3G移动基站回传:MSTP将会向PTN演进

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         中移动2G基站回传现状:MSTP为主 

         移动通信业务一直以来都是运营商业务发展的重点,基站的无线回程(MobileBackhualing)的传输承载网络对于移动业务起着重要的支撑和保障作用。 

         目前在2G/2.xG移动通信网(GSM/GPRS/EDGE)中,中国移动为基站回传的语音和数据业务提供承载的主要是基于SDH的多业务传送平台——MSTP技术。其中,BTS基站一般使用2M的TDM接口,基站控制器BSC为2M或STM-1的TDM接口,MSC/GMSC则提供STM-N或2M的TDM接口,SGSN/GGSN提供STM-N的POS接口。对于局间中继业务,各节点业务量较大,业务颗粒一般为2M、155M、622M或FE/GE;对于BTS到BSC间业务,网络业务流向集中,各节点业务量小,业务颗粒主要为2M。 

         中国移动承载2G/2.xG基站回传业务的城域传送网在逻辑上可以分为三个层次:核心层、汇聚层和接入层,如图1所示。主干节点由交换局、关口局、长途局、数据中心节点组成,形成核心层;一般采用城域WDM或10G/2.5G的SDH设备组建环网(个别地区采用网状网)。汇聚节点由重要局站、数据汇聚点组成,形成汇聚层;以2.5G的SDH/MSTP设备为主,辅以少量的622M/155M的SDH/MSTP设备,组建环网(采用复用段保护方式),环上节点个数一般为3~6个。接入节点由基站、社区宽带网业务及其他业务接入点组成,形成接入层;主要采用622M/155M的SDH/MSTP设备,辅以PDH、微波、3.5G或其他无线接入技术,主要组环网(一般采用通道保护方式),根据接入光缆路由也可采用星型、树型或链型结构,目前MSTP环节点个数一般为6~15,个别地区可达到50个以上。 

         在过去,SDH以其可靠的传送承载能力、灵活的分插复用技术、强大的保护恢复功能、运营级的维护管理能力在中国移动塑造“精品网络”的过程中发挥了强有力的后盾作用。然而,MSTP的分组处理或IP化程度不够“彻底”,其IP化主要体现在用户接口(即表层分组化),内核却仍然是电路交换(即内核电路化)。这就使得MSTP在承载IP分组业务时效率较低,并且无法适应以大量数据业务为主的3G和全业务时代的需要。随着TDM业务的相对萎缩及“全IP环境”的逐渐成熟,传送设备需要由现有“以TDM电路交换为内核”向“以IP分组交换为内核”演进。 

         移动3G基站回传的新挑战 

         3G基站回传的IP化传送需求 

         移动3G网络建设也是为了满足业务应用日益增长的带宽需求,无论是TD-SCDMA,还是WCDMA,3G系统都是为移动多媒体通信而设计的。各种业务都向IP化方向发展,同时新型业务也都是建立在IP基础上的,3G网络也不例外。 

         在移动通信领域,两个主要的第三代移动通信标准化组织3GPP和3GPP2都将第三代移动通信发展思路设定为全IP化架构。ITU认为,可以将IMT-2000重新定义为IMT-Internet Mobile/Multi media Telecommunications即“互联网移动/多媒体通信”。 

         在3G世界里,移动电话是个人的移动信息工具,是满足用户个性化需求的信息助手,用户可根据自己的需要自主选择信息、应用和服务内容。3G网络大大拓展了用户通信方式,为用户提供了更丰富的业务选择。如表1所示是3GPP定义的3G网络中的业务性能指标,可见语音、视频、多媒体业务对时延、抖动和丢包率都有严格的要求。由于3G网络能够提供的业务种类非常丰富,而且以多媒体业务为主,这必将打破移动运营商收入主要来源于语音业务的局面,视频电话、宽带数据和信息助手等业务,必将成为移动运营商新的收入增长点。 

         基于IP的多业务应用是未来发展的主流,对于固定、移动、商业不同业务的应用其带宽、安全隔离、传送QoS要求也各有所不同。3G网络的建设使得承载和传送层面面临业务类型由TDM为主向以IP/ETH分组为主转变,业务接口由E1向FE变化,业务粒度由2M向10M/100M发展等挑战。有电信专家预计在未来5~10年内固定用户带宽需求下行接入带宽可达20~30Mbit/s,上行接入带宽可达4~8Mbit/s,而移动通信系统每基站的带宽需求也将达到30M~100Mbit/s。 

         目前3G/B3G、移动+互联以及全IP趋势的发展都对基站回传的承载和传送网络提出了更高的要求,IP化的业务呈现出带宽突发性、很高的峰均值比等特点,传统基于电路交换的MSTP传送网以刚性管道为特点,不能很好地满足这些分组业务的传送需求,如何构建一个能承载多种新旧业务、易于扩展、可靠、且低OPEX和CAPEX的城域网是电信运营商要认真考虑的问题。 

         3G基站的定时同步新需求 

         TD-SCDMA的同步需求主要有系统同步、物理帧同步和载波频率的同步。 

         系统同步主要是要实现基站和终端的帧同步,以及接入网设备RNC和NodeB的节点同步,是通过各个网元通过PP2S或1PPS时刻获取原子时,通过原子时计算SFN来最终实现的。 

         TD的物理层帧同步原理是NodeB通过获取授时系统1PPS相位、通过本地高稳晶振产生与1PPS无相差的5ms子帧时刻(观测点为天线口),实现空口同步。 

         TD的载波频率同步原理是各个网元的时频单元在相同时频产生算法通过授时系统得到1PPS长期稳定度高于1×10-10;NodeB通过获取授时系统1PPS长期稳定度高,来调整本地高稳晶振,使本地高稳晶振满足±0.05ppm;传输网络频率精度满足ITU-G相应STM-1或E1/T1相关规范,NodeB的载波频率稳定度满足±0.05ppm,就可满足终端250km/h的移动速度。 

         TD-SCDMA支持同频组网,前提是时隙必须对齐。如果相邻NodeB之间空口不同步,会产生时隙间干扰和上下行时隙干扰。时隙干扰是指前一个时隙的信号落在下一个时隙中,破坏了这两个时隙内的正交码的正交性,使这两个时隙内的基站或手机都无法正常解调。上下行时隙干扰是指一个基站发射的信号直接对另一个基站的接收造成强大的干扰,严重影响第二个基站的正常接收。 

         TD-SCDMA基站的时间同步需求描述见技术规范3GPPTR25.836,要求提供NodeB的物理层(码、帧、时隙)同步,保证所有NodeB同时发送同时接收,相位精度为<1.5us;提供NodeB的SFN同步,现在的TD系统要求做到所有NodeB的SFN同步,SFN=(time*100)mod4096;其中time为从1980.1.600:00:00开始计数的秒时间,SFN号每隔1024秒循环一遍;提供TOD信息(年月日时分秒);提供1pps,通过锁相技术使NodeB保证输出频率稳定度高于5×10-8。即要求:TD-SCDMA基站要求频率准确度满足±50ppb,同时要求相邻基站间时间相位误差小于3ms。 
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