聯通3G數據承載網的發展與演進探討
http://m.dcyhziu.cn 2007/6/5 源自:中華職工學習網 【字體：
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在當前主流的三大3G移動標準中,中國聯通擁有GSM和CDMA兩張全國的移動運營網絡,有必要對這兩張網絡向3G演進過程中的無線、交換、數據等涉及的技術問題和演進方向進行深入細致的研究和探討。本文立足于面向3G數據承載網所面對的挑戰和技術問題進行嘗試性地探討,希望與業內和聯通同仁分享。
一、 WCDMA與CDMA2000 EV-DO的技術框架
中國聯通目前擁有GSM和CDMA兩種制式的網絡,從技術演進策略來看,3G的技術選擇將存在WCDMA和CDMA EV-DO兩種演進趨勢。
1、WCDMA的總體技術框架(R99版):WCDMA系統是IMT-2000家族的一員,它由CN(核心網)、UTRAN(UMTS陸地無線接入網)和UE(用戶裝置)組成。UTRAN 和UE采用WCDMA無線接入技術,CN與UTRAN的接口定義為Iu接口,UTRAN與UE的接口定義為Uu接口。目前,WCDMA系統標準的R99版本已經基本穩定,其R4、R5和R6版本還在緊鑼密鼓的制訂中。
2、CDMA2000 EV-DO的技術框架(聯通HRPD系統參考模型):隨著移動通信技術的發展,中國聯通CDMA數字蜂窩移動通信網絡不斷升級,從第一階段的IS95A增強型網絡升級到第二階段的CDMA 1X網絡。下一步,網絡將升級到中國聯通800MHz CDMA 增強型1X數字蜂窩移動通信網(以下簡稱“中國聯通CDMA 增強型1X網絡”),中國聯通CDMA 增強型1X網絡包括CDMA 1X網和高速分組數據HRPD網。網絡分為核心網和無線接入網兩個層面,其中核心網分為1x的電路域和分組域;接入網分為1x無線接入部分和HRPD無線接入兩部分。
二、 聯通3G對數據承載網技術與業務需求
總體要求
多業務支持能力:傳統的2G移動網絡和傳輸網絡基于電路交換;WCDMA R99/R4商用化版本目前采用ATM協議, 3G網絡的發展趨勢是全IP化,因此在相當長的一段時間內,電路交換業務和分組業務將在網絡中并存,需要傳輸網絡在支持傳統電路交換業務的同時,也同樣能夠支持日益增長的分組業務;
良好的擴展性:隨著3G技術的發展和業務的開展,可以預見移動數據業務的份額以及移動總業務量會有較大的增長,這需要傳輸網絡具有在能夠滿足大容量傳輸的基礎上,能夠具有良好的可擴展性,以更好地保護原有網絡投資;
業務收斂匯聚能力:3G業務的帶寬需求主要來源于移動數據業務,數據業務具有流量不確定和突發等特性,因此3G傳輸網絡應該具備業務的收斂匯聚能力,以保證有效利用傳輸網的帶寬,節省網絡建設的投資;
網絡可靠性:3G業務包括移動數據業務和話音業務,可靠性要求高于一般的數據網絡,因此3G傳輸網絡必須具有電信級的保護能力,提供較高的可靠性;
可管理性:隨著3G業務的開展和網絡的廣覆蓋,3G傳輸網絡將逐漸演進為龐大的多業務傳送網絡,良好的管理能力將有效節約網絡的運營維護成本。
無線接入的帶寬需求
WCDMA制式下,Iub作為Node B到RNC的業務接口,接口類型包括 E1、N×E1 IMA、STM-1(承載ATM)等幾種;R5以后版本可能直接為FE接口。按照話務預測模型,Node B對應Iub接口總的帶寬為W= Ncell×(Nuser×Ev×6.22k+Nuser×Ecs×64k+Nuser×Vps)×(1+Osig+Oo&m)×(1+Q)/(1/Y)
其中Ncell表示小區數;單載頻全向基站為1個小區;單載3扇基站為3個小區;2載3扇基站為6個小區;以此類推;
Nuser為小區內的放號用戶數;
Ev為每用戶話音愛爾蘭數
Ecs為每用戶可視電話愛爾蘭數
Vps為每用戶平均數據速率
Osig為控制信令的開銷,取10%
Oo&m為邏輯和物理操作維護等的開銷,取5%
Q為ATM傳輸產生的開銷,10%
Y為負荷因子,取80%
其中12.2k話音業務的帶寬,假設60%的激活因子,說話過程中假設10%處于靜默狀態,需要傳遞SID幀,可以得出帶寬為6.22k
根據業務經驗預測模型,可以推算出基于R99版本下,3G建設初期、中期和遠期Node B對應的Iub帶寬分別對應為:1-4E1(初期)、1-8E1(中期)、1-12E1(遠期)。
CDMA EV-DO制式下,CDMA網BTS-BSC之間業務和信令的Abis接口,語音采用PCM格式E1接口、數據采用IMA E1方式傳送,但不同廠商在具體實現方式仍存在差異。在BSC側,有些廠商僅支持ATM E1的電接口模式;有些廠商支持ATM E1電口和ATM STM-1光接口兩種方式,同時支持ATM 的IMA n*E1的接入模式。在接入帶寬的預測模型上,各廠家模型也各不相同。下面以三星公司設備為例,EV-DO基站對應E1數量計算方式如下:
EV-DO單載波單扇區物理層吞吐量:840Kbps(Samsung仿真)
每扇區RLP層吞吐量:840Kbps*0.8=670Kbps
E1 電路中RLP層最大傳輸能力:1.3Mbps(去除E1的信令通道開銷、
ATM信元開銷、Oo&m維護管理等開銷)
1FA/3Sector:( 3Sector*670Kbps)/ 1.3Mbps=1.54E1(2E1)
2FA/3Sector:( 6Sector*670Kbps)/ 1.3Mbps=3.09E1(4E1)
3FA/3Sector:( 9Sector*670Kbps)/ 1.3Mbps=4.63E1(5E1)
因此,CDMA EV-DO無線接入部分對傳送網的需求一般情況為2個E1到5個E1,如果再考慮現網CDMA 1x的覆蓋對傳送網的需求為1個E1到3個E1的情況,二者合計為3個E1—8個E1。
由此得到WCDMA和CDMA2000兩種制式下,無線接入部分的帶寬需求,同時考慮聯通CDMA EV-DO與今后WCDMA共站與不共站的情況如表1所示。
* 核心網的帶寬需求
在核心網的功能劃分上,無論是WCDMA還是CDMA EV-DO均采用了分組域與電路域分離的模式。其中:
WCDMA技術體系下,由于RNC朝大容量趨勢發展,中等城市只需設置1~2個RNC,并常常與MSC位于同一機房,在傳送網組網時可將RNC和MSC統一規劃到骨干層;骨干層承擔RNC、MSC、GMSC、SGSN、GGSN間的傳送。其中,Iu-cs作為RNC到MSC的電路域接口,接口類型為STM-1/STM-4(承載ATM),有時也用E1接口; Iu-ps作為RNC到SGSN的分組域接口,接口類型為STM-1/STM-4(承載ATM),有時也用E1接口; Iur作為RNC之間的接口,接口類型為E1 /STM-1; G作為包括MSC、VLR、HLR和GGSN、SGSN之間的多種互連接口,包括STM-1/STM-4(承載ATM、TDM)、FE/GE、E1等類型。
CDMA EV-DO技術體系下,不同廠商在核心網設備的設計上有不同的考慮,有的廠商BSC朝著大容量的方向發展,如朗訊公司;有的廠商則通過采用小容量BSC可堆疊擴容的方式設計,如三星公司。在核心分組域中BSC-PCF之間信令和業務A8/A9接口采用ATM155M(BSC和PCF往往同一套設備)、PCF-PDSN之間A10/A11接口采用FE/GE接口類型。
一、 WCDMA與CDMA2000 EV-DO的技術框架
中國聯通目前擁有GSM和CDMA兩種制式的網絡,從技術演進策略來看,3G的技術選擇將存在WCDMA和CDMA EV-DO兩種演進趨勢。
1、WCDMA的總體技術框架(R99版):WCDMA系統是IMT-2000家族的一員,它由CN(核心網)、UTRAN(UMTS陸地無線接入網)和UE(用戶裝置)組成。UTRAN 和UE采用WCDMA無線接入技術,CN與UTRAN的接口定義為Iu接口,UTRAN與UE的接口定義為Uu接口。目前,WCDMA系統標準的R99版本已經基本穩定,其R4、R5和R6版本還在緊鑼密鼓的制訂中。
2、CDMA2000 EV-DO的技術框架(聯通HRPD系統參考模型):隨著移動通信技術的發展,中國聯通CDMA數字蜂窩移動通信網絡不斷升級,從第一階段的IS95A增強型網絡升級到第二階段的CDMA 1X網絡。下一步,網絡將升級到中國聯通800MHz CDMA 增強型1X數字蜂窩移動通信網(以下簡稱“中國聯通CDMA 增強型1X網絡”),中國聯通CDMA 增強型1X網絡包括CDMA 1X網和高速分組數據HRPD網。網絡分為核心網和無線接入網兩個層面,其中核心網分為1x的電路域和分組域;接入網分為1x無線接入部分和HRPD無線接入兩部分。
二、 聯通3G對數據承載網技術與業務需求
總體要求
多業務支持能力:傳統的2G移動網絡和傳輸網絡基于電路交換;WCDMA R99/R4商用化版本目前采用ATM協議, 3G網絡的發展趨勢是全IP化,因此在相當長的一段時間內,電路交換業務和分組業務將在網絡中并存,需要傳輸網絡在支持傳統電路交換業務的同時,也同樣能夠支持日益增長的分組業務;
良好的擴展性:隨著3G技術的發展和業務的開展,可以預見移動數據業務的份額以及移動總業務量會有較大的增長,這需要傳輸網絡具有在能夠滿足大容量傳輸的基礎上,能夠具有良好的可擴展性,以更好地保護原有網絡投資;
業務收斂匯聚能力:3G業務的帶寬需求主要來源于移動數據業務,數據業務具有流量不確定和突發等特性,因此3G傳輸網絡應該具備業務的收斂匯聚能力,以保證有效利用傳輸網的帶寬,節省網絡建設的投資;
網絡可靠性:3G業務包括移動數據業務和話音業務,可靠性要求高于一般的數據網絡,因此3G傳輸網絡必須具有電信級的保護能力,提供較高的可靠性;
可管理性:隨著3G業務的開展和網絡的廣覆蓋,3G傳輸網絡將逐漸演進為龐大的多業務傳送網絡,良好的管理能力將有效節約網絡的運營維護成本。
無線接入的帶寬需求
WCDMA制式下,Iub作為Node B到RNC的業務接口,接口類型包括 E1、N×E1 IMA、STM-1(承載ATM)等幾種;R5以后版本可能直接為FE接口。按照話務預測模型,Node B對應Iub接口總的帶寬為W= Ncell×(Nuser×Ev×6.22k+Nuser×Ecs×64k+Nuser×Vps)×(1+Osig+Oo&m)×(1+Q)/(1/Y)
其中Ncell表示小區數;單載頻全向基站為1個小區;單載3扇基站為3個小區;2載3扇基站為6個小區;以此類推;
Nuser為小區內的放號用戶數;
Ev為每用戶話音愛爾蘭數
Ecs為每用戶可視電話愛爾蘭數
Vps為每用戶平均數據速率
Osig為控制信令的開銷,取10%
Oo&m為邏輯和物理操作維護等的開銷,取5%
Q為ATM傳輸產生的開銷,10%
Y為負荷因子,取80%
其中12.2k話音業務的帶寬,假設60%的激活因子,說話過程中假設10%處于靜默狀態,需要傳遞SID幀,可以得出帶寬為6.22k
根據業務經驗預測模型,可以推算出基于R99版本下,3G建設初期、中期和遠期Node B對應的Iub帶寬分別對應為:1-4E1(初期)、1-8E1(中期)、1-12E1(遠期)。
CDMA EV-DO制式下,CDMA網BTS-BSC之間業務和信令的Abis接口,語音采用PCM格式E1接口、數據采用IMA E1方式傳送,但不同廠商在具體實現方式仍存在差異。在BSC側,有些廠商僅支持ATM E1的電接口模式;有些廠商支持ATM E1電口和ATM STM-1光接口兩種方式,同時支持ATM 的IMA n*E1的接入模式。在接入帶寬的預測模型上,各廠家模型也各不相同。下面以三星公司設備為例,EV-DO基站對應E1數量計算方式如下:
EV-DO單載波單扇區物理層吞吐量:840Kbps(Samsung仿真)
每扇區RLP層吞吐量:840Kbps*0.8=670Kbps
E1 電路中RLP層最大傳輸能力:1.3Mbps(去除E1的信令通道開銷、
ATM信元開銷、Oo&m維護管理等開銷)
1FA/3Sector:( 3Sector*670Kbps)/ 1.3Mbps=1.54E1(2E1)
2FA/3Sector:( 6Sector*670Kbps)/ 1.3Mbps=3.09E1(4E1)
3FA/3Sector:( 9Sector*670Kbps)/ 1.3Mbps=4.63E1(5E1)
因此,CDMA EV-DO無線接入部分對傳送網的需求一般情況為2個E1到5個E1,如果再考慮現網CDMA 1x的覆蓋對傳送網的需求為1個E1到3個E1的情況,二者合計為3個E1—8個E1。
由此得到WCDMA和CDMA2000兩種制式下,無線接入部分的帶寬需求,同時考慮聯通CDMA EV-DO與今后WCDMA共站與不共站的情況如表1所示。
* 核心網的帶寬需求
在核心網的功能劃分上,無論是WCDMA還是CDMA EV-DO均采用了分組域與電路域分離的模式。其中:
WCDMA技術體系下,由于RNC朝大容量趨勢發展,中等城市只需設置1~2個RNC,并常常與MSC位于同一機房,在傳送網組網時可將RNC和MSC統一規劃到骨干層;骨干層承擔RNC、MSC、GMSC、SGSN、GGSN間的傳送。其中,Iu-cs作為RNC到MSC的電路域接口,接口類型為STM-1/STM-4(承載ATM),有時也用E1接口; Iu-ps作為RNC到SGSN的分組域接口,接口類型為STM-1/STM-4(承載ATM),有時也用E1接口; Iur作為RNC之間的接口,接口類型為E1 /STM-1; G作為包括MSC、VLR、HLR和GGSN、SGSN之間的多種互連接口,包括STM-1/STM-4(承載ATM、TDM)、FE/GE、E1等類型。
CDMA EV-DO技術體系下,不同廠商在核心網設備的設計上有不同的考慮,有的廠商BSC朝著大容量的方向發展,如朗訊公司;有的廠商則通過采用小容量BSC可堆疊擴容的方式設計,如三星公司。在核心分組域中BSC-PCF之間信令和業務A8/A9接口采用ATM155M(BSC和PCF往往同一套設備)、PCF-PDSN之間A10/A11接口采用FE/GE接口類型。
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