GPON应用于3G基站传输的分析报告

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    摘要：随着数据业务的飞速发展，数据接入的可移动性要求不断突现，支持高带宽可移动无线数据接入的第三代移动通信技术（3G）浮出水面。本文根据3G系统对传输的要求，对于几种技术进行了分析和比较，结合金鹏GPON新一代光接入综合业务平台，提出了适合GPON发展的应用模式和建议。
    关键词：GPONPON无源光网络全业务光接入网 FTTH 3G
    1．项目背景
    目前国内运营商，都建设有自己的城域网包括SDH和IP网络。下图比较全面地展示出运营商传输网络的整体结构和应用。

    在目前移动通信系统中，一般BSC与MSC安装在中心节点，基站的业务直接通过传输网络传送到中心节点。每个基站一般为1至2个E1。传输网络一般在针对基站接入的155/622M接入层。
    数据业务的飞速发展，数据接入的可移动性要求不断突现，支持高带宽可移动无线数据接入的第三代移动通信技术（3G）浮出水面。第三代移动通信系统在国际上统称为IMT-2000，简称3G，是国际电信联盟(ITU)在1985年提出的工作在2000MHz频段，预期在2000年左右商用的系统。3G标准定义了五种技术，包括WCDMA，cdma2000，TD-SCDMA，UWC-136和DECT。其中WCDMA，cdma2000，TD-SCDMA为主流技术，主要区别在空中接口（UU）部分，其余部分的网络逻辑架构基本相同，因此针对3G的移动传输网可独立进行规划和建设。移动系统主要分为两个层次：无线接入网络层（RAN），由无线网络控制器（RNC/BSC）和基站收发器（NodeB/BTS）组成；核心网络层（CN），由移动交换中心MSC/VLR、GMSC、SGSN、PDSN、GGSN等设备组成。

    从目前各厂家设备在商用试验网的测试情况来看，EV-DO扇区能提供的峰值速率为2.4M，载扇数据通透能力为700K；WCDMA扇区能提供的峰值速率为2M，载扇数据通透能力为560K；HSDPA（WCDMA的高级版）扇区能提供的峰值速率为3.6M，载扇数据通透能力为2.1M。
    从目前各厂家的3G基站上，其传输模式一般直接接E1或STM-1，对于E1的数目要求也在3－4条左右，如MOT的DO基站，一个基站有3条E1即可以满足数据的传输要求。在WCDMA标准中，有R99、R4、R5版本，前两个版本的接口之间还是E1或STM-1，R5版本则趋向于纯IP网络，但纯IP的网络技术还不成熟，目前还没有达到商用的水平，只是以后发展的趋势。
    联通CDMA肯定是向EV-DO升级，目前有约7万个基站，主要在大中城市向D0升级，按照20％的基站计算，基站数目约为1.5万个；联通GSM网，如果分拆给中国电信，向3G过渡时，将采用WCDMA或TD-SCDMA或两者混合方案。目前联通GSM基站大约为10万个，在3G的初期，运营商应该也是先选择在大中城市向3G过渡，基站数估计为2万个左右。中国移动GSM网，在技术上基本已确定采用WCDMA的3G技术方案。移动GSM基站的数量大约为15万个（该数字可能不太准确），在3G的启动阶段，3G的基站数目约为4万个。
    2．目前基站传输网的建设的方案
    基站到控制器的接口，可采用E1和ATMSTM-1接口，不同接口的选择对移动传输组网的要求也不尽相同，从而使移动传输组网面临比较复杂的局面，可采用的物理接口如下：
    （1）全部采用E1
    BSC侧提供E1接口与BTSE1相连。这种方法在中心BSC需提供大量E1接口，这样就需要预留大量E1端口用于BTS的扩容，BSC的投资费用很高。虽然对于传输系统来说只需要提供简单的E1电路传输，但由于多个BTS间的带宽无法实现共享，传输带宽需求也很大。
    （2）全部采用ATMSTM-1
    BSC和BTS直接提供基于ATM的STM-1接口代替了多条E1接口。如果采用ATMSTM-1透传，需要大量带宽，对传输网的压力过大。如果在BTS直接进行业务统计复用，所有BTS的传输节点要提供ATMSTM-1接口，并提供ATM处理，如果传输网要承载其它业务时，线路带宽要求在622M以上，投资费用大。另外，由于原有基站的传输设备一般只提供E1接口，需要全部要进行升级和改造，不利于对原有投资的保护。
    （3）ATMSTM-1与E1混用
    BSC提供ATM的STM-1接口而BTS提供IMAE1接口，则BSC只需提供量接口，BTS只需提供E1接口，使网络变得简洁实用。系统连接图详见下图。

    此方案是目前运营商普遍可接受的方式。
    采用这种方法面临了在BSC与BTS间必须进行ATM信号的处理，实现E1到ATMSTM-1间的转换。一种方法是在BSC侧进行处理，在BSC前提供一个ATM交换机，E1在ATM交换机上终结，并提供STM-1信号进入BSC。但是这种方式需要独立的ATM设备，使BSC与BTS间存在TDM传输层和ATM处理层，需要提供独立的ATM网管系统，ATM设备与传输设备间大量的E1/STM-1连接，并且无法解决传输带宽的统计复用问题。而ATM交换机本身价格较高，加上大量的E1连接和预留接口，使整个方案变得十分昂贵而难以实施。
    而GPON和MSTP的产品都提供多种业务接口和处理能力，灵活地支持ATM、IP、TDM业务，可以解决ATM和E1转换所带来的问题，在实现强大的多业务传输能力的同时，极大提高了设备集成度，具有很好的性能价格比，能为城域传送网建设的三个层面(即：核心层、汇聚层和接入层)，提供完整解决方案。
    3．几种传输技术的比较
    目前光传输接入解决方案主要有MSTP/SDH、PDH/光端机、EPON、GPON等产品，下面主要从传输带宽/业务接口、覆盖距离、网络结构、传输安全可靠性、与现网的融合度、投资成本分析、综合业务应用等几个方面进行比较。
    3.1传输带宽及业务接口

    3G基站业务传输所需的接口类型，一般为1~4个E1，及/或FE(10/100M)接口。E1接口是语音业务必需的，显然EPON（UT）产品不能满足需要。即使有其他的EPON产品能提供E1接口，但EPON的底层以太网的传输协议决定了其E1业务的实现是一种仿真的格式，其接口的技术特性指标能否满足电信级的应用存在不确定性。
    就传输带宽来说，几种技术(除了EPON)提供的终端接入带宽和接口数量都足以满足需要。
    GPON的总带宽虽然比较高，但能应用于E1传输的只能是其中的一小部分，更大的带宽是应用于IP接入，这是由产品的上联能力所决定的。在下面“与现网的融合度”中会继续阐述这个问题。
    接入型MSTP一般只有155M/622M的线路带宽，但其传输格式主要是针对E1类型的业务，622M的线速能提供总共200多个E1的通道，155M线速也能够提供60个E1的通道。
    3.2传输覆盖距离

    基本上MSTP及PDH接入手段，传输距离的顾虑较小。而PON技术对传输距离的敏感程度要比MSTP/PDH高得多，但通过优化分光器的设计，平均5公里的覆盖半径是能保证的。
    MSTP/SDH由于端与端之间的距离能达到15km以上，所以多个MSTP设备连接成环型和链形，能使覆盖范围不断扩大，只要各终端的接入容量不超过155M/622M就可以了。而PON系统则刚刚相反，ONU数量越多，分光器就越多，覆盖范围则减小。PDH由于容量的限制，多个PDH终端串接的形式比较小。
    3.3网络拓扑形式

    几种技术而言都能组成接入网最常见的网络拓扑形式。
    作为基站传输来说，有保护的结构更能被运营商所接受，所以，其中MSTP的环行和GPON的伪环型是一种更适合基站接入的要求。
    3.4传输安全可靠性

    这可以说是基站传输的一道技术门槛，显然MSTP的传输安全可靠性明显比其他技术要高出一两个档次。
    3.5与现有网络连接的融合度

    可见采用MSTP技术，与现网的融合度较高。
    而且汇聚和接入层都采用MSTP，能很方便的实现在整个城域网范围（整个地市范围）内的E1资源调度。正是基于这点考虑，相信BSC—>BTS的E1端口应该会首先进入MSTP汇聚节点，由MSTP平台进行分配调度。
    至基站的最后一段E1传输则可能是多种接入技术，MSTP/PDH/GPON应该都可以，即各种技术与MSTP汇聚节点连接，提供最后一段的E1传输。
    3.6综合业务应用

    通过根据以上几个方面的综合比较，我们可以看出：
    （1）EPON的技术试验原理决定了它基本上不能应用于基站传输；
    （2）PDH虽然设备便宜，但缺点也很多，不可能作为基站传输的主要形式，但可能存在极少量的应用。
    （3）MSTP（实际上等同于SDH，并添加了FE的接口），应该说在基站互连的应用上具有传统的绝对优势。原因：
    Ø目前，运营商绝大多数采用的是SDH进行基站到BSC以及基站之间的互连，据我们了解到的广东联通，全部采用的是此方案；
    ØSDH产品本身技术的特点，适合E1传输，而且安全性保护好，容量一般也足够；
    ØSDH以及MSTP产品商用成熟度高，运营商也已经接受和大规模使用；
    ØSDH/MSTP由于厂家多，价格已经比较低，简单的用户端价格在1万2到1万5左右，而且中兴、华为等厂家一般都采取半卖半送的方式，其价格运营商也比较接受。
    （4）GPON系统，可以用STM-1或E1上联，和MSTP上层网的结合度较高，而且能提供保护。
    4.GPON应用于基站传输的优劣势分析
    从技术上来说，GPON是能应用于3G基站E1传输的，与传统的SDH/MSTP传输技术相比较，既有优势也有劣势。
    优势方面
    （1）采用GPON作为移动基站与控制系统之间的传输系统，一方面可以在基站侧提供多业务的接入，除了基站本身传输需要的E1链路，而且可以提供数据IP接口，为移动运营商发展基站周边的其他数据以及固定电话用户提供了传输基础；另一方面，在3G移动通信中，数据业务的比例越来越高，需要的链路资源也越来越多，越来越灵活，GPON可以在单芯光纤上提供多条E1和IP数据接口，完全满足传输需要。
    （2）GPON的传输带宽高达2.5G，而一般的MSTP接入层为622或155M的带宽。在提供基站业务传输之余，GPON显然有更大的带宽空间提供多种新的业务。对于移动运营商来说，覆盖整个城市传输网络，单纯的提供基站业务传输，一定程度上造成网络投资浪费，如果采用GPON作为最后一段的传输，在提供基站E1传输的同时，GPON还能够提供基站所在大楼/区域的宽带接入，一网多用，势必给移动运营商带来新的利润增长点。
    （3）GPON系统的一大特点是单纤连接，出局光纤考虑备份只需要2根光纤，相比较MSTP接入环至少4根光纤，PDH则一个接入点至少一对光纤。传输带宽GPON>MSTP接入环>DH，光纤资源消耗则GPON
    （4）GPON的投资成本与MSTP相比较，ONU与MSTP接入设备价格相接近，局端则要增加一台较昂贵的OLT设备。但从长远角度考虑，MSTP设备的价格下降空间不大，而GPON系统随着产品的不断成熟，芯片集成度的提高及应用规模的扩大，价格下降空间非常大。再考虑到GPON的高带宽及节省光纤管道资源，GPON的性价比和MSTP技术是可以比拟的。比如，目前Flexlight的产品ONU的价格在1万2左右，目前芯片采用的是FPGA，据称Flexlight目前正在设计基于ASIC的芯片，预计今年下半年可以出品，设备成本据称可以下降一半，在5、6千的水平。
    当然，GPON主要定位是在接入层的应用，在传输上与MSTP相比，存在明显得劣势：
    （1）在传输保护方面，GPON的保护机制比MSTP要简单得多，保护效果也不如MSTP；
    （2）GPON采用无源光分配网，覆盖距离有一定的限制，这方面MSTP接入环的随意度要大得多。一个MSTP接入环节点与节点的距离可以达到15公里以上，而GPON系统在连接最大数量的ONU时，覆盖半径一般不能超过20公里。
    （3）在网络融合方面，运营商在骨干、汇聚层均采用了MSTP的传输网络，在接入层若采用同样的MSTP技术，在集中网管、方便运维调度、降低维护成本方面具有积极的意义。
    （4）在运营商的接受程度，以及应用普遍性上，MSTP/SDH已经是目前运营商采用的主流技术，这在3G网络建设上也是不可能改变的。其他方式只能作为辅助和补充。
    5.GPON应用于基站传输的发展思路
    （1）以宽带接入为主，E1传输为辅；
    纯粹为了解决E1传输，GPON与SDH/MSTP相比，没有优势，即使同时有少量的数据需求，如100M以内，MSTP也能解决此应用。
    而GPON是一个提供高带宽的光接入网，同时支持源模式TDM传输，其质量可以与SDH/MSTP相媲美。
    （2）在GPON的应用推广上，我们要将基站传输互连和附近小区/写字楼/企业大客户的综合接入结合起来，提供综合的应用，这才是GPON一体化解决方案的优势。

    首先GPON是作为综合业务接入网，能应用于写字楼、园区或住宅区的带宽接入，对于在写字楼顶、园区等附近新规划的BTS，可以考虑利用现有的GPON接入网进行传输，而无需重复建设MSTP接入网。或者说要同时考虑区域高端用户的宽带接入，又要部署新的BTS时，可以考虑GPON的一体化接入解决方案。
    移动运营商目前也在组建自己的数据网络。在3G的应用中，数据业务将占据越来越大的比例，移动运营商以前专注进行网络的建设，现在也增加投资进行基础的传输网络和数据网络的建设。在接入端采用GPON，把业务区的综合接入和基站的传输整合成一体化的方案，将会极大地节省投资，并缩短建设周期。