联通3G数据承载网的发展与演进探讨

在当前主流的三大3G移动标准中,中国联通拥有GSM和CDMA两张全国的移动运营网络,有必要对这两张网络向3G演进过程中的无线、交换、数据等涉及的技术问题和演进方向进行深入细致的研究和探讨。本文立足于面向3G数据承载网所面对的挑战和技术问题进行尝试性地探讨,希望与业内和联通同仁分享。

一、 WCDMA与CDMA2000 EV-DO的技术框架

中国联通目前拥有GSM和CDMA两种制式的网络,从技术演进策略来看,3G的技术选择将存在WCDMA和CDMA EV-DO两种演进趋势。
1、WCDMA的总体技术框架(R99版):WCDMA系统是IMT-2000家族的一员,它由CN(核心网)、UTRAN(UMTS陆地无线接入网)和UE(用户装置)组成。UTRAN 和UE采用WCDMA无线接入技术,CN与UTRAN的接口定义为Iu接口,UTRAN与UE的接口定义为Uu接口。目前,WCDMA系统标准的R99版本已经基本稳定,其R4、R5和R6版本还在紧锣密鼓的制订中。
2、CDMA2000 EV-DO的技术框架(联通HRPD系统参考模型):随着移动通信技术的发展,中国联通CDMA数字蜂窝移动通信网络不断升级,从 论文检测天使-免费论文检测软件http://www.jiancetianshi.com
第一阶段的IS95A增强型网络升级到第二阶段的CDMA 1X网络。下一步,网络将升级到中国联通800MHz CDMA 增强型1X数字蜂窝移动通信网(以下简称“中国联通CDMA 增强型1X网络”),中国联通CDMA 增强型1X网络包括CDMA 1X网和高速分组数据HRPD网。网络分为核心网和无线接入网两个层面,其中核心网分为1x的电路域和分组域;接入网分为1x无线接入部分和HRPD无线接入两部分。


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二、 联通3G对数据承载网技术与业务需求

总体要求
多业务支持能力:传统的2G移动网络和传输网络基于电路交换;WCDMA R99/R4商用化版本目前采用ATM协议, 3G网络的发展趋势是全IP化,因此在相当长的一段时间内,电路交换业务和分组业务将在网络中并存,需要传输网络在支持传统电路交换业务的同时,也同样能够支持日益增长的分组业务;
良好的扩展性:随着3G技术的发展和业务的开展,可以预见移动数据业务的份额以及移动总业务量会有较大的增长,这需要传输网络具有在能够满足大容量传输的基础上,能够具有良好的可扩展性,以更好地保护原有网络投资;
业务收敛汇聚能力:3G业务的带宽需求主要来源于移动数据业务,数据业务具有流量不确定和突发等特性,因此3G传输网络应该具备业务的收敛汇聚能力,以保证有效利用传输网的带宽,节省网络建设的投资;
网络可靠性:3G业务包括移动数据业务和话音业务,可靠性要求高于一般的数据网络,因此3G传输网络必须具有电信级的保护能力,提供较高的可靠性;
可管理性:随着3G业务的开展和网络的广覆盖,3G传输网络将逐渐演进为庞大的多业务传送网络,良好的管理能力将有效节约网络的运营维护成本。

无线接入的带宽需求
WCDMA制式下,Iub作为Node B到RNC的业务接口,接口类型包括 E1、N×E1 IMA、STM-1(承载ATM)等几种;R5以后版本可能直接为FE接口。按照话务预测模型,Node B对应Iub接口总的带宽为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;
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%
其中12.2k话音业务的带宽,假设60%的激活因子,说话过程中假设10%处于静默状态,需要传递SID帧,可以得出带宽为6.22k
根据业务经验预测模型,可以推算出基于R99版本下,3G建设初期、中期和远期Node B对应的Iub带宽分别对应为:1-4E1(初期)、1-8E1(中期)、1-12E1(远期)。
CDMA EV-DO制式下,CDMA网BTS-BSC之间业务和信令的Abis接口,语音采用PCM格式E1接口、数据采用IMA E1方式传送,但不同厂商在具体实现方式仍存在差异。在BSC侧,有些厂商仅支持ATM E1的电接口模式;有些厂商支持ATM E1电口和ATM STM-1光接口两种方式,同时支持ATM 的IMA n*E1的接入模式。在接入带宽的预测模型上,各厂家模型也各不相同。下面以三星公司设备为例,EV-DO基站对应E1数量计算方式如下:
EV-DO单载波单扇区物理层吞吐量:840Kbps(Samsung仿真)
每扇区RLP层吞吐量:840Kbps*0.8=670Kbps
E1 电路中RLP层最大传输能力:1.3Mbps(去除E1的信令通道开销、
ATM信元开销、Oo&m维护管理等开销)
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无线接入部分对传送网的需求一般情况为2个E1到5个E1,如果再考虑现网CDMA 1x的覆盖对传送网的需求为1个E1到3个E1的情况,二者合计为3个E1—8个E1。
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由此得到WCDMA和CDMA2000两种制式下,无线接入部分的带宽需求,同时考虑联通CDMA EV-DO与今后WCDMA共站与不共站的情况如表1所示。

* 核心网的带宽需求
在核心网的功能划分上,无论是WCDMA还是CDMA EV-DO均采用了分组域与电路域分离的模式。其中:
WCDMA技术体系下,由于RNC朝大容量趋势发展,中等城市只需设置1~2个RNC,并常常与MSC位于同一机房,在传送网组网时可将RNC和MSC统一规划到骨干层;骨干层承担RNC、MSC、GMSC、SGSN、GGSN间的传送。其中,Iu-cs作为RNC到MSC的电路域接口,接口类型为STM-1/STM-4(承载ATM),有时也用E1接口; Iu-ps作为RNC到SGSN的分组域接口,接口类型为STM-1/STM-4(承载ATM),有时也用E1接口; Iur作为RNC之间的接口,接口类型为E1 /STM-1; G作为包括MSC、VLR、HLR和GGSN、SGSN之间的多种互连接口,包括STM-1/STM-4(承载ATM、TDM)、FE/GE、E1等类型。
CDMA EV-DO技术体系下,不同厂商在核心网设备的设计上有不同的考虑,有的厂商BSC朝着大容量的方向发展,如朗讯公司;有的厂商则通过采用小容量BSC可堆叠扩容的方式设计,如三星公司。在核心分组域中BSC-PCF之间信令和业务A8/A9接口采用ATM155M(BSC和PCF往往同一套设备)、PCF-PDSN之间A10/A11接口采用FE/GE接口类型。
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