移動基站回傳：MSTP將向PTN演進

3G興起，圍繞3G基站回傳話題成業(yè)界討論熱點，中移動是基站最多的運營商，又肩負打造TD-SCDMA的歷史重任。本文在介紹了中移動面向2G無線通信系統(tǒng)的基站回傳網(wǎng)絡的現(xiàn)狀的基礎上，給出了TD-SCDMA在承載傳送方面來自IPRAN和TD-SCDMA的空口同步的新需求，細致解析了3G基站回傳需求和技術(shù)定位，提出了以PTN為核心實現(xiàn)基站回傳的解決方案，并對MSTP向PTN的演進策略、PTN同步解決方案和PTN的應用策略進行了探討分析。
 
　　中移動2G基站回傳現(xiàn)狀：MSTP為主

移動通信業(yè)務一直以來都是運營商業(yè)務發(fā)展的重點，基站的無線回程(MobileBackhualing)的傳輸承載網(wǎng)絡對于移動業(yè)務起著重要的支撐和保障作用。

目前在2G/2.xG移動通信網(wǎng)(GSM/GPRS/EDGE)中，中國移動為基站回傳的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務提供承載的主要是基于SDH的多業(yè)務傳送平臺——MSTP技術(shù)。其中，BTS基站一般使用2M的TDM接口，基站控制器BSC為2M或STM-1的TDM接口，MSC/GMSC則提供STM-N或2M的TDM接口，SGSN/GGSN提供STM-N的POS接口。對于局間中繼業(yè)務，各節(jié)點業(yè)務量較大，業(yè)務顆粒一般為2M、155M、622M或FE/GE；對于BTS到BSC間業(yè)務，網(wǎng)絡業(yè)務流向集中，各節(jié)點業(yè)務量小，業(yè)務顆粒主要為2M。

中國移動承載2G/2.xG基站回傳業(yè)務的城域傳送網(wǎng)在邏輯上可以分為三個層次：核心層、匯聚層和接入層，如圖1所示。主干節(jié)點由交換局、關口局、長途局、數(shù)據(jù)中心節(jié)點組成，形成核心層；一般采用城域WDM或10G/2.5G的SDH設備組建環(huán)網(wǎng)(個別地區(qū)采用網(wǎng)狀網(wǎng))。匯聚節(jié)點由重要局站、數(shù)據(jù)匯聚點組成，形成匯聚層；以2.5G的SDH/MSTP設備為主，輔以少量的622M/155M的SDH/MSTP設備，組建環(huán)網(wǎng)(采用復用段保護方式)，環(huán)上節(jié)點個數(shù)一般為3～6個。接入節(jié)點由基站、社區(qū)寬帶網(wǎng)業(yè)務及其他業(yè)務接入點組成，形成接入層；主要采用622M/155M的SDH/MSTP設備，輔以PDH、微波、3.5G或其他無線接入技術(shù)，主要組環(huán)網(wǎng)(一般采用通道保護方式)，根據(jù)接入光纜路由也可采用星型、樹型或鏈型結(jié)構(gòu)，目前MSTP環(huán)節(jié)點個數(shù)一般為6～15，個別地區(qū)可達到50個以上。

在過去，SDH以其可靠的傳送承載能力、靈活的分插復用技術(shù)、強大的保護恢復功能、運營級的維護管理能力在中國移動塑造“精品網(wǎng)絡”的過程中發(fā)揮了強有力的后盾作用。然而，MSTP的分組處理或IP化程度不夠“徹底”，其IP化主要體現(xiàn)在用戶接口(即表層分組化)，內(nèi)核卻仍然是電路交換(即內(nèi)核電路化)。這就使得MSTP在承載IP分組業(yè)務時效率較低，并且無法適應以大量數(shù)據(jù)業(yè)務為主的3G和全業(yè)務時代的需要。隨著TDM業(yè)務的相對萎縮及“全IP環(huán)境”的逐漸成熟，傳送設備需要由現(xiàn)有“以TDM電路交換為內(nèi)核”向“以IP分組交換為內(nèi)核”演進。

移動3G基站回傳的新挑戰(zhàn)

3G基站回傳的IP化傳送需求

移動3G網(wǎng)絡建設也是為了滿足業(yè)務應用日益增長的帶寬需求，無論是TD-SCDMA，還是WCDMA，3G系統(tǒng)都是為移動多媒體通信而設計的。各種業(yè)務都向IP化方向發(fā)展，同時新型業(yè)務也都是建立在IP基礎上的，3G網(wǎng)絡也不例外。

在移動通信領域，兩個主要的第三代移動通信標準化組織3GPP和3GPP2都將第三代移動通信發(fā)展思路設定為全IP化架構(gòu)。ITU認為，可以將IMT-2000重新定義為IMT-Internet Mobile/Multi media Telecommunications即“互聯(lián)網(wǎng)移動/多媒體通信”。

在3G世界里，移動電話是個人的移動信息工具，是滿足用戶個性化需求的信息助手，用戶可根據(jù)自己的需要自主選擇信息、應用和服務內(nèi)容。3G網(wǎng)絡大大拓展了用戶通信方式，為用戶提供了更豐富的業(yè)務選擇。如表1所示是3GPP定義的3G網(wǎng)絡中的業(yè)務性能指標，可見語音、視頻、多媒體業(yè)務對時延、抖動和丟包率都有嚴格的要求。由于3G網(wǎng)絡能夠提供的業(yè)務種類非常豐富，而且以多媒體業(yè)務為主，這必將打破移動運營商收入主要來源于語音業(yè)務的局面，視頻電話、寬帶數(shù)據(jù)和信息助手等業(yè)務，必將成為移動運營商新的收入增長點。

基于IP的多業(yè)務應用是未來發(fā)展的主流，對于固定、移動、商業(yè)不同業(yè)務的應用其帶寬、安全隔離、傳送QoS要求也各有所不同。3G網(wǎng)絡的建設使得承載和傳送層面面臨業(yè)務類型由TDM為主向以IP/ETH分組為主轉(zhuǎn)變，業(yè)務接口由E1向FE變化，業(yè)務粒度由2M向10M/100M發(fā)展等挑戰(zhàn)。有電信專家預計在未來5～10年內(nèi)固定用戶帶寬需求下行接入帶寬可達20～30Mbit/s，上行接入帶寬可達4～8Mbit/s，而移動通信系統(tǒng)每基站的帶寬需求也將達到30M～100Mbit/s。

目前3G/B3G、移動+互聯(lián)以及全IP趨勢的發(fā)展都對基站回傳的承載和傳送網(wǎng)絡提出了更高的要求，IP化的業(yè)務呈現(xiàn)出帶寬突發(fā)性、很高的峰均值比等特點，傳統(tǒng)基于電路交換的MSTP傳送網(wǎng)以剛性管道為特點，不能很好地滿足這些分組業(yè)務的傳送需求，如何構(gòu)建一個能承載多種新舊業(yè)務、易于擴展、可靠、且低OPEX和CAPEX的城域網(wǎng)是電信運營商要認真考慮的問題。

3G基站的定時同步新需求

TD-SCDMA的同步需求主要有系統(tǒng)同步、物理幀同步和載波頻率的同步。

系統(tǒng)同步主要是要實現(xiàn)基站和終端的幀同步，以及接入網(wǎng)設備RNC和NodeB的節(jié)點同步，是通過各個網(wǎng)元通過PP2S或1PPS時刻獲取原子時，通過原子時計算SFN來最終實現(xiàn)的。

TD的物理層幀同步原理是NodeB通過獲取授時系統(tǒng)1PPS相位、通過本地高穩(wěn)晶振產(chǎn)生與1PPS無相差的5ms子幀時刻(觀測點為天線口)，實現(xiàn)空口同步。

TD的載波頻率同步原理是各個網(wǎng)元的時頻單元在相同時頻產(chǎn)生算法通過授時系統(tǒng)得到1PPS長期穩(wěn)定度高于1×10-10；NodeB通過獲取授時系統(tǒng)1PPS長期穩(wěn)定度高，來調(diào)整本地高穩(wěn)晶振，使本地高穩(wěn)晶振滿足±0.05ppm；傳輸網(wǎng)絡頻率精度滿足ITU-G相應STM-1或E1/T1相關規(guī)范，NodeB的載波頻率穩(wěn)定度滿足±0.05ppm，就可滿足終端250km/h的移動速度。

如圖2所示，TD-SCDMA支持同頻組網(wǎng)，前提是時隙必須對齊。如果相鄰NodeB之間空口不同步，會產(chǎn)生時隙間干擾和上下行時隙干擾。時隙干擾是指前一個時隙的信號落在下一個時隙中，破壞了這兩個時隙內(nèi)的正交碼的正交性，使這兩個時隙內(nèi)的基站或手機都無法正常解調(diào)。上下行時隙干擾是指一個基站發(fā)射的信號直接對另一個基站的接收造成強大的干擾，嚴重影響第二個基站的正常接收。

TD-SCDMA基站的時間同步需求描述見技術(shù)規(guī)范3GPPTR25.836，要求提供NodeB的物理層(碼、幀、時隙)同步，保證所有NodeB同時發(fā)送同時接收，相位精度為<1.5us；提供NodeB的SFN同步，現(xiàn)在的TD系統(tǒng)要求做到所有NodeB的SFN同步，SFN=(time*100)mod4096；其中time為從1980.1.600：00：00開始計數(shù)的秒時間，SFN號每隔1024秒循環(huán)一遍；提供TOD信息(年月日時分秒)；提供1pps，通過鎖相技術(shù)使NodeB保證輸出頻率穩(wěn)定度高于5×10-8。即要求：TD-SCDMA基站要求頻率準確度滿足±50ppb，同時要求相鄰基站間時間相位誤差小于3ms。

基站回傳的需求定位與技術(shù)選擇

隨著數(shù)據(jù)業(yè)務的迅猛發(fā)展，寬帶多業(yè)務傳送、端到端的帶寬提供等新模式不斷出現(xiàn)，傳統(tǒng)的同步數(shù)字體系(SDH)技術(shù)、IP技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)都不能適應下一代網(wǎng)絡對傳送和承載的全方位需求，迫切需要建立一種更高效率、更加靈活的面向分組的傳送網(wǎng)絡形態(tài)，充當未來大容量信息傳送與交換的基礎平臺角色，實現(xiàn)IP與光傳送網(wǎng)的完美結(jié)合。

綜合電路、分組和光域技術(shù)的分組傳送網(wǎng)PTN(Packet Transport Network)是指這樣一種光傳送網(wǎng)絡架構(gòu)和具體技術(shù)：在IP業(yè)務和底層光傳輸媒質(zhì)之間架構(gòu)的一個層面，它針對分組業(yè)務流量的突發(fā)性和統(tǒng)計復用傳送的要求而設計，以分組業(yè)務為核心并支持多業(yè)務提供，具有更低的總體使用成本(TCO)，同時秉承光傳輸?shù)碾娦啪W(wǎng)絡傳統(tǒng)優(yōu)勢，包括高可用性和可靠性，高效的帶寬管理機制和流量工程，便捷的OAM和網(wǎng)管，可擴展、較高的安全性等等。

面對基站回傳的IP化承載和傳送需求，有許多的候選技術(shù)可以使用，主要有IP/MPLS三層承載技術(shù)、新型以太網(wǎng)(增強以太網(wǎng)技術(shù)或電信級以太網(wǎng))技術(shù)，還有就是新型的面向IP的分組化傳送PTN技術(shù)，如圖所示。那么到底那種技術(shù)是最佳的基站回傳解決方案呢？作者認為這最終還是要取決于“需求的本質(zhì)是什么？”和“滿足需求的必備技術(shù)功能是什么”這兩個問題。

作者認為在分析基站回傳的需求本質(zhì)和定位何種技術(shù)時，首先要澄清以下幾個問題：

(1)傳送網(wǎng)的“IP化”其實質(zhì)是“面向IP的高效傳送”，而并非是純粹意義上的具有三層IP路由和交換功能的“IP化”或“路由器化”，因此嚴格來說傳輸網(wǎng)絡并不存在IP化問題，與其說“IP化傳送”，不如說“面向IP的傳送”更加科學。

(2)邏輯上的承載和物理上的傳送也是有本質(zhì)區(qū)別的。例如在3G無線接入網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)中，承載的IP化意味著用IP包去封裝信息，IP化基站指的是基站設備內(nèi)部的承載層由ATM轉(zhuǎn)變?yōu)镮P，但無論是ATM還是IP承載都需要基站外部的傳送網(wǎng)來解決其與基站控制器設備的連接需求。

(3)基站內(nèi)部的(邏輯)承載需求是IP化的，而其外部與控制器的連通需求是管道性的透明傳送，因此IP化RAN的基站回傳需要的是從基站NodeB到基站控制器RNC的二層管道傳送功能，而無需進行三層的IP路由和交換。如果非得使用路由器/交換機技術(shù)去實現(xiàn)基站回傳業(yè)務的傳送那就必然存在用三層設備實現(xiàn)二層功能將面臨的可擴展性、可靠性、安全性等方面的缺陷；而且在大規(guī)模組網(wǎng)時，也會面臨建設資金、投資回報等經(jīng)濟壓力；因此使用IP/MPLS三層組網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)二層透明傳送將得不償失。

(4)從服務質(zhì)量方面來說，基站回傳對傳送網(wǎng)的基本要求是“面向連接”和“電信級”，這一點是IPRAN傳送與傳統(tǒng)IP互聯(lián)網(wǎng)和寬帶接入網(wǎng)的最本質(zhì)區(qū)別。面向連接意味著端到端業(yè)務管理和配置能力、運營網(wǎng)絡的OAM以及保護能力，在管理方案全面運用電信網(wǎng)管理TMN思路，全面支持圖像化端到端業(yè)務配置，操作簡單。而傳統(tǒng)以太網(wǎng)設備基本上都是無連接的、盡力而為的、運用命令行進行單站配置、操作復雜、效率低。基站業(yè)務的“電信級傳送”對時延、抖動和丟包率都有嚴格的要求，而互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的“寬帶接入”是盡力而為的，因此它們在業(yè)務特性和網(wǎng)絡功能方面存在著本質(zhì)差異，直接導致“基站回傳”與“互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務接入”在質(zhì)量保證和網(wǎng)絡性能方面水火不容，很難統(tǒng)一承載。這也就是為什么在過去移動運營商都采用城域傳送網(wǎng)MSTP來承載基站回傳業(yè)務，而固網(wǎng)運營商都采用城域?qū)拵�IP網(wǎng)來提供互聯(lián)網(wǎng)接入的原因。

(5)雖然可提供面向IP的高效傳送有多種備選技術(shù)，但只有分組傳送PTN技術(shù)可以滿足3G基站的回傳傳送需求。這一方面是因為分組傳送網(wǎng)是面向連接的，符合電信級業(yè)務和電信級網(wǎng)絡要求的傳送網(wǎng)，而傳統(tǒng)以太網(wǎng)和局部增強型以太網(wǎng)就不能稱其為分組傳送網(wǎng)。另一方面是由于PTN將無連接、轉(zhuǎn)發(fā)行為不可知，弱控制或無控制的分組網(wǎng)改造成適合于傳送的基于連接、可預知行為、可控制的網(wǎng)絡，并集成了靈活性、可擴展性、統(tǒng)計復用等分組特性和網(wǎng)絡端到端OAM和保護、面向連接、QoS、定時同步等傳送特性。如圖所示3所示，目前符合該思路的主要技術(shù)是基于以太網(wǎng)面向連接的包傳輸技術(shù)PBT(Provider Backbone Transport，運營商級以太網(wǎng)傳輸技術(shù))與基于MPLS(Multi-protocol Label Switch，多協(xié)議標簽)面向連接的包傳輸技術(shù)T-MPLS/MPLS-TP(Transport Multi-protocol Label Switching/MPLS Transport Profile，傳送多協(xié)議標簽)。

PTN支持豐富的運營級網(wǎng)絡特性，可大幅度降低網(wǎng)絡的CAPEX和OPEX，因此，對于基站回傳的IP化傳送需求，PTN技術(shù)將是不二選擇。

向PTN升級引發(fā)的思考

隨著數(shù)據(jù)業(yè)務的迅猛發(fā)展，寬帶多業(yè)務傳送、端到端的帶寬提供等新模式不斷出現(xiàn)，傳統(tǒng)的同步數(shù)字體系(SDH)技術(shù)、IP技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)都不能適應下一代網(wǎng)絡對傳送和承載的全方位需求，分組傳送網(wǎng)(PTN)的誕生為解決分組業(yè)務的高效傳送和電信級質(zhì)量提供了一個較好的解決方案。

PTN通過綜合IP、MPLS和光傳輸技術(shù)的優(yōu)勢、實現(xiàn)各技術(shù)的融合來達到網(wǎng)絡扁平化的目的，其基本特征是提供點到點的L2隧道，可以廣泛用于城域傳送網(wǎng)和寬帶接入網(wǎng)的二層匯聚網(wǎng)絡，以及3G基站到RNC的基站回傳段。

MSTP向PTN的平滑演進主要有兩種方式，可根據(jù)具體業(yè)務需求和地區(qū)采用不同策略。

一種方式是自上而下的引入PTN。首先在匯聚層采用PTN帶接入層MSTP，然后逐步在接入層采用PTN替代MSTP。該方式適用于一定時期內(nèi)仍以TDME1業(yè)務為主的地區(qū)，可以保護接入層大量的MSTP設備投資，并實現(xiàn)網(wǎng)絡的平滑演進。

第二種方式是根據(jù)基站類型采用不同技術(shù)。在新建的IP化基站采用PTN技術(shù)實現(xiàn)接入和匯聚；現(xiàn)有基站則仍由MSTP提供接入和匯聚，部分有條件地區(qū)可通過更換板卡方式實現(xiàn)內(nèi)嵌RPR的MSTP設備，并逐漸在匯聚層轉(zhuǎn)入PTN承載，最終在接入層轉(zhuǎn)入PTN，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡的平滑演進。

由于基站回傳業(yè)務和寬帶接入業(yè)務存在以下差異性：

業(yè)務模型的差異性�；�站業(yè)務是需要全保證的業(yè)務，在沒有任何集線比的情況下需要保證各點峰值速率；固網(wǎng)寬帶業(yè)務則要支持很大的集線比，一般設置在1∶10左右。

流量需求的差異性�；�站業(yè)務所需帶寬較小，完全可預測，升級的速度緩慢；固網(wǎng)寬帶業(yè)務所需帶寬很大，特別是在發(fā)展了IPTV以后帶寬需求量更大，一般是移動所需帶寬的10倍以上，同時帶寬增長的模式受業(yè)務需求和用戶數(shù)兩者綜合影響，擴容需求頻繁。

QoS的差異性。在只考慮基站業(yè)務的情況下，QoS可以最簡單也最可靠性的方式，即通過規(guī)劃來確保；而在疊加有集線比的普通寬帶業(yè)務時，QoS的管理將較為復雜，容易形成隱患和增加成本。

所以，關于針對基站業(yè)務和固網(wǎng)寬帶業(yè)務是否共用的建議如下：

3G的基站回傳傳送網(wǎng)絡應該和2G無線網(wǎng)絡的傳輸承載情況一樣，采用完全獨立的建網(wǎng)思路。建議分網(wǎng)建設基站業(yè)務回傳網(wǎng)和寬帶用戶接入網(wǎng)，寬帶用戶網(wǎng)應采用增強型以太網(wǎng)進行建設，容量可以得到保證，建設成本較低。從長遠來看，應采用PTN來建設基站回傳網(wǎng)絡，因為PTN在OAM、保護、時鐘、管理等方面都針對移動Backhaul應用進行了較多的優(yōu)化。而在PTN標準和產(chǎn)業(yè)鏈成熟前可繼續(xù)采用MSTP承載2G/3G業(yè)務。分別建設基站業(yè)務網(wǎng)絡和固網(wǎng)寬帶業(yè)務網(wǎng)絡，這樣可以在城域網(wǎng)規(guī)模很小的時候避免顧及移動業(yè)務的穩(wěn)定性而束縛固網(wǎng)業(yè)務高速發(fā)展的手腳。為了利用線路資源，可以采用固網(wǎng)和基站業(yè)務網(wǎng)共址但不共網(wǎng)的建設方式。

在PTN作為移動基站回傳網(wǎng)絡時，基站獲取時鐘主要有3種途徑：TDM電路和網(wǎng)絡、本地設置GPS時鐘源和基于分組網(wǎng)絡的時鐘分配和時鐘恢復算法。如果NodeB支持IP/PPPoverE1/T1仍然通過E1/T1/ChSTM-1接口上傳輸網(wǎng)，這時同步時鐘仍然可從線路獲取，在宏蜂窩站點推薦使用該方案。如果NodeB采用分路傳輸，同時具備E1/T1、FE或DSL接口，這時同步時鐘仍然可從E1/T1線路獲取，在室內(nèi)覆蓋站點推薦使用該方案。當NodeB只有FE接口時，可配置GPS接收機來提供時鐘信號，推薦在大流量站點，并且IP路由比較復雜的情況下使用該方式。如果NodeB只有FE(或DSL)接口，而且不允許、不經(jīng)濟或者是不方便安裝GPS接收機，比如homeNodeB、地下室NodeB，這時應遵循IEEE1588v2或同步以太網(wǎng)原理，在NodeB恢復時鐘。

2G和3G網(wǎng)在移動運營商網(wǎng)絡中將長期共存，而且從未來數(shù)據(jù)業(yè)務流量發(fā)展趨勢出發(fā)，利用分組傳送網(wǎng)建設面向3G的城域傳送網(wǎng)符合業(yè)務需求與流量演進模式，它不但滿足2G和3G需要的高質(zhì)量TDM傳送，還可以逐步平滑地向電信級以太網(wǎng)業(yè)務匯聚和傳送演進，實現(xiàn)移動業(yè)務傳送平臺從支持語音電路業(yè)務為主到支持數(shù)據(jù)分組業(yè)務為主的網(wǎng)絡轉(zhuǎn)型。