基于对3G移动通信网基站接入传输需求分析

文章基于对3G移动通信网基站接入传输需求的分析，对3G移动网基站的接入方案进行了分析论述，对3G基站传输网的初期建设提出了建议。

1、引言

第三代移动通信（3G）的发展经历了体制标准选择、颁发牌照数量的困惑后，到今年已发展到设备规模开发、网络规模测试、业务应用、产业发展以及网络建设规划等阶段。而在整个移动通信网络规划中，作为基础网络的传输网络规划，将是影响业务开通、成本高低、网络质量和扩展性的关键因素。因此，3G移动通信网所需传输网络规划和建设在整个3G网络发展中扮演着重要角色。

目前，3G移动网络技术包括WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA三种网络制式，网络分别由核心网和无线网构成。WCDMA商用版为R99和R4版本，其中，R99版本增加PS分组数据业务，由SCSN和GGSN通过高速以太网接口或POS连接构成全IP分组交换网络；无线网部分Node B与RNC之间通过ATM技术连接，语音业务和数据业务以ATM信元承载。R4版本无线网部分和核心网PS分组域与R99相同，只是在CS电路域采用了控制（MSC Sever）与交换平面（MGW媒体网关）完全分开的方式，MGW可进行TDM、ATM和IP三种方式的业务交换。TD-SCDMA在接口和传输模式上与WCDMA区别不大，只是在无线部分的实现方式上存在差别。CDMA2000制式目前主要指CDMA2000 EV-DO，其传输模式与WCDMA基本相同。三种体制在技术原理、无线频率、空中接口、覆盖范围、网络容量、业务实现等方面各有优势，其在网元设置和功能划分实现上，也各有特点，这里不再一一赘述。但从传输的角度看，在移动通信网络结构中，三种制式各网元接口和接口属性上均是采用分组化的方式进行传送，这是它们的共同发展方向。而在网络的分层分割承载方面，无论是WCDMA、CDMA2000还是TD-SCDMA，3G移动通信网络的逻辑网络结构可以统一为两个层次：接入网络层（UTRAN）和核心网络层（CN）。3G传输网主要承担从UTRAN到CN的业务汇聚，以及CN中的业务传送。本文分析了3G移动通信网传输电路需求，并对3G基站接入的传输网络规划的共性问题进行探讨。

2、3G移动通信网需求传输电路分析

3G移动通信网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传输网络分为两部分：第一部分为骨干传输网络，用以解决3G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，用以解决3G无线接入网的业务传送，属于城域网/本地网的范围。

2.1　核心网对骨干传输的要求

3G核心网对传输的需要包括核心网元间、核心网以及无线接入网基站控制器间的需求，主要指大颗粒的STM-1、FE/GE/POS等传送需求，它们具有大颗粒、大带宽、居间流向简单、对可靠性要求高等特点，主要由省内、省际干线传送。

目前，省内、省际干线传送网采用的技术主要是SDH和WDM（部分SDH具有MSTP功能），能提供从E1到STM-16等电路速率的传送。考虑到核心网元大容量设置的趋势，在一般的省、自治区范围内，其中心局址较少，且业务流向较为简单，目前省内、省际干线从设备和结构上基本可以满足3G业务的需求，因此，仅从网络容量上扩容即可，而在业务量大的省和省际干线上，则可以考虑适当引入网状结构的ASON网络。

2.2　3G接入网对传输接入层的要求

该部分电路主要指基站至基站控制器，一般由本地传输网（含城域传送网）传送。其中，基站至基站控制器间的电路由于基站站点多、分布广、总量大，是传输中需要重点解决的部分。目前，基站控制器和核心网网元有大容量的趋势，在一些地区会出现多个本地网联合组建“大本地网”的情形，因此，在该区域，基站至基站控制器间的电路需通过省内干线来承担。

3G无线基站接入网与2G在业务流向上没有区别，也是相对于中心局房的集中型业务，其网络架构仍可沿用2G网的传输网分层、分割的组网模式。在接口属性上，相对于2G网基站，3G网近期无较大变化，主要以E1接口为主，但随着IP化的进展，未来其接口将会出现以太网IOM/100M等接口。就现有的各种设备性能来看，引入具有数据处理功能的MSTP设备是一个不错的选择，可以采用下文所述的多种接入方式。

在3G接入传输网组网中，需要考虑的另一重要因素是各基站的容量分配以及传输网络的系统容量规划。目前，较为普遍的基站接入需求的容量计算方法是采用假设业务模型算法。以WCDMA网Node B基站的容量需求为例，可得单个基站的容量需求计算过程如下：

假设Node B对应Iub接口，总的带宽W=Ncell×（Nuser×Ev×6.6kb/s+Nuser×Ecs×64b/s+Nuser×Vps）×（1+Osig+Oo&m）×（1+Q）/（1/Y）

其中，Ncell表示小区数；单载频全向基站为1个小区；单载3扇基站为3个小区；2载3扇基站为6个小区；以此类推可知：

◆Nuser为小区内的放号用户数。

◆Ev为每用户话音爱尔兰数。

◆Ecs为每用户可视电话爱尔兰数。

◆Vps为每用户平均数据速率。

◆Osig为控制信令的开销，取10%。

◆Oo&m为逻辑和物理操作维护等的开销，取5%。

◆Q为ATM传输产生的开销，10%。

◆Y为负荷因子，取80%。

◆6.6b/s、64b/s分别是话音、可视电话业务的占用带宽。

假设一个网络初期的话务模型为：

◆小区内的放号用户数Nuser取1000。

◆Ev为每用户话音爱尔兰数，取0.025。

◆Ecs为每用户可视电话爱尔兰数，取0.001。

◆Vps为每用户平均数据速率，取180b/s。

综合以上数据，可以得出几种典型配置的基站传输带宽需求，如表1所示：

表1　WCDMA基站初期带宽需求预测

以此类推，如果假定各时期的话务模型和用户数，则可以得出中远期单个基站的带宽需求预测，如表2所示：

该方案专业分工界面清晰，对数据业务的不确定性、突发性等的处理集中在业务设备侧，采用光纤直连、E1/STM-1静态通路（包括PDH、SDH以及无线微波传输等网络提供的链路）。

◆有部分无线厂家的基站设备可以直接提供STM-1光口直连接入基站控制器，但若光纤直连会浪费光纤，不是网络形态，且维护困难、安全性低，不宜采用。

◆通过信道化的STM-1静态传输，同样存在上述问题，但3G业务在较长时间内存在不确定因素时，带宽会大量空闲致使接口利用率低，不宜采用。

（2）二层数据处理

第二类方案是对基站接入电路作二层处理，进行统计复用、带宽共享，以提高传输效率。目前，业界对这类方案讨论得较多，总的来讲，根据信号处理位置和范围的不同，可以分为以下五种应用方式。

◆方式一。它在局端基站控制器侧增加二层处理设备，对基站信号进行处理，将其转换为大颗粒的接口接入基站控制器，这减少了基站控制器的接口数量，如图2所示。该方式没有解决传输网络的带宽压力，却增加了额外设备、故障点和维护工作量。

◆方式三。它将对数据的二层处理再扩大到传输网汇聚层的汇聚业务节点上。共享汇聚层的带宽，提高汇聚层带宽利用率，减少汇聚层网络带宽建设压力。可采用在汇聚节点单独增加数据处理设备的方法，将接入的基站信号首先接入数据处理设备，进行二层数据收敛带宽，然后接入汇聚层网络。这种处理方式增加了额外设备，同时将传输网络的结构，从信号传输的角度将汇聚层和接入层分离，一方面对现有网络的调整较大并对现有运行电路有所影响，另一方面增加了运行维护地的后期工作量，如图4所示：

◆方式五。相对于方式四，它将对数据的处理在扩大到边缘层MSTP设备上来完成，利用MSTP二层处理功能，汇聚基站信号，并共享传输网带宽，提高带宽传送效率（如图6所示）。当然，另一种方式就是建设单独的数据网络，但我国目前只有少数运营商具有ATM网络，且很不完整，新建几百个甚至上千个点的基站接入覆盖，从经济效益上来看是不现实的，同时也存在着上述方式中存在的问题。

以上方式中，基站电路信号在基站至基站控制器的传输路径上，对数据的二层处理由基站控制器向基站侧逐步推进，随着对数据二层处理得到逐步扩大，对传输电路的利用效率也得到提高。第二类方式的应用重点在于各传输路径共享带宽的分配（即收敛比的取定），它与用户业务应用模型有较密切的关系。

4、基站接入解决方案建议

由以上分析可见，3G需求传输网络规划中，骨干网络的规划相对于2G网无较大地变化，其规划难点在于无线基站接入的传输网络，尤其是引入分组数据业务后对带宽容量的分配考虑。而数据业务的分组特性致使所需传输带宽存在突发性、不可预测性，只能通过业务运营，不断积累经验、校正模型才能得到逐步完善。同时，也需要运营商与ISP、ICP长期不懈努力才能得到广泛的认可和接受，这是一个渐进过程。如果考虑到数据业务是从无到有，从小到大，传输网络将会面临着从低容量、小颗粒、简单结构需求到高容量、大颗粒、复杂结构需求的变化，这就要求传输网络规划应当具有相当强的扩展性，特别是传输网络建设初期，再考虑传输网建设的经济性、高效型的同时，要特别重视传输网络的扩展性、可延续建设，以保持传输网络的稳定发展。

上述各种方式各有特点和适用场合，但考虑到3G运行初期其移动数据业务模型不确定，并且对带宽的需求规模不是很大，故对3G移动网的基站接入问题有如下建议：

（1）总的来讲，建议以基站接口容量的扩展性避免传输网因大规模增加容量而承受的冲击；以传输网络的扩展性，使传输网络建设具有时效性、平稳性、延续性；逐步充分利用传输网MSTP技术对分组数据的处理性能，提高传输带宽的利用效率，共享传输带宽，避免由接入层至汇聚层电路传输容量的直线简单累计，避免造成网络容量庞大。

（2）建议3G无线基站设备传输接口带宽以具备可平滑扩展能力。对分组数据的处理应按站统一，对多个扇区提供复用功能，并使提供的传输带宽接口数量可平滑扩展。比如基站初期可仅提供1～2个E1，后期则根据业务量进行在线传输带宽通道的增加。

（3）建议在3G网络建设初期，对3G基站接入的传送仍以静态链路形式分配带宽以保证业务质量。这时，可以快速部署网络，避免传输网络的较大调整。而对于传输资源较少的新移动运营商，亦可采用这种方式，充分发挥微波传输等无线技术手段建设速度快的优势，快速部署网络。

（4）建议在对中远期网络进行确实预测的基础上，完成传输网络的整体规划，优选MSTP技术组建传输网，尤其是对骨干汇聚层的规划，既要保证传输网建设投资的时效性，又要保证传输网的平稳发展。应积极参与传输网和数据网融合，积累数据业务带宽运维经验，尤其是带宽管理、复用管理等。

（5）建议随着网络规模的增加，逐步进行上述第二类方案运用，根据移动数据业务的发展，逐步扩大采用二层处理功能，提高传输效率，完成以电路业务为主向分组业务为主的平滑过渡。