輸網(wǎng)絡建設具有時效性、平穩(wěn)性、延續(xù)性；逐步充分利用傳輸網(wǎng)MSTP技術(shù)對分組數(shù)據(jù)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簡單累計，避免造成網(wǎng)絡容量龐大。

（2）建議3G無線基站設備傳輸接口帶寬以具備可平滑擴展能力。對分組數(shù)據(jù)的處理應按站統(tǒng)一，對多個扇區(qū)提供復用功能，并使提供的傳輸帶寬接口數(shù)量可平滑擴展。比如基站初期可僅提供1～2個E1，后期則根據(jù)業(yè)務量進行在線傳輸帶寬通道的增加。

（3）建議在3G網(wǎng)絡建設初期，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)務質(zhì)量。這時，可以快速部署網(wǎng)絡，避免傳輸網(wǎng)絡的較大調(diào)整。而對于傳輸資源較少的新移動運營商，亦可采用這種方式，充分發(fā)揮微波傳輸?shù)葻o線技術(shù)手段建設速度快的優(yōu)勢，快速部署網(wǎng)絡。

（4）建議在對中遠期網(wǎng)絡進行確實預測的基礎上，完成傳輸網(wǎng)絡的整體規(guī)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(guī)劃，既要保證傳輸網(wǎng)建設投資的時效性，又要保證傳輸網(wǎng)的平穩(wěn)發(fā)展。應積極參與傳輸網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)融合，積累數(shù)據(jù)業(yè)務帶寬運維經(jīng)驗，尤其是帶寬管理、復用管理等。

（5）建議隨著網(wǎng)絡規(guī)模的增加，逐步進行上述第二類方案運用，根據(jù)移動數(shù)據(jù)業(yè)務的發(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)務為主向分組業(yè)務為主的平滑過渡。