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提高WCDMA基站传输效率的一种有效策略

作者:时间:2017-06-13来源:网络收藏
 1、 移动数据业务市场发展趋势

  与第二代移动通信系统相比,网络将不再局限于语音和低速数据业务,而是同时提供可视电话、高速因特网接入、视频流和网络游戏等移动数据业务,无线承载类型除了AMR语音之外,还包括CSD64、PS128、PS384等数据业务能力。在PP TS22.105规范中,根据无线承载特性的不同,将UMTS业务分为会话类、流媒体类、交互类和后台类四种。

图一 UMTS承载业务特性


  对于大多数运营商而言,虽然在建网初期仍然以话音业务为主,但带宽移动数据应用将是业务新的增长点,这一发展趋势正日益显现。根据DrKW Equity Research对欧洲市场移动业务发展的研究预测,到2010年移动视频业务和分组数据业务(如Internet, email等应用)的使用量将会超越话音业务。


图二 欧洲市场移动业务量增长预测


  事实上,国外很多移动运营商,如NTT-Docomo、Vodafone、Orange和Cingular等已不再满足于PP R99的数据业务能力,计划在2005年逐渐引入3GPP R5中下行无线增强技术-(高速下行分组接入)以提供更高速、更大容量和更丰富的移动数据应用,在移动通信市场上争取更大的竞争优势。

  2、3G与2G的业务差异对基站传输带来的影响

  在3GPP R99和R4规范中为了保证多业务传送的性能和通过统计复用提高带宽效率,选取了面向连接的ATM作为UTRAN网络Iub、Iur和Iu接口的传输层协议;与2G基站的传输方式相比, R99和R4中的Iub的物理接口虽然仍以E1和STM-1为主,但由于业务类型发生了变化,因此在传送层带宽配置方面面临新的问题。

  首先,数据业务具有较强的突发性,峰/均值比高,在高突发性数据业务的影响下,如果仍然沿用2G网络中面向话音业务、基于平均话务量的固定带宽配置方式,很难兼顾不同业务的服务质量(如会话类业务的时延及时延抖动和)和链路利用率:

  1)如果采用恒定比特率(CBR)方式为各类业务分别配置固定带宽的VCC,只能通过“超量配置”(over-provisioning)满足各类业务的峰值带宽需求,而且预先固定带宽划分方式,难以适应变化的业务的比例构成,丧失了ATM统计复用的优势;

  2)如果不对业务加以区分,各类业务共享同一个恒定比特率(CBR)带宽VCC,为了减轻突发的数据业务对语音等会话类业务的影响,也只能通过“超量配置”、降低传输带宽负荷(占用率)来确保实现后者在时延、时延抖动方面的要求。

  另外,即使高速数据用户的比例很小或忙时平均数据吞吐率较低,当一个激活的PS384用户跨基站切换时,相当于十几甚至几十个话音用户的切换。由于其颗粒度较大,对带宽配置提出新的挑战:如果沿用2G网络中基于平均话务量的固定配置方式,很容易因传输带宽配置不足而造成呼损。

  因此,有必要研究如何根据3G不同业务类型特点,充分发挥ATM统计复用的特点,在满足各类业务需求的前提下,提高传输带宽利用率,减轻及延缓传输扩容带来的投资负担。

  3、利用多优先级发送功能提高传输带宽利用率

  根据时延要求的不同,可以将Iub接口的业务量大致划分为以下四类:

  1)控制平面的NBAP信令消息,例如无线链路的建立、软切换的执行等过程的信令消息;考虑到对网络性能(KPI)的影响,其时延要求最严格,排队时延一般应控制在ms量级;

  2)对时延敏感的话音、可视电话等会话类业务及视频流业务;以UE-UE话音呼叫为例,由于端到端的时延须控制在250ms左右,扣除抽样、编码、交织和结点处理等时延,在Iub接口上的排队时延和抖动应控制在10ms左右;

  3)时延要求相对较低的交互及后台类(I/B)业务,如移动因特网应用;其端到端的时延通常在秒级,因此在Iub接口上的排队时延从用户体验的角度看没有严格要求;

  4)管理维护(OAM)信息,如软件下载、性能及故障管理中的信息传递;其实时性要求最低,带宽需求甚至可以不做硬性规定,例如软件下载可选在非忙时进行。

  它们正好映射为ATM中的rt-VBR、nrt-VBR和UBR业务:

  1)实时可变比特率业务(rt-VBR):适用于需要最小信元迟延变化(CDV)和信元传输迟延(CTD)的应用,如语音和视频,其连接特征由峰值信元率(PCR)、可维持信元率(SCR)和最大突发长度(MBS)规定,信源期望以可变速率发送信元;

  2)非实时可变比特率业务(nrt-VBR):具有突发业务的非实时应用,其连接特征由PCR、SCR和MBS规定,期望在所协商范围内传输的信元具有较低的信元丢失率(CLR),支持统计复用,不规定信元迟延上限;

  3)未指定比特率业务(UBR):无传输时延要求和硬性带宽要求,优先级最低,但增强型未指定比特率业务(UBR+)可设置最小信元速率(MCR)。

  因此,根据上述各种业务不同的传输时延和时延变化的要求,可以通过RNC和NodeB的业务类型梳理功能,将其分别映射到不同的发送优先级队列中(优先级反映业务量发送的急迫程度):NBAP信令和rt-VBR业务拥有最高的发送优先级,其次是nrt-VBR业务,而基于UBR+的OAM业务的发送优先级最低。


图三 Iub接口ATM配置



图四 ATM的多优先级发送


  这样可以保证高优先级类业务(控制平面消息和DS类用户业务)的Qos要求,使NDS类业务量对DS类业务的时延不产生大的影响;反之,如果不做业务分类,DS类与NDS类业务混在一个共享队列中,只有通过降低电路负荷(即提高工程余量),才能满足DS类业务的对延迟要求。

  相关仿真研究表明,就单条E1链路而言,当不采用多优先级发送时,受NDS业务的影响,DS业务将经受较大的排队时延:当链路负荷超过35%时,时延达到几十ms,这对于端到端业务质量而言这是难以接受的;反之,如果采用多优先级发送功能,DS业务的排队时延可以稳定地控制10ms以内,链路负荷可以超过70%。与前一种方式相比,带宽使用率几乎提高了一倍。


图五 多优先级发送功能对话音信元时延和传输链路利用率的影响


  此仿真基于以下业务参考模型:


表一 呼叫参考模型


  与CBR固定带宽划分方式不同,基于rt-VBR、nrt-VBR和UBR+的多优先级传送方式,无论是在单条E1还是在IMA E1组内,都可以充分发挥ATM的统计复用优势,每个VCC的峰值信元率(PCR)都可以达到1920kb/s(单条E1)或n*1920kb/s(IMA n*E1),显著降低了信令和话音业务的传送时延,也能更好地应对突发性高速数据带宽需求。

  四、小结

  在实现Ethernet-To-NodeB(即3GPP R5中定义的IP UTRAN选项)之前,WCDMA的基站传输仍将以E1或STM-1为主,但随着数据业务的不断发展和技术的引入,Iub接口带宽需求将会越来越大,其中的数据业务的比例也将显著提高。如果对ATM技术的统计复用和业务类型划分功能不加以充分利用,仍然沿用2G网络中面向纯话音的固定带宽配置方法,将很难兼顾不同业务的服务质量和带宽利用率。而通过本文中所介绍基于多优先级发送功能的传输解决方案,不仅能显著提高E1的传输带宽利用率,而且可以更好地满足各类业务的QoS需求。




关键词: QoS 3G WCDMA 无线接入 HSDPA

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