1、 移動數據業務市場發展趨勢

　　與第二代移動通信系統相比，WCDMA網絡將不再局限于語音和低速數據業務，而是同時提供可視電話、高速因特網接入、視頻流和網絡游戲等移動數據業務，無線承載類型除了AMR語音之外，還包括CSD64、PS128、PS384等數據業務能力。在3GPP TS22.105規范中，根據無線承載特性的不同，將UMTS業務分為會話類、流媒體類、交互類和后臺類四種。
圖一　UMTS無線接入承載業務特性

　　對于大多數WCDMA運營商而言，雖然在WCDMA建網初期仍然以話音業務為主，但帶寬移動數據應用將是3G業務新的增長點，這一發展趨勢正日益顯現。根據DrKW Equity Research對歐洲市場移動業務發展的研究預測，到2010年移動視頻業務和分組數據業務(如Internet, email等應用)的使用量將會超越話音業務。


圖二　歐洲市場移動業務量增長預測

　　事實上，國外很多移動運營商，如NTT-Docomo、Vodafone、Orange和Cingular等已不再滿足于3GPP R99的數據業務能力，計劃在2005年逐漸引入3GPP R5中下行無線增強技術－HSDPA(高速下行分組接入)以提供更高速、更大容量和更豐富的移動數據應用，在移動通信市場上爭取更大的競爭優勢。

　　2、3G與2G的業務差異對基站傳輸帶來的影響

　　在3GPP R99和R4規范中為了保證多業務傳送的QoS性能和通過統計復用提高帶寬效率，選取了面向連接的ATM作為UTRAN網絡Iub、Iur和Iu接口的傳輸層協議；與2G基站的傳輸方式相比， R99和R4中的Iub的物理接口雖然仍以E1和STM-1為主，但由于業務類型發生了變化，因此在傳送層帶寬配置方面面臨新的問題。

　　首先，數據業務具有較強的突發性，峰/均值比高，在高突發性數據業務的影響下，如果仍然沿用2G網絡中面向話音業務、基于平均話務量的固定帶寬配置方式，很難兼顧不同業務的服務質量(如會話類業務的時延及時延抖動和)和鏈路利用率：

　　1）如果采用恒定比特率(CBR)方式為各類業務分別配置固定帶寬的VCC，只能通過“超量配置”(over-provisioning)滿足各類業務的峰值帶寬需求，而且預先固定帶寬劃分方式，難以適應變化的業務的比例構成，喪失了ATM統計復用的優勢；

　　2）如果不對業務加以區分，各類業務共享同一個恒定比特率(CBR)帶寬VCC，為了減輕突發的數據業務對語音等會話類業務QoS的影響，也只能通過“超量配置”、降低傳輸帶寬負荷(占用率)來確保實現后者在時延、時延抖動方面的要求。

　　另外，即使高速數據用戶的比例很小或忙時平均數據吞吐率較低，當一個激活的PS384用戶跨基站切換時，相當于十幾甚至幾十個話音用戶的切換。由于其顆粒度較大，對帶寬配置提出新的挑戰：如果沿用2G網絡中基于平均話務量的固定配置方式，很容易因傳輸帶寬配置不足而造成呼損。

　　因此，有必要研究如何根據3G不同業務類型特點，充分發揮ATM統計復用的特點，在滿足各類業務QoS需求的前提下，提高傳輸帶寬利用率，減輕及延緩傳輸擴容帶來的投資負擔。

　　3、利用多優先級發送功能提高傳輸帶寬利用率

　　根據時延要求的不同，可以將Iub接口的業務量大致劃分為以下四類：

　　1）控制平面的NBAP信令消息，例如無線鏈路的建立、軟切換的執行等過程的信令消息；考慮到對網絡性能(KPI)的影響，其時延要求最嚴格，排隊時延一般應控制在ms量級；

　　2）對時延敏感的話音、可視電話等會話類業務及視頻流業務；以UE-UE話音呼叫為例,由于端到端的時延須控制在250ms左右，扣除抽樣、編碼、交織和結點處理等時延，在Iub接口上的排隊時延和抖動應控制在10ms左右；

　　3）時延要求相對較低的交互及后臺類(I/B)業務，如移動因特網應用；其端到端的時延通常在秒級，因此在Iub接口上的排隊時延從用戶體驗的角度看沒有嚴格要求；

　　4）管理維護（OAM）信息，如軟件下載、性能及故障管理中的信息傳遞；其實時性要求最低，帶寬需求甚至可以不做硬性規定，例如軟件下載可選在非忙時進行。

　　它們正好映射為ATM中的rt-VBR、nrt-VBR和UBR業務：

　　1）實時可變比特率業務(rt-VBR)：適用于需要最小信元遲延變化(CDV)和信元傳輸遲延(CTD)的應用，如語音和視頻，其連接特征由峰值信元率(PCR)、可維持信元率(SCR)和最大突發長度(MBS)規定，信源期望以可變速率發送信元；

　　2）非實時可變比特率業務(nrt-VBR)：具有突發業務的非實時應用，其連接特征由PCR、SCR和MBS規定，期望在所協商范圍內傳輸的信元具有較低的信元丟失率(CLR)，支持統計復用，不規定信元遲延上限；

　　3）未指定比特率業務(UBR)：無傳輸時延要求和硬性帶寬要求，優先級最低，但增強型未指定比特率業務(UBR+)可設置最小信元速率(MCR)。

　　因此，根據上述各種業務不同的傳輸時延和時延變化的要求，可以通過RNC和NodeB的業務類型梳理功能，將其分別映射到不同的發送優先級隊列中（優先級反映業務量發送的急迫程度）：NBAP信令和rt-VBR業務擁有最高的發送優先級，其次是nrt-VBR業務，而基于UBR+的OAM業務的發送優先級最低。


圖三　Iub接口ATM配置


圖四　ATM的多優先級發送

　　這樣可以保證高優先級類業務(控制平面消息和DS類用戶業務)的Qos要求，使NDS類業務量對DS類業務的時延不產生大的影響；反之，如果不做業務分類，DS類與NDS類業務混在一個共享隊列中，只有通過降低電路負荷（即提高工程余量），才能滿足DS類業務的對延遲要求。

　　相關仿真研究表明，就單條E1鏈路而言，當不采用多優先級發送時，受NDS業務的影響，DS業務將經受較大的排隊時延：當鏈路負荷超過35%時，時延達到幾十ms，這對于端到端業務質量而言這是難以接受的；反之，如果采用多優先級發送功能，DS業務的排隊時延可以穩定地控制10ms以內，鏈路負荷可以超過70％。與前一種方式相比，帶寬使用率幾乎提高了一倍。


圖五　多優先級發送功能對話音信元時延和傳輸鏈路利用率的影響

　　此仿真基于以下業務參考模型：


表一　呼叫參考模型

　　與CBR固定帶寬劃分方式不同，基于rt-VBR、nrt-VBR和UBR+的多優先級傳送方式，無論是在單條E1還是在IMA E1組內，都可以充分發揮ATM的統計復用優勢，每個VCC的峰值信元率（PCR）都可以達到1920kb/s(單條E1)或n*1920kb/s(IMA n*E1)，顯著降低了信令和話音業務的傳送時延，也能更好地應對突發性高速數據帶寬需求。

　　四、小結

　　在實現Ethernet-To-NodeB(即3GPP R5中定義的IP UTRAN選項)之前，WCDMA的基站傳輸仍將以E1或STM-1為主，但隨著數據業務的不斷發展和HSDPA技術的引入，Iub接口帶寬需求將會越來越大，其中的數據業務的比例也將顯著提高。如果對ATM技術的統計復用和業務類型劃分功能不加以充分利用，仍然沿用2G網絡中面向純話音的固定帶寬配置方法，將很難兼顧不同業務的服務質量和帶寬利用率。而通過本文中所介紹基于多優先級發送功能的傳輸解決方案，不僅能顯著提高E1的傳輸帶寬利用率，而且可以更好地滿足各類業務的QoS需求。