TD-SCDMA系统无线网络传输解决方案探讨

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摘要

随着通信技术和市场的发展，3G系统的建设与应用已经在全球范围内呈现再次加速的态势，产品的先进性、业务功能的成熟性以及市场需求的逐步清晰已经为移动通信市场的可赢利运营奠定了坚实的基础。特别是近两年，中国通信市场也经历了快速发展的过程，即“3＋2”TD规模测试网络建设并成功推动相关产业链的合作与产业成熟之后，中国政府又在2007年由中国运营商在奥运承办及协办城市建设了扩大化的TD规模测试网络，其建设规模、工程实施、运营能力要求、技术成熟度要求更接近于实际商用网络，如何将现有TD网络的技术优势和运营商的运营需求有效结合将是后期网络建设、设备商产品规划重点考虑的问题，本文将就TD网络建设中的无线网络传输问题作一些探讨。

1 当前TD网络建设背景

1.1 3G系统对传输的要求

根据3G系统的业务特征，可以简单归纳出3G系统对传输系统的要求有：兼顾TDM，ATM和IP多种传输技术，以IP传输为主，又支持E1/T1/STM-1/Channalized STM-1/FE/GE接口，其中高速接口光电兼顾。另外，传输系统能够支持实时性业务和非实时性业务的混合传送，支持汇聚和带宽的统计复用、支持点到点、点到多点的传送、以及电信级的保护/恢复机制。能够区分服务，能满足实时业务的低延时和低误码率要求以及安全性要求。在同步时钟网络、低速链路上的IP头压缩技术以及考虑传输网的前向兼容性和后向扩展性方面也有要求。

1.2 中国运营商传输网络现状

中国运营商大部分的城市本地网传输采用传输核心层、接入层、汇聚层三层结构。就本地核心网而言，以10G SDH为主，现在随着业务量的增大，大量的城市开始建设DWDM设备。汇聚层以前主要是2.5G SDH设备，现在正在往10G速率升级，10G的建设量已经比较大。大城市或市区接入层已经普遍升级为622M，郊区和乡村接入仍然为155M。

2 TD-SCDMA系统无线网络传输解决方案探讨

2.1 TD-SCDMA无线系统传输解决方案分析

中国运营商的传输网络通常分为传输网核心层、汇聚层、接入层3层结构，TD-SCDMA无线接入系统各网元和传输网的对应关系如图1所示。TD-SCDMA无线系统的传输解决方案主要是解决RNC和NodeB之间的数据承载，下面根据RNC网元和NodeB网元之间不同的城域网传输解决方案分别分析。

图1  TD-SCDMA无线接入系统各网元和传输网的对应关系

（1）RNC和基站侧均通过E1接口接入SDH网络
NodeB设备通过SDH传输设备的E1接口接入传输网络，多个NodeB设备的E1信号经过SDH网络透传到RNC机房所在的传输设备，通过传输设备的多个E1接入RNC。
在建网初期NodeB侧所需E1一般较少，直接采用E1接入是最常用、最方便的传输方式。但是因为SDH网络不具备统计复用功能，大量NodeB的E1到中心机房后，如果RNC也采用E1方式，则RNC机房会存在大量的E1线缆连接，成本较高，工程施工和维护相对复杂。
（2）RNC侧信道化STM-1口和基站为E1或信道化STM-1接口
如图2所示，NodeB设备通过SDH传输设备的E1接口接入传输网络，多个NodeB设备的E1信号经过SDH网络透传到RNC机房所在的传输设备，通过传输设备的信道化STM-1光口经光纤接入RNC (RNC需支持信道化STM-1端口)。

图2  NodeB设备通过SDH传输设备的E1接口接入传输网络

相对于方式（1），大量NodeB的E1到中心机房之后，通过传输设备155速率的光口接到RNC。因为一条信道化STM-1接口可以替代63路E1接口接入RNC设备，所以从传输设备连接到RNC的线缆数量大大减少，工程施工和维护相对简单。这种方案兼顾了建网初期基站设备业务量相对较低的特点，同时降低了RNC机房对E1线缆的需求，在实际外场测试建网过程中得到了广泛应用。
（3）通过ATM STM-1接入
在现有SDH网络下，通过SDH网络透传占用大量静态配置带宽，网络资源快速消耗，对传输网压力太大，如果NodeB采用ATM STM-1接入SDH传输网，则每个NodeB都需要占用传输网络的一个VC4资源，RNC也需要对应占用大量的ATM STM-1端口，对传输资源和RNC的端口占用都会让运营商无法承受，所以这种方式几乎不可行。
在传输网支持ATM统计复用时（如支持ATM统计复用的MSTP网络等）可以采用传输网的统计复用功能进行基站带宽的汇聚和复用，降低对传输网络的压力。目前，可通过在SDH环路上形成一个ATM的虚拟通道环VP_Ring，在汇聚传输层通过ATM VP-Ring作统计复用实现这一目的。
NodeB通过STM-1(ATM)接口与接入层传输设备互联。汇聚节点将来自基站的业务收敛为一个VC-4带宽后，再传送到汇聚传输层设备；同时，基站也可以在接入传输层通过ATM VP-Ring共享传输带宽，然后在汇聚节点B将环上来自不同基站的业务收敛汇聚为一个VC-4带宽后，再送到汇聚层传输设备。经过接入传输层汇聚节点收敛后的VC-4业务，如果带宽使用率足够高，则可以在汇聚传输层中透明传送至与RNC互联的传输节点，再通过STM-1(ATM)接口与RNC设备连接；如果带宽使用率较低，则可以在汇聚传输层通过ATM VP-Ring作统计复用后，在汇聚节点复用为一个STM-1(ATM)接口，与RNC设备对接。
目前，基于SDH的面向以太网业务的MSTP已经相当成熟，然而MSTP上的ATM功能还不完善，如ATM板卡端口数量有限，VP_Ring只支持VC-4颗粒以上，对于ATM的业务管理，拥塞管理，ATM OAM和ATM信令等方面目前还没有很好地解决。
通过以上的分析我们可以看到，虽然3G R4的接口基于ATM技术，但是发展3G并没有为MSTP设备中的ATM处理板卡找到应用出路。
  

（4）FE接入（利用MSTP+RPR实现IP RAN）
当NodeB和RNC都支持IP接口之后，可以直接利用NodeB和RNC提供的FE/GE接口连接MSTP设备的IP类接口，接入层可以使用MSTP组建622Mbit/s环，622Mbit/s环首先提供部分带宽并兼容原来接入的TDM 2Mbit/s业务，同时对业务提供通道保护，另外的部分带宽通过内嵌RPR环，提供双向数据业务接入，并利用RPR环对业务提供保护。
首先，在接入层通过RPR特有的业务优先级分类功能提供业务传送的QoS保障，高优先级的高速视频流及控制层数据连接使用A类业务配置，利用RPR环预留带宽和快速过环转发机制，满足业务的低时延，保证了比特率传送要求。
其次，对于普通的数据业务使用C类业务配置，由于该类业务的突发性特点，利用RPR的公平机制，既可以使部分节点在网络带宽富余时可以过度占用网络带宽发送超配置带宽的业务，在网络忙时又可以保证每个节点都能够接入数据业务到网络上，实现网络带宽的弹性经济利用。
最后，由于在接入层网络通过RPR实现了数据业务的统计复用和带宽收敛。因此，采用这种方案在汇聚层传输只需要对接入的3G数据业务提供点到点的数据专线传送，提供可保障的传送带宽即可，比如使用技术成熟的MSTP EOS透传功能，通过GE接口将基站业务连接到RNC上，保证了数据的汇聚功能和带宽的有效利用。
（5）面向下一代网络架构（利用分组城域网实现IP RAN）
分组城域网也可称为IP城域网，未来IP城域网是各地市的宽带、窄带等IP业务的承载平台，所有IP业务都将在城域网内接入开展。未来的PTN城域网可以提供很好的QoS及网络安全性，以后很多业务都可以承载在PTN网络上。
目前，关于下一代分组传送网PTN的讨论很多，主要有T-MPLS和PBT两大主流技术之争。下面对这两大主流简单介绍一下。固定时隙分配的传统SDH在以分组交换为主的网络环境中暴露出很多缺点，难以满足分组以太网业务需求，MPLS技术可以很好地弥补SDH网络的缺点。但若在传统SDH中完全引入复杂的MPLS技术，则会大大提高设备成本和网络的复杂度，也是不合适的。为了适应分组交换和传送的需求，必须对MPLS/PW技术进行简化修改，即发展成为T-MPLS技术。T-MPLS是ITU-T SG15定义的基于MPLS技术的一个面向连接的包传送技术，是MPLS的一个子集，是将数据通信技术同电信网络有效结合的一个技术。
而另一主流技术，运营商骨干网传输PBT（Provider Backbone-Transport）技术源自IEEE 802.1ah定义的运营商骨干网桥接PBB（Provider Backbone Bridge），即MAC-in-MAC技术。MAC-in-MAC是一种基于MAC堆栈的技术，用户MAC被封装在运营商MAC之中作为内层MAC加以隔离，增强了以太网的扩展性和业务的安全性。
如图3所示，NodeB和RNC分别采用FE，GE接口与城域网设备连接，并实现相互通信。

图3  NodeB和RNC的连接方式

通常IP城域网具有容量大、组网成本低、扩展性好等特点，特别适合综合运营商，数据业务发展较好的中国运营商也可以采用，对于TD系统如果采用现有IP城域网作为传输时，因为无法通过传输系统获取时钟基准信号，此时需要采用GPS或者辅助E1链路等方法提供时钟基准信号。另外，在下一代PTN建成之前，不建议采用IP城域网承载3G的CS等时延敏感类业务，对于PS，HSDPA等数据业务可以考虑采用运营商的IP专用网络来承载。
（6）基于微波技术组建RAN传输网
数字微波通信和光纤、卫星一起被称为现代通信传输三大支柱。随着技术的发展，除传统传输领域外，数字微波技术在固定宽带接入领域也越来越引起人们的重视。微波传输的最大优点是施工简单，不需要路权，可以大大缩小工程建设时间，因此数字微波不但可用于长途干线传输，还可用于TD-SCDMA系统基站和基站控制器的互联。
微波传输设备用于组建TD-SCDMA RAN传输网时，可根据不同的应用场合，组成不同的RAN传输承载网，如树形、星形和环形网等。
3  结束语
在组建3G传输网络时，需充分考虑支撑3G网络的传输设备与3G无线设备各种接口的对接关系和带宽需求，保证话音的实时传输和数据业务的高效传输，同时还要考虑到网络的安全可靠性，提高传输带宽的利用率。
传输网作为通信网的基础，其规划和建设在整个3G网络发展中将扮演重要角色。结合目前中国运营商网络发展趋势和移动通信技术、传输技术以及相关产业的发展，对于TD-SCDMA无线系统的传输承载解决方案应符合以下特点：
（1）基站传输以光纤传输为主，其它传输方式为辅；
（2）基于现有传输现状，目前阶段建议利用SDH技术透明传输；3G NodeB侧以E1传输为主，大容量集中BBU可考虑信道化STM-1或者STM-1(ATM)；
（3）在建设下一代分组传送网PTN之后，有条件的NodeB站点全部采用PTN承载所有类型业务；
（4）考虑到3GPP技术体系的发展，3G系统接口将由ATM传输技术向IP传输技术过渡，下一代分组城域网将是TD-SCDMA无线系统传输的主体。