面向WCDMA网的传输网络建设

1、WCDMA系统结构

　　WCDMA系统主要由无线接入网络(UTRAN)和核心网(CN)组成。UTRAN主要由基站Node B和无线网络控制器RNC来组成，其主要是负责处理与无线接入相关的功能，而CN主要由电路域的移动交换中心/拜访位置寄存器MSC/VLR及关口移动交换中心GMSC和分组域的服务GPRS支持节点SGSN及网关GPRS支持节点GGSN等组成，其主要负责处理语音呼叫及数据连接与外部网络的交换与路由等功能。基本结构如图1所示。

图1　R4基本网络结构

　　1.1　R4基本网络结构

　　R4版本中CS域的功能实体包括有：MSC服务器、MGW、VLR、HLR、AuC、EIR等，在实际应用中一些功能可能会结合到同一个物理实体中，如MSC/VLR、HLR/AuC等，使得某些接口成为内部接口。MSC服务器和MGW共同完成MSC功能，其中：MSC服务器仅用以处理信令，媒体网关(MGW)用于处理用户数据。对应的GMSC也分成GMSC服务器和MGW。

　　1.2　WCDMA传输接口及带宽

　　1.2.1　WCDMA业务侧接口及带宽

　　WCDM业务侧的接口及带宽如表l所示。

表1　WCDMA业务侧接口及带宽

接口名称	接口说明	接口类型/带宽
Iub	Node B至RNC之间	IMA n×E1和STM-1接口
Iur	RNC至RNC之间	El/STM-1
Iu-PS	RNC至MSC	E1/STM-l
Iu-CS	SGSN之间	ATM/STM-4 ATM
Iu-CS	RNC至MGW之间	E1/STM-1的TDM接口
Iu-PS	RNC至SGSN之间	GE/FE接口
PSTN网关接口		E1/STM-1的TDM接口
数据网网关接口		STM-1/4的ATM、POS和FE

　　1.2.2　与2G或2.5G系统传输带宽的比较

　　3G基站到基站控制器之间提供的接口为可选的2Mbit/s和155Mbit/s，而传统的2G提供的都是2Mbit/s的接口。另外，从业务颗粒而言，对于3G业务而言，除了2Mbit/s之外，还可提供N×2Mbit/s的业务。因此，3G新业务的引入对于传输网的带宽需求相对2G或2.5G系统而言增加很多。

　　1.3　传输网络承载的业务

　　1.3.1　面向3G的传输网承载的主要业务

　　3G网络建成后，需要本地传输网承载的主要业务有以下几大类。

　　(1)以2G、3G电路网为主要承载网络的移动话音业务；

　　(2)以CMNET为主要承载网络的各种固定数据业务；

　　(3)以GPRS、3G分组域网络和CMNET为主要承载网络的移动数据业务；

　　(4)同步、信令和网管等支撑网所需电路；

　　(5)企业内部信息化所需的传输电路等。

　　1.3.2　与2G或2.5G系统承载业务的比较

　　在3G业务中，除了传统的语音业务外，最主要的业务是数据类业务，如多媒体流、通用上网、消息类服务、定位服务和基于商务和个人的特有服务等等。由此表明，在3G传输网络的承载业务中，不但要承载已有的2G或2.5G的业务，而且要承载新型高速的3G业务，即不但要求高带宽，而且要求高的带宽利用率和强大的多业务处理能力；既要有严格保证业务质量的TDM方式，又要有充分利用带宽和传输效率的分组方式如ATM和FE/GE等。

　　从上面的描述中我们看到，3G网络相对于2G网络而言，不但在带宽需求、业务种类等方面，而且在网络的传输接口上都有着与2G网络截然不同的特性，而所有这些特性将对于如何建设合理、高效和安全的3G传输网络起着至关重要的作用。

2、3G传输网络建设规划

　　2.1 3G传输网络带宽需求计算

　　话务模型：以WCDMA商用初期的10O万用户系统建设为例。

　　假设负载为70%、话音业务80%、数据业务20%(数据业务包括高速通用上网、E-mail、Telnet/FTP、多媒体短信、移动办公、位置业务等)。

　　RNC-Node B带宽计算

　　总带宽：W_总=N×(U×W₂×c+V×W₃)。

　　参数说明：

　　N为配置的小区数量，如3扇区，且4载频/扇区，则N为12；

　　U为每小区配置的话音用户数量，可取50；

　　W₂为话音用户的数据速率取12.2kbit/s，其他数率7.95kbit/s，4.75kbit/s；

　　c为话音激活因子，取为0.5～0.67(一般取0.67)；

　　V为每小区配置的数据用户数量，取值范围1～5；

　　W₃为数据用户的数据速率，按不同区域边缘允许接入模型64kbit/s，128kbit/s，144kbit/s可选；

　　a为El上ATM的用户数据的传输效率，一般取为0.7kbit/s；

　　W_E1为每路E1的传输速率，E1为2048kbit/s。

　　举例如下。

　　(1)总带宽：W_总=N×(U×W₂×c+V×W₃)

　　3×2=6载频基站：

　　W_总1=6×(610k×0.67+144k)=3316k

　　W_总1=6×(610k×0.67+144k×5)=6762.2k

　　W_总2=6×(610k×0.67+384k×5)=13972.2k

　　3×1=3载频基站：

　　W_总1=3×(610k×0.67+144k)=1347k

　　W_总1=3×(610k×0.67+144k×5)=3381.1k

　　W_总1=3×(610k×0.67+384k×5)=6986.1k

　　(2)单根El链路的有效带宽；W_link=a×W_E1。

　　公式中：a为E1上ATM的用户数据的传输效率，一般取为0.7kbit/s；

　　W_E1为每路E1的传输速率，E1为2048kbit/s。

　　W_link=0.7×2048kbit/s=1433.6kbit/s

　　(3)根据前述两个公式可得El配置原则

　　N_E1=总带宽/单位链路带宽=W_total/W_link

　　公式中：N_E1是需要El的数目

　　3×2=6载频基站：

　　N_E11(1个144kbit/s数据用户)=W_totall/W_link=3316kbit/s/1433.6kbit/s　=3

　　N_E12(5个144K数据用户)=W_total2/W_{link=6762.2kbit/s/1433.6kbit/s=5}

　　N_E13(5个384kbit/s数据用户)=W_total3/W_link=13972.2kbit/s/1433.6kbit/s=10

　　3×1=3载频基站：

　　N_E11(1个144k数据用户)=W_total1/W_link=1347kbit/s/1433.6kbit/s=1

　　N_E12(5个144k数据用户)=W_total2/W_link=3381.1kbit/s/1433.6kbit/s=3　　

　　N_E13(5个384数据用户)=W_total3/W_link=6986.1kbit/s/1433.6kbit/s=5

　　1×1=1载频基站：

　　N_E11(1个144K数据用户)=W_total1/W_link=447kbit/s/1433.6kbit/s=1

　　N_E12(5个144K数据用户)=W_total2/W_link=845kbit/s/1433.6kbit/s=1

　　N_E13(5个384数据用户)=W_total3/W_link=1774kbit/s/1433.6kbit/s=2

　　(4)结论(见表2)

表2　3G传输网络带宽需求

	初期	中期(3年)	远期(5年)
城区	3×2站型，3个El	3×2站型，5个E1	3×2站型10个E1
郊区/乡镇	3×l站型1个E1	3×1站型，3个E1	3×l站型，5个El
农村/偏远地区	1×l站型，1个El	1×1站型，1个E1	1×1站型，2个E1
少数密集城区	3×4站型，4个E1	3×4站型，10个E1	3×4站型，16个E1

　　*传输网以3年为规划的主要方式，接入Node B节点满足最多的3×1基站，按照传输网通常的使用率，绝大部分基站配置4个El的带宽预留。

　　*关键是在网络结构的弹性上提供对远期的扩容支持，特别是接入层节点。

　　2.2　2G城域传输网络现状

　　当前，大多数移动城域传输网形成了三层网络结构，即：核心层、汇聚层和接入层。各层面的网络建设重点、安全性考虑、组网结构均有差异，工作侧重点也有所不同。

　　核心层传输节点一般设置在TMS、GMSC、MSC等设备所在节点或GGSN、SGSN等移动数据设备所在节点，负责提供各业务节点之间的传输电路以及完成与省内干线传输网的链接。由于核心层传输节点之间大多是经过汇聚之后的传输电路，传输电路颗粒较大或高阶VC的填充率较高，因此主要采用WDM、10G/2.5Gbit/s的SDH设备进行组网。由于安全可靠性要求很高，核心层必须采用环型结构，该层面的网络保护机制采用两纤或四纤复用段保护方式。每个城域网至少有一个核心层节点与省网衔接，如果条件允许，省会城市、重点城市应设置两个核心层节点与省网衔接。

　　汇聚层主要由位于基站接入汇聚节点和数据汇聚点的传输设备组成。汇聚层负责一定区域内业务的汇聚和输导，要求能够提供强大的业务汇聚能力。根据汇聚层的电路需求特点，该层传输网应以2.5Gbit/s的SDH和MSTP设备为主并辅以少量的622M/155Mbit/s设备进行组网，环型子结构中的节点数目在3～6个之间为宜，主要取决于其下挂的接入层网络的电路需求。在采用环型结构建设汇聚层时，每个环中一般有两个节点是核心层节点。

　　接入层又位于基站、营业厅、数据业务接入点及其他业务接入点的传输设备组成，负责将业务接入到各汇聚层节点。接入层各子结构一般由1～2个汇聚层传输节点加上多个接入层传输节点组成。该层主要采用622M/155Mbit/s的SDH技术和MSTP设备、PDH技术、微波技术、3.5GHz无线接入技术和其他无线接入技术来解决多种业务的接入问题。多数采用环型结构，附加少量星型、树型或链型结构，由于该层业务呈明显的汇聚特点，在采用环型结构时采用通道保护方式。

　　2.3　适用于3G的传输网络结构

　　3G传输网络需提供的电路主要由以下两部分组成。

　　2.3.1　核心网设备间电路需求

　　主要从三方面考虑，分别是话路业务的电路需求、数据业务的电路需求和信令信号的电路需求。其中信令信号对电路带宽的需求较小且信号流向一般和话路业务的流向基本一致，因此，在考虑核心网设备的传输电路需求时，可以将信令信号的传输路由归入到话路业务统一考虑，即不再为信令信号单独设置传输路由(本地MSCserver如果和HLR不在同一机房则需要单独考虑)。

　　建网初期，如果RNC设置在本地，而MGW及其他核心网设备设置在省会或其他城市，期间的各种业务则主要通过二干电路转接。如果RNC与核心网设备设置在同一局址，则在局内设备直接相连即可，无需传输提供电路；如果RNC与其他核心网设备设置在不同局址，则需本地传输系统解决。

　　2.3.2　基站接入电路需求

　　3G基站的接入，主要指Node B设备至RNC设备的传输电路(即Iub接口电路)。通常情况下，Node B设备放置在基站机房，RNC设备放置在本地交换局机房。因此，需要传输网来提供其间的传输电路。

　　根据3G网络的电路需求及城域传输网的分层结构，3G传输网也应按照接入层、汇聚层和核心层三层来划分。考虑到3G网络的结构(即由UTRAN和CN组成)，同时兼顾到Node B、RNC、MSC等核心设备节的实际设置的位置和数量等，可分配不同的3G业务节点到不同的传输层面中去。如RNc和MSC通常位于同一机房，而且数量也相差不大，因此可将RNC和MSC等一起归并到3G传输网的核心层，而Node B数量较大，且分布比较分散，这样可将3G业务从Node B到RC之间的传输归并到3G传输网的接入层和汇聚层之中。3G传输网分层详见图2。

图2　3G传输网分层

　　2.4　适用于由2G向3G传输网络逐步演进的传输方式

　　方式一：2Mbit/s互连(见图3)

图3　2M互连

　　优点：此时IMA El信号在3G传输网的接入层和汇聚层不经过任何IMA的处理，而把IMA El的终结功能直接放置在RNC节点上进行，也即Node B到RNC，RNC到RNC之间只需提供透明传输，原有网络基本不需要升级，可充分利用现有的SDH传输网络承载3G。

　　缺点：由于RNC点少，容量大(50～100万用户)，导致2M接口过多产生维护上的不便；数据业务在SDHTDM传送方式下，效率不高，带宽浪费严重；随着数据业务的迅速发展、网络带宽不断增加，传输网络需要不断面临扩容、升级压力。

　　方式二：STM-l互连(见图4)。

图4　STM-1互连

　　优点：此时Node B直接采用STM-l(ATM)接口接入业务，而需要接入层的MSTP设备节点采用VP-Ring的方式来在各个接入点之间共享传输带宽。该种方案的一个优点是在3G业务迅速增长时系统升级方便；在接入层就可以实现ATM的统计复用，带宽利用率高；RNC上使用STM-1接口，对RNC的要求低；Node B扩容方便；MSTP组网很容易过渡到IP接口。

　　缺点：但由于Node B比较分散且数量较多(原有接入层传输设备都需升级)，而且要求RNC需要提供大量的STM-1(ATM)接口，这样，3G网络的初期建设将会显著增加成本的投入，因此，该方案在3G传输网络建设的初期不宜推广，但在3G业务量很大的局部地域，可采用该种方式的组建方案。

　　方式三：RNC提供STM-l，Node B提供El(见图5)。

图5　RNC提供STM-1，NodeB提供E1

　　优点：只需在汇聚节点进行ATM处理，RNC只需提供STM-1(ATM)，相对于IMA E1接口，同样可以降低RNC的制造成本和维护成本。在接入层都采用IMA E1的透传方式，传统2G基站的接入SDH仍然可以使用，不需要额外的改造。另外，在汇聚层IMA El终结后，采用VP-Ring共享环的方式在各个汇聚节点共享固定的时隙，可充分提高传输带宽的利用率。

　　基于上述分析，在建网初期，SDH传输网络容量比较富余的情况下，可选择方式一满足需求；随着基站El数量的逐步增加，传输网可向方式三进行过渡，此为最经济可行并有利于未来演进的建设方案。

3、移动传输网面对3G的建议

　　(1)传输省干、城域传输网骨干结构可能因大容量RNC的出现而发生根本性的改变，但存在不确定因素，可通过网络结构优化来提前考虑所可能面临的问题。

　　建议开始考虑部分小本地网之间省二干传输和城域传输网的衔接，视3G建设进展情况考虑整改省干网络。

　　(2)接入层PDH设备和微波的容量使用情况(室内分布、专线业务等)，需要对全网的3G支持需要仔细考虑，提前规划。

　　建议提前规划提供中远期带宽需求，或者提前整改现网支持初期带宽需求并为中远期整改做好考虑。

　　(3)如果考虑到国外厂家的3G网络特征，ATM汇聚和共享功能在现网上应有所考虑。

　　建议新增的传输设备为MSTP设备，支持ATM汇聚与共享等多种功能