3G接入传输网中的光网络的组网分析

摘要　传输网络在任何移动通信中都是一个重要的部分，影响着服务、服务质量以及移动运营商的成本。3G传输网络也不例外，本文简介了3G传输网络特点并分析了以光纤传输网为基础各种接入传输网的组网技术。

关键词　宽带码分多址接入　陆地无线接入网络　多业务传输平台　弹性分组环　异步传递模式

一、前言

　　2005年，全球3G市场将进入高速增长期，中国通信市场会迎来3G的曙光，我国的TD-SCDMA也将进行商业化的试验运行，虽然消费者大规模使用3G业务可能要等到2-3年以后，但可以肯定的是，新一轮的增长与竞争会带给诸多市场参与者新的机遇与挑战。2005年开始，中国3G发展重点将主要放在网络建设和业务准备上，部分发达地区会推出试商用，用户规模不大，但运营商更加关注的是发展机遇。

　　移动网络中，窄带语音电路交换业务的传输已经是最佳的了，而这种业务在几年之内仍将保持主导地位。然而，3G的引入在移动网络中，基于分组的信息将呈现快速增长，任何合理的网络发展规划都必须考虑到这一点，为传输网络规划一个平滑和经济的发展道路。所以，从广义上来讲，传输网络必须继续为基于数据业务的渐增容量提供一个良好工程和经济优化的解决方案，同时还要制定战略准备应对未来快速增长的数据业务。同样在核心网CN中，移动网络的所有部分都需要这种类型的传输解决方案。这意味着在移动无线网络传输中，不仅需要一个传输解决传统的话音信道的有效传输，并且这个传输解决方案也可以传送基于分组的业务。

　　这个解决方案在网络的不同部分有可能是类似的，无论是在多点接入网络初期的低容量链路，还是在高业务容量中；也有可能是不同的，甚至各业务种类(TDM、ATM和IP)的任务和份额都可能不同，但是传输网络必须规划和管理它们。

二、3G传输网的特点

　　3G传输网络可分为陆地无线接入网络UTRAN(Universal Terrestrial Radio Access Network)和核心传输网络CN(Core Network)两个部分。3G传输网主要是实现Node B(BS)、区域网控中心RNC(BSC)、MSC(移动交换中心)之间多种接口的互连，传输从Node B(BS)到RNC(BSC)的业务信号和从RNC(BSC)到MSC的业务信号，其次是MSC、网关GPRS支撑参考点GGSN(Gateway GPRS Support Node)、服务GPRS支撑结点SGSN之间的信号。在无线接入网部分中每个Node B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Node B(一般为几十到数百个)。

　　对于核心网的部分，主要是由移动通信专用的交换机MSC构成，每个MSC管理一到两个RNC(BSC)。在WCDMA核心网中，3G的传输接口与2G网络变化不大，电路域和分组域可共存。但早期的2G网络中，国产设备的市场份额很少。现国内设备制造商在3G网络设备方面与国外设备在整体性能上已处于同一水平，在核心网分组域应用方面，已领先于国外主要厂商，如WCDMA网络的设计，应用了NGN的原则，即网络承载和业务应用相分离、承载和控制相分离、控制和用户平面相分离的原则，这样使得整个网络结构清晰，实体功能独立，便于模块化的实现。由于软交换支持分组交换，具有电路型核心网无可比拟的优势，技术上已经成熟稳定，运营商已经在采用R4版本软交换来替代2G的核心网，并可兼容2G/3G接入网络。我国华为公司第一个发布了R4软交换商用版本，在全球大多数WCDMA商用网络还在使用R99版本的时候，华为公司所建设的商用网全部采用了R4版本，并完成了为中国移动建设的全球最大的以IP为承载的软交换汇接网顺利割接入网，这使其在技术上具有明显的领先优势。

　　3G传输网其特点是：

　　(1)CN内部流量基本趋于稳定，传输网络需具备多业务透传的能力，在接入传输网络由于分组数据具有可变的高速数据率及流量的突发性，接入传输网在某些情况下同样需要业务的透传能力。

　　(2)宽带CDMA支持多种同步业务，每个宽带CDMA终端均可同时使用多种业务，因而可使每个用户互联网浏览的同时还能够接收话音等其他多媒体业务。

　　(3)可同时提供高速电路域和分组域交换业务。

　　(4)3G接入传输网络的传输接口种类最多且复杂。

三、3G接入传输网络组成

　　移动网络中传输媒介分为有线和无线两种，有线传输媒介有光纤、同轴电缆或双绞线；无线传输媒介有微波、卫星等，其中，光纤传输具有容量大、可靠性高、成本低等优点，是3G网络传输的首选方式。

　　作为移动通信领域的第三代移动通信系统，无论运营商采用WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA哪种主流制式，其网络逻辑架构基本相同。其中WCDMA的传输接口种类最多，包括标准STM接口、ATM接口、IMA(反向复用)接口、PoS(IP over SDH)接口和以太FE/GE接口等。目前定义的3G系统主要有R99，R4和R5版本，近期实施的3G系统将采用R99或R4版本。但由于这些制式的主要差别在于移动终端到基站之间的无线接口，以及无线接入网(UTRAN)和核心网(CN)之中的高层协议解码的位置或功能不同，对于负责3G信号有线传输的光网络而言，最直接相关的就是3G网络设备所能提供的传输接口、分组数据业务及其高带宽要求的透明传输等。

　　在WCDMA的传输接口相对于2G网络而言，最显著的变化就是在3G接入网的传输接口中推荐了ATM接口而非TDM接口，同时为了支持NX E1业务，也提出了采用反向复用技术的IMA E1接口(如Iub，Iur，Iu-CS和Iu-PS等均采用ATM接口)。而在核心网中，WCDMA的传输接口与2G网络变化不大，在电路域同样采用TDM接口，而在分组域采用FE或者GE接口。因此。3G光传输网与2G光传输网最大的差别就在于UTRAN部分，而在3G的CN部分则没有多大的变化。接入传输网络与核心网相比在某些情况下是最复杂、投资最大的部分，从运营商的角度来看，传输解决方案的优化一定是值得的，也是3G传输网建设的关注重点。

　　接入传输网络的建设及组网，目前有多种的技术可采用，移动运营商在规划设计时必需考虑近期和长远，传统的话音和急剧增加数据业务，尤其是IP业务，以及原有的网络的投资等综合因素。

四、3G接入传输网的组网技术

　　建设3G传输网络时要考虑可兼容性、可扩展性。初期3G业务仍是以语音业务为主，同时提供数据业务，但随着网络和用户需求的不断发展，数据业务的比重将逐步提高。同时，3G网络需要根据客户的不同需求提供不同QoS保证的业务，其中包括大客户服务业务，例如企业互联、宽带接入、专线服务、带宽出租等。

　　因此，传输网络需要全面承载GSM，GPRS，PSTN，ISDN VoIP，3G等业务网络，同时能够针对用户的不同需求，提供多样化的网络接入方式、层次化的接入速率选择，提供TDM，ATM，PoS，GE和PE等多种业务接口。
　　在传输制式、传输协议的选择上，WCDMA(R99/R4)采用的是ATM协议，CDMA2000可采用ATM和IP两种协议，因此3G RAN内传送的业务全部为分组业务，但在CN内有TDM业务和分组业务之分。随着数据的全IP化，终端到RAN和CN将逐渐承载全分组业务。

　　1.ATM组网技术

　　由于ATM是电路交换与分组交换的结合，也是一种快速的分组交换，作为一种面向连接的协议，具有低拥塞、低时延、低抖动、有序传输、高带宽、交换速度快等特性，提供了极好的QoS解决方案，尽管ATM商业运作不成功，业务起点选择过高，ATM技术市场不理想，但是目前ATM并没完全衰亡。在R99网络中，3G开始也是采用ATM交换机构成核心交换和传输网络(3GPP的R99版)，因为ATM技术对分组业务的支持很好，其优势是：RAN Iub接口采用的是ATM传输方式，如果能在ATM网络上传输(尤其是采用了VP-Ring的ATM网络可以确保传输安全)，可以发挥ATM的统计复用、提供端到端QoS保证等优势。已有ATM网络资源的运营公司，可有效地保护现有2G传输网的投资，并发挥ATM的优势。

　　但若利用ATM进行大面积组网，不利于系统的扩容升级。另外，如果采用ATM单独组网，而ATM是一交换、传输、复用为一体设备，由于3G设备本身具有交换功能，ATM在组网时仅仅充当着传输角色，ATM交换特性得不到充分应用，存在着功能重叠。并且相对于SDH系统，ATM网络在传输组网保护上也没有优势，在其采用光纤组网时自愈方面还存在全网连接的自动配置和恢复时间问题。从各运营商现有的传输资源上看，传输网的接入层建有ATM网络的不多。如果为了3G接入网而建设一个独立新的ATM网络，昂贵的ATM交换设备相对3G网络前期业务少、带宽低的情况下是很不经济的。

　　2.SDH组网技术

　　另一种方式是利用传统的SDH组网，对于带宽颗粒小的Node B与RNC之间的Iub接口，可通过E1信号映射到VC-12通道的方式在传输网络中进行传输。对于带宽颗粒大的RNC到MSC之间的业务，可通过ATM接口映射到VC-4或VC-n级联传输，如果有运营商有ATM网络，3G与传统SDH组成的传输网有两个完全不同的网络平面，3G完成业务层ATM信元的交换、调度和汇聚，然后再经SDH设备进行透明传输。这样SDH将为每一个接入的业务分配一条固定带宽的专有电路，整个的SDH传输容量被分割为无数根相互独立的细管道。

　　由于SDH是TDM的固定带宽分配，不能动态分配带宽，是专为话音设计的，对于ATM，FE/GE，IP以及承载移动通信的分组数据业务时成本高，尤其是以太网业务和突发IP业务。

　　当然SDH技术可以作为3G无线接入传输的近期的解决方案，因为它经济、成熟，运营商可以充分利用已有的SDH网络资源，节省投资。它与IP的融会可采用PoS(IP over SDH)三种方式，还可利用DWDM或CWDM(粗波分复用)网络进行扩容，满足3G对带宽的需求。

　　3.MSTP及RPR(弹性分组环路)组网技术

　　近年来随着互联网的发展，城域网接入上出现了大量可变比特率和任意速率的数据业务，传统的SDH系统TDM却不能有效地对其进行传输。多业务传输平台(MSTP)通过使用虚级联技术(VC)和GFP(通用成帧协议？ITU-T G.7041建议)及链路容量调整方案(LCAS-ITU-T G.7042建议)实现高效的封装，实现了带宽的动态分配；由于它标准化完善，为各厂家互联互通打下了基础，这就是在SDH的业务接入处建一个统一的物理平台即多业务传输平台(MSTP)，同时实现TDM、ATM、IP、以太网等业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点。它将SDH的高可靠性、严格的QoS和ATM的统计复用以及IP网络的带宽共享特征集于一身，针对不同服务质量业务提供最佳传送方式，因此MSTP成为现阶段主流城域网技术的基础，在电信宽带IP城域网建设中发挥重要作用。

　　MSTP在3G应用中，不但可以提供传统的TDM业务传输和数据业务的综合接入，还可以提供完善的ATM汇聚/交换，二层以太网的汇聚/交换，有效地保护现有2G传输网的投资，充分利用稳定的SDH技术和产品。这是由于MSTP继承SDH的技术优势、技术成熟和稳定可靠，建设综合传输网可降低建设与运维成本，网络生存性、可靠性强，移动运营商已有丰富SDH网络资源并有SDH运营和管理经验。

　　国内外多家厂商可提供MSTP第三代产品，MSTP也可以在SDH不同层次的速率和等级设备上实现，其设计特点、功能效用和部署成本则各不相同。有的移动运营商在2G的网络中已建有1OGb/s的SDH系统，从目前的实际产品看，10Gb/s系统的MSTP功能主要是提供高速数据业务端口(如GE接口)的接入、封装、映射和点到点传送，包括使用VC(虚)级联和LCAS技术，以保证高速数据业务在传输核心层传送的效率和可靠性。而(622Mb/155Mb)/s系统由于业务容量和系统成本的限制，其MSTP功能主要是以业务透传或交换的方式完成较低速率的数据业务接入、汇聚和上联，应用较为简单。

　　3G传输网络采用MSTP，只有根据运营商自身现有的网络、目前的业务需求以及今后的业务定位，平衡技术和产品的先进性以及投资额度和能确保的投资效益，才能够遴选出最为理想的MSTP的产品和技术的组合。最合适的MSTP解决方案，有助于更好地利用和部署该项技术和产品。

　　提出MSTP的初衷是为了利用成熟可靠的SDH技术，是保护运营商SDH设备投资，并满足日益增长多种业务接入的需求。由于SDH技术中TDM时分复用，固定带宽分配，使用VC映射、复用和交叉连接的机制并没有改变，以话音为主、数据为辅的特点和现状也没有改变，因此它的带宽利用率大大低于RPR(弹性分组环)。

　　RPR技术是一种在环形结构上优化数据业务传送的新型MAC层协议，能够适应不同等级的服务和基于不同等级的环网的保护功能，可有效地传送话音、数据、图像等多种业务，尤其是在话音传送的同时能有效地支持具有突发的IP业务，带宽可以统计复用，它融合了以太网技术的经济性、灵活性、可扩性等特点，同时吸收了SDH环网的50ms快速保护的优点，并具有再拓扑的自动发现机制、公平分配、严格的业务分类(CoS)等技术优势，这是MSTP不具备的。国内外运营商已在城域网成功的采用了RPR技术。同时RPR标准化已很完善，没有SDH资源的移动运营商也可考虑采用独立的RPR技术。但RPR技术也有其局限性，在跨环传输时QoS性能不能得到保证，但通过MPLS(多协议标记交换)可较好的解决。

　　当然采用MSTP，还可通过内嵌的RPR或外挂RPR发挥RPR的优势，实现了对分组业务更好的公平性、环路带宽共享、环路保护和MSTP设备良好的可扩展性和多业务支持能力，可以满足3G目前和日后的演进要求，双重保护机制可大大提高3G业务的可靠性，因此笔者认为MSTP是目前3G传输网的最佳选择。
作者：范忠礼   来源：中国联通网站