面向3G WCDMA网络的传输解决方案

摘要:
     目前定义的3G方案主要分为WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三种。本文分析了WCDMA R99/R4的网络结构及其接口规范，探讨了WCDMA对骨干和本地传输网络的要求，并结合运营商目前的网络现状、技术的成熟性和可行性、网络投资的经济性及网络的可持续发展等几方面的因素，重点分析了UTRAN传输解决方案，最后简单介绍了朗讯公司的3G WCDMA传输解决方案。
    关键词：WCDMA、3G传输、   
    目前定义的3G系统主要分为WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三种。由于WCDMA 采用接口协议的特殊性， 下文将针对WCDMA分析3G对传输网络的要求。目前WCDMA有R99，R4和R5三个版本，从目前技术的发展来说，如果在近期实施3G系统，R4版本将被采用，R4网络接口采用ATM相关协议；下图为WCDMA R4的网络模型图：
   
            图1：WCDMA R4的网络模型图
    如上图所示，通常把WCDMA地面接入网络称之为UTRAN，UTRAN由Node B（WCDMA基站）、RNC（WCDMA基站控制器）组成。WCDMA的核心网络Core Network由电路域和分组域两部分组成。Node B和RNC之间的接口称为Iub接口，RNC之间的接口称为Iur接口。RNC和CN的接口称为Iu接口。
    目前的主流Node B设备厂商提供的接口有E1、IMA E1和非信道化STM-1三种，部分厂家还提供一种特殊的HUB-Node B设备，将AAL2交换集成在Node B设备之中，用于对Node B群的E1业务汇聚。RNC设备和MSC设备一般提供E1、IMA E1、非信道化STM-1、信道化STM-1四种接口。SGSN设备除了提供E1和STM-1接口外，还需提供POS、Ethernet、GE等各种数据接口，以满足对GGSN的数据传输需求。
    3G对传输网络的要求主要体现在对传输容量和对3G业务接口支持两个方面。3G传输网络可以分为两部分考虑：第一部分为骨干传输网络，解决3G的核心网络的业务传送，属于省际干线和省内干线的范围 ；第二部分为本地传输网络，解决3G的UTRAN的业务传送， 属于城域网/本地网的范围。就3G对传输网络的影响而言，仅需要考虑UTRAN部分的传输。
1.3G 对骨干传输的要求：
    3G网络在省际干线主要包括电路域和分组域业务需求，其中电路域的业务需求是TMSC与TMSC之间、MSC与TMSC之间的传输电路需求，接口类型主要为STM－1；分组域主要是GGSN/SGSN之间的互连需求，接口类型包括FE/GE/POS等。
    省际干线传送网采用的技术主要是SDH和WDM，能够提供的电路速率从E1到STM－64，目前提供的电路以E1和STM－1两种速率为主。考虑到3G数据业务的需求，可以在骨干SDH/DWDM网络基础上引入智能光网络（ASON），实现对带宽的灵活调整和调度，提高网络资源的利用率。具有多业务接口的新一代智能化光网络传输设备，不仅能够提供POS和GbE／10GbE业务接口，通过设备内部MSTP功能实现数据业务到SDH VC的封装实现了以太网在SDH自愈环的传输，充分利用了SDH的带宽管理能力和智能光网络的智能恢复和物理资源的灵活调度。
    很明显，3G和2G网络对骨干传输网络的要求基本相同，目前的骨干传输网络可以满足3G网络建设和平滑演进的需求。
2.3G 对本地传输的要求：
3G在本地网的电路需求主要是Iu、Iur和Iub接口之间的连接，包括RNC至Node B，RNC之间，以及RNC至MSC/SGSN的连接。RNC之间及RNC到MSC/SGSN一般应采用STM-1（ATM）接口；E1或多个E1主要用于Node B与RNC之间的连接。Node-B节点可以采用多个E1组成的IMA E1接口，通过统计复用提高多个E1通道间带宽的利用率。
    其中，对于RNC与MSC/SGSN之间的业务传输，在SDH网络容量丰富的地区，建议采用SDH STM-1电路，STM-1（ATM）接口通过ATM over SDH的方式与SDH设备相连，传统SDH网络可以满足需求。
    Node-B与RNC之间（Iub接口）的传输需求是3G网络传输需求中最复杂而又最重要的部分。Node-B和RNC之间的传输有多种解决方案：如ATM 光纤直连、2M或IMA 2M业务透传等，考虑到RNC端口资源利用率、网络带宽利用率、网络结构简单化等原因，目前普遍建议在RNC和Node-B之间增加ATM的统计复用功能：
    一种方法是在Node-B侧进行ATM处理，ATM交换机或者MSTP设备中的ATM板卡对每个Node-B的ATM业务进行处理，或者在汇聚节点实现对多个Node B的ATM业务统计复用，并通过ATM VP Ring的方式实现汇聚节点间带宽的共享，提高了带宽利用率。RNC侧只需提供简单的STM-1接口。如下图2所示。这种组网方式可以可以节省汇聚和骨干层的传输带宽，尤其是在电路经过多级跳接后节省更为明显；并且在RNC侧的已是经统计复用后的有效带宽，可以减少RNC侧 STM-1 (ATM)接口数量。但是这种方式需要在网络的接入设备中使用大量ATM处理板卡，可能会导致设备投资的增加以及维护的复杂程度。 并且，当组网传输厂商不是同一厂商设备时，在WCDMA网络容量扩展作RNC分离时，来自不同厂家跨接VP Ring业务的互连互通可能缺乏可操作性。
  
      图2：采用MSTP ATM板卡的传输架构
    另一种方法是在RNC侧进行处理，在RNC前提供一个ATM交换机，E1在ATM交换机上终结，并提供ATM STM-1 信号进入RNC。如下图3所示。此方案可以充分利用现有传输网络的资源，又可以对ATM交换机进行集中管理，缺点就是传输网的带宽消耗是以Node B的峰值流量来计算，带宽利用率稍低。
  
          图3：采用城域TDM和ATM交换机汇聚的传输架构
    结合运营商目前的网络现状、MSTP技术的成熟性和可行性、网络投资的经济性及网络的可持续发展等几方面的因素，我们对上面两种方案进行简单的分析：
      从各大运营商目前网络建设情况来看，中国电信、中国网通、中国移动和中国联通目前都具有相当规模的网络资源，特别是对于中国电信、中国网通而言，其现有接入节点和汇聚节点已经具有很好的网络覆盖，可以对未来的3G网络的大部分Node-B提供直接的业务支持，而无需新建具有ATM交换功能的MSTP网络。另外考虑到现网中的SDH/MSTP设备大多无法直接提供ATM功能，所以，在核心节点加入ATM交换机是目前最可行且最经济的方式。
    目前的3G的基站控制器RNC处理能力较2G/2.5G显著增强，可以支持的基站数量达数百个，这将导致在大型城域网络中，一般只需配置1-3个RNC。采用方案二的方式即在RNC侧增加ATM交换机可以节省RNC侧端口的数量，同时实现全网数据业务的集中交换和集中处理。也便于设备的集中维护。值得注意的是，对于方案一，RNC分离的情况会对承载在VP Ring上的业务割接带来维护上的可操作性，尤其对于UTRAN部分传输网由多厂商共同建设时缺乏互连互通经验。
  由于3G对传输网络带宽的需求远小于现有传输网络的规模，以大多数省会城市网络为例：700-1000个Node-B即可以实现全网的覆盖，一个Node B在首期工程中仅需要1-2个E1，所以全网所需的传输带宽总共在700-2000个E1之间，对于中小型城市而言，3G对传输带宽的需求将会更小，从带宽需求这方面看，在接入或者汇聚层引入ATM实现统计复用节省传输带宽的经济性有待斟酢。
    目前在MSTP设备的发展过程中，基于以太网的MSTP已经相当成熟，从单机性能到多厂家互连互通方面都有相当的成功记录。而MSTP上的ATM功能由于种种原因还不完善，例如ATM板卡缺少对IMA E1处理能力，目前的VP-Ring只支持VC4颗粒以上，以及对于ATM的业务管理、拥塞管理、ATM OAM和ATM信令等方面目前还远无法和最简单的ATM交换机相提并论等。考虑当WCDMA发展到R5版本时，所有的网络接口都将使用IP协议，这将导致目前使用ATM板卡的MSTP设备不具备前向兼容性，造成ATM板卡的投资浪费,而ATM交换机可以很好地提供多业务功能以有效地支持WCDMA R5。
朗讯科技3G传输解决方案：
    朗讯作为光传输领域的领先厂商，多年来一直努力为运营商提供更好的传输解决方案。对于3G的传输承载，朗讯可以提供MSTP+ATM板卡和城域TDM+ATM交换机的两种解决方案：
    在汇聚层面采用Metropolis® ADM组成2.5G/10G的自愈环，在核心层面可以考虑引入LambdaUnite® MSS设备组成智能光网络。即现有的传输网络完全可以支持3G网络的传输，这样可以最大限度地利用现有网络资源，保护网络投资。考虑到RNC 端口资源的利用率，可以在RNC侧提供PSAX ATM交换机，传输设备和PSAX ATM交换机之间可采用通道化的STM-1相连，E1在PSAX ATM交换机上终结，并提供ATM STM-1 信号进入RNC。在大型城域网络中，一般只需配置1-3个RNC，相应配置1-3个PSAX ATM交换机，可以实现全网数据业务的集中交换和集中处理。如下图4所示。或者直接在2.5G/10G的城域汇聚平面Metropolis® ADM上采用ATM板卡来实现业务的汇聚，如下图5所示。
    至于采用何种3G传输组网架构，运营商可以根据自己的需要选择不同的方案，
  
        图4：朗讯科技3G传输解决方案 (TDM+ATM交换机架构)
  
        图5：朗讯科技3G传输解决方案 (MSTP+ATM板卡架构)
    在WCDMA  R5及以上的版本中，3G网络将采用全IP协议，即Node B、RNC均采用10M/100M/GBE以太网接口，需要传输网络提供以太网接口。 朗讯科技公司的Metropolis® AM系列、Metropolis® ADM及LambdaUnite® MSS设备中TransLAN®板卡可以提供以太网的接入和完善的交换处理功能，运营商可以在已建的2G传输网络中通过插卡的方式实现对3G网络的支持。
综合上述，朗讯科技的全系列MSTP产品可以很好地支持目前现有的2G GSM/2.5G GPRS网络，对于3G网络同样可以提供完善的支持。朗讯的解决方案具备后续兼容性，可以很好地保护运营商在传输网络中的投资。