隨著數據業務的飛速發展,數據接入的可移動性要求不斷
突現,支持高帶寬可移動無線數據接入的第三代移動通信技術(3
G)浮出水面。本文根據3G系統對傳輸的要求,對于幾種技術進行
了分析和比較,結合金鵬GPON新一代光接入綜合業務平臺,提出
了適合GPON發展的應用模式和建議。
關鍵詞:GPON PON 無源光網絡 全業務光接入網 FTTH 3G
1.項目背景
目前國內運營商,都建設有自己的城域網包括SDH和IP網絡。
下圖比較全面地展示出運營商傳輸網絡的整體結構和應用。
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在目前移動通信系統中,一般BSC與MSC安裝在中心節點,基站的業務直接通過傳輸網絡傳送到中心節
點。每個基站一般為1至2個E1。傳輸網絡一般在針對基站接入的155/622M接入層。
數據業務的飛速發展,數據接入的可移動性要求不斷突現,支持高帶寬可移動無線數據接入的第三代
移動通信技術(3G)浮出水面。第三代移動通信系統在國際上統稱為IMT-2000,簡稱3G,是國際電信聯盟
(ITU)在1985年提出的工作在2000MHz頻段,預期在2000年左右商用的系統。3G標準定義了五種技術,包括W
CDMA,cdma2000,TD-SCDMA,UWC-136和DECT。其中WCDMA, cdma2000,TD-SCDMA為主流技術,主要區別在
空中接口(UU)部分,其余部分的網絡邏輯架構基本相同,因此針對3G的移動傳輸網可獨立進行規劃和建
設。移動系統主要分為兩個層次:無線接入網絡層(RAN),由無線網絡控制器(RNC/BSC)和基站收發器
(Node B /BTS)組成;核心網絡層(CN),由移動交換中心MSC/VLR、GMSC、SGSN、PDSN、GGSN等設備組
成。
按此在新窗口瀏覽圖片 (4) GPON的投資成本與MSTP相比較,ONU與MSTP接入設備價格相接近,局端則要增加一臺較昂貴的OL
T設備。但從長遠角度考慮,MSTP設備的價格下降空間不大,而GPON系統隨著產品的不斷成熟,芯片集成度
的提高及應用規模的擴大,價格下降空間非常大。再考慮到GPON的高帶寬及節省光纖管道資源,GPON的性
價比和MSTP技術是可以比擬的。比如,目前Flexlight的產品ONU的價格在1萬2左右,目前芯片采用的是FPG
A,據稱Flexlight目前正在設計基于ASIC的芯片,預計今年下半年可以出品,設備成本據稱可以下降一
半,在5、6千的水平
從目前各廠家設備在商用試驗網的測試情況來看,EV-DO扇區能提供的峰值速率為2.4M,載扇數據通透
能力為700K;WCDMA扇區能提供的峰值速率為2M,載扇數據通透能力為560K;HSDPA(WCDMA的高級版)扇區
能提供的峰值速率為3.6M,載扇數據通透能力為2.1M。
從目前各廠家的3G基站上,其傳輸模式一般直接接E1或STM-1,對于E1的數目要求也在3-4條左右,如
MOT的DO基站,一個基站有3條E1即可以滿足數據的傳輸要求。在WCDMA標準中,有R99、R4、R5版本,前兩
個版本的接口之間還是E1或STM-1,R5版本則趨向于純IP網絡,但純IP的網絡技術還不成熟,目前還沒有達
到商用的水平,只是以后發展的趨勢。
聯通CDMA肯定是向EV-DO升級,目前有約7萬個基站,主要在大中城市向D0升級,按照20%的基站計
算,基站數目約為1.5萬個;聯通GSM網,如果分拆給中國電信,向3G過渡時,將采用WCDMA或TD-SCDMA或兩
者混合方案。目前聯通GSM基站大約為10萬個,在3G的初期,運營商應該也是先選擇在大中城市向3G過渡,
基站數估計為2萬個左右。中國移動GSM網,在技術上基本已確定采用WCDMA的3G技術方案。移動GSM基站的
數量大約為15萬個(該數字可能不太準確),在3G的啟動階段,3G的基站數目約為4萬個。
2.目前基站傳輸網的建設的方案
基站到控制器的接口,可采用E1和ATM STM-1接口,不同接口的選擇對移動傳輸組網的要求也不盡相
同,從而使移動傳輸組網面臨比較復雜的局面,可采用的物理接口如下
(1) 全部采用E1
BSC側提供E1接口與BTS E1相連。這種方法在中心BSC需提供大量E1接口,這樣就需要預留大量E1端口
用于BTS的擴容,BSC的投資費用很高。雖然對于傳輸系統來說只需要提供簡單的E1電路傳輸,但由于多個B
TS間的帶寬無法實現共享,傳輸帶寬需求也很大。
(2) 全部采用ATM STM-1
BSC和BTS直接提供基于ATM的STM-1接口代替了多條E1接口。如果采用ATM STM-1透傳,需要大量帶寬,
對傳輸網的壓力過大。如果在BTS直接進行業務統計復用,所有BTS的傳輸節點要提供ATM STM-1接口,并提
供ATM處理,如果傳輸網要承載其它業務時,線路帶寬要求在622M以上,投資費用大。另外,由于原有基站
的傳輸設備一般只提供E1接口,需要全部要進行升級和改造,不利于對原有投資的保護。
(3) ATM STM-1與E1混用
BSC提供ATM的STM-1接口而BTS提供IMA E1接口,則BSC只需提供量接口,BTS只需提供E1接口,使網絡
變得簡潔實用。系統連接圖詳見下圖。
按此在新窗口瀏覽圖片 此方案是目前運營商普遍可接受的方式。
采用這種方法面臨了在BSC與BTS間必須進行ATM信號的處理,實現E1到ATM STM-1間的轉換。一種方法
是在BSC側進行處理,在BSC前提供一個ATM交換機,E1在ATM交換機上終結,并提供STM-1信號進入BSC。但
是這種方式需要獨立的ATM設備,使BSC與BTS間存在TDM傳輸層和ATM處理層,需要提供獨立的ATM網管系
統,ATM設備與傳輸設備間大量的E1/STM-1連接,并且無法解決傳輸帶寬的統計復用問題。而ATM交換機本
身價格較高,加上大量的E1連接和預留接口,使整個方案變得十分昂貴而難以實施。
而GPON和MSTP的產品都提供多種業務接口和處理能力,靈活地支持ATM、IP、TDM業務,可以解決ATM和
E1轉換所帶來的問題,在實現強大的多業務傳輸能力的同時,極大提高了設備集成度,具有很好的性能價
格比,能為城域傳送網建設的三個層面(即:核心層、匯聚層和接入層),提供完整解決方案。
3.幾種傳輸技術的比較
目前光傳輸接入解決方案主要有MSTP/SDH、PDH/光端機、EPON、GPON等產品,下面主要從傳輸帶寬/業
務接口、覆蓋距離、網絡結構、傳輸安全可靠性、與現網的融合度、投資成本分析、綜合業務應用等幾個
方面進行比較。
3.1 傳輸帶寬及業務接口
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3G基站業務傳輸所需的接口類型,一般為1~4個E1,及/或FE(10/100M)接口。E1接口是語音業務必需
的,顯然EPON(UT)產品不能滿足需要。即使有其他的EPON產品能提供E1接口,但EPON的底層以太網的傳
輸協議決定了其E1業務的實現是一種仿真的格式,其接口的技術特性指標能否滿足電信級的應用存在不確
定性。
就傳輸帶寬來說,幾種技術(除了EPON)提供的終端接入帶寬和接口數量都足以滿足需要。
GPON的總帶寬雖然比較高,但能應用于E1傳輸的只能是其中的一小部分,更大的帶寬是應用于IP接
入,這是由產品的上聯能力所決定的。在下面“與現網的融合度”中會繼續闡述這個問題。
接入型MSTP一般只有155M/622M的線路帶寬,但其傳輸格式主要是針對E1類型的業務,622M的線速能提
供總共200多個E1的通道,155M線速也能夠提供60個E1的通道。
3.2 傳輸覆蓋距離
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基本上MSTP及PDH接入手段,傳輸距離的顧慮較小。而PON技術對傳輸距離的敏感程度要比MSTP/PDH高
得多,但通過優化分光器的設計,平均5公里的覆蓋半徑是能保證的。
MSTP/SDH由于端與端之間的距離能達到15km以上,所以多個MSTP設備連接成環型和鏈形,能使覆蓋范
圍不斷擴大,只要各終端的接入容量不超過155M/622M就可以了。而PON系統則剛剛相反,ONU數量越多,分
光器就越多,覆蓋范圍則減小。PDH由于容量的限制,多個PDH終端串接的形式比較小。
3.3 網絡拓撲形式
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幾種技術而言都能組成接入網最常見的網絡拓撲形式
作為基站傳輸來說,有保護的結構更能被運營商所接受,所以,其中MSTP的環行和GPON的偽環型是一
種更適合基站接入的要求。
3.4 傳輸安全可靠性
這可以說是基站傳輸的一道技術門檻,顯然MSTP的傳輸安全可靠性明顯比其他技術要高出一兩個檔
次。
3.5 與現有網絡連接的融合度
可見采用MSTP技術,與現網的融合度較高。
而且匯聚和接入層都采用MSTP,能很方便的實現在整個城域網范圍(整個地市范圍)內的E1資源調
度。正是基于這點考慮,相信BSC—>BTS的E1端口應該會首先進入MSTP匯聚節點,由MSTP平臺進行分配調
度。至基站的最后一段E1傳輸則可能是多種接入技術,MSTP/PDH/GPON應該都可以,即各種技術與MSTP匯聚
節點連接,提供最后一段的E1傳輸。
3.6 綜合業務應用
通過根據以上幾個方面的綜合比較,我們可以看出:
(1) EPON的技術試驗原理決定了它基本上不能應用于基站傳輸;
(2) PDH雖然設備便宜,但缺點也很多,不可能作為基站傳輸的主要形式,但可能存在極少量的應
用。
(3) MSTP(實際上等同于SDH,并添加了FE的接口),應該說在基站互連的應用上具有傳統的絕對優
勢。原因:
目前,運營商絕大多數采用的是SDH進行基站到BSC以及基站之間的互連,據我們了解到的廣東聯通,
全部采用的是此方案;
SDH產品本身技術的特點,適合E1傳輸,而且安全性保護好,容量一般也足夠; SDH以及MSTP產品
商用成熟度高,運營商也已經接受和大規模使用; SDH/MSTP由于廠家多,價格已經比較低,簡單的用
戶端價格在1萬2到1萬5左右,而且中興、華為等廠家一般都采取半賣半送的方式,其價格運營商也比較接
受。
(4) GPON系統,可以用STM-1或E1上聯,和MSTP上層網的結合度較高,而且能提供保護。
4. GPON應用于基站傳輸的優劣勢分析
從技術上來說,GPON是能應用于3G基站E1傳輸的,與傳統的SDH/MSTP傳輸技術相比較,既有優勢也有
劣勢。
優勢方面
(1) 采用GPON作為移動基站與控制系統之間的傳輸系統,一方面可以在基站側提供多業務的接入,
除了基站本身傳輸需要的E1鏈路,而且可以提供數據IP接口,為移動運營商發展基站周邊的其他數據以及
固定電話用戶提供了傳輸基礎;另一方面,在3G移動通信中,數據業務的比例越來越高,需要的鏈路資源
也越來越多,越來越靈活,GPON可以在單芯光纖上提供多條E1和IP數據接口,完全滿足傳輸需要。
(2) GPON的傳輸帶寬高達2.5G,而一般的MSTP接入層為622或155M的帶寬。在提供基站業務傳輸之
余,GPON顯然有更大的帶寬空間提供多種新的業務。對于移動運營商來說,覆蓋整個城市傳輸網絡,單純
的提供基站業務傳輸,一定程度上造成網絡投資浪費,如果采用GPON作為最后一段的傳輸,在提供基站E1
傳輸的同時,GPON還能夠提供基站所在大樓/區域的寬帶接入,一網多用,勢必給移動運營商帶來新的利潤
增長點。
(3) GPON系統的一大特點是單纖連接,出局光纖考慮備份只需要2根光纖,相比較MSTP接入環至少4
根光纖,PDH則一個接入點至少一對光纖。傳輸帶寬GPON>MSTP接入環>PDH,光纖資源消耗則GPON 當然,GPON主要定位是在接入層的應用,在傳輸上與MSTP相比,存在明顯得劣勢:
(1) 在傳輸保護方面,GPON的保護機制比MSTP要簡單得多,保護效果也不如MSTP;
(2) GPON采用無源光分配網,覆蓋距離有一定的限制,這方面MSTP接入環的隨意度要大得多。一個M
STP接入環節點與節點的距離可以達到15公里以上,而GPON系統在連接最大數量的ONU時,覆蓋半徑一般不
能超過20公里。
(3) 在網絡融合方面,運營商在骨干、匯聚層均采用了MSTP的傳輸網絡,在接入層若采用同樣的MST
P技術,在集中網管、方便運維調度、降低維護成本方面具有積極的意義。
(4) 在運營商的接受程度,以及應用普遍性上,MSTP/SDH已經是目前運營商采用的主流技術,這在3
G網絡建設上也是不可能改變的。其他方式只能作為輔助和補充。
5. GPON應用于基站傳輸的發展思路
(1) 以寬帶接入為主,E1傳輸為輔;
純粹為了解決E1傳輸,GPON與SDH/MSTP相比,沒有優勢,即使同時有少量的數據需求,如100M以內,M
STP也能解決此應用。
而GPON是一個提供高帶寬的光接入網,同時支持源模式TDM傳輸,其質量可以與SDH/MSTP相媲美。
(2) 在GPON的應用推廣上,我們要將基站傳輸互連和附近小區/寫字樓/企業大客戶的綜合接入結合起
來,提供綜合的應用,這才是GPON一體化解決方案的優勢。
首先GPON是作為綜合業務接入網,能應用于寫字樓、園區或住宅區的帶寬接入,對于在寫字樓頂、園
區等附近新規劃的BTS,可以考慮利用現有的GPON接入網進行傳輸,而無需重復建設MSTP接入網。或者說要
同時考慮區域高端用戶的寬帶接入,又要部署新的BTS時,可以考慮GPON的一體化接入解決方案。
移動運營商目前也在組建自己的數據網絡。在3G的應用中,數據業務將占據越來越大的比例,移動運
營商以前專注進行網絡的建設,現在也增加投資進行基礎的傳輸網絡和數據網絡的建設。在接入端采用GPO
N,把業務區的綜合接入和基站的傳輸整合成一體化的方案,將會極大地節省投資,并縮短建設周期。
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光網絡技術-GPON[J].通信世界(100期特刊)