IP傳輸技術(shù)優(yōu)化衛(wèi)星傳輸CDMA數(shù)據(jù)探討

陳 玥，盧洪濤

（1.中國電信集團(tuán)公司，北京 100032；2.中國電信股份有限公司廣州研究院，廣州 510630）

技術(shù)研究

IP傳輸技術(shù)優(yōu)化衛(wèi)星傳輸CDMA數(shù)據(jù)探討

陳 玥1，盧洪濤2

（1.中國電信集團(tuán)公司，北京 100032；2.中國電信股份有限公司廣州研究院，廣州 510630）

中國電信大量使用衛(wèi)星傳輸技術(shù)傳輸應(yīng)急基站信號(hào)，為降低數(shù)據(jù)配置復(fù)雜度，提高衛(wèi)星帶寬使用效率，應(yīng)急基站可以應(yīng)用IP技術(shù)傳輸3G信號(hào)。本文探討了在中國電信主流衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器和應(yīng)急基站E1接口之間應(yīng)用IP傳輸技術(shù)，簡化了數(shù)據(jù)配置的方法，并在中國電信上海衛(wèi)星地面站開展驗(yàn)證測(cè)試，實(shí)地驗(yàn)證了IP傳輸技術(shù)的應(yīng)用效果。

IP傳輸；HDLC；TDM透?jìng)?；協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備

1 引言

IP傳輸技術(shù)在使用衛(wèi)星回傳GSM基站信號(hào)得到大量應(yīng)用。中國電信CDMA網(wǎng)絡(luò)日趨完善，在突發(fā)事件和災(zāi)害發(fā)生時(shí)，CDMA應(yīng)急基站可以發(fā)揮重要作用。目前，中國電信運(yùn)營的CDMA基站已經(jīng)大量使用IP傳輸方式，但是應(yīng)急基站仍然主要使用傳統(tǒng)的E1接口傳輸，如何在應(yīng)急基站傳輸上使用IP方式，從而降低數(shù)據(jù)占用帶寬成為中國電信需要研究的課題。

在應(yīng)急場(chǎng)景下的CDMA應(yīng)急基站主要采用衛(wèi)星傳輸方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回傳，降低衛(wèi)星傳輸帶寬可以有效節(jié)約衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器租用費(fèi)用。以往采用的傳統(tǒng)E1傳輸方式，最小的傳輸單位是1個(gè)2M帶寬（雙向）。而采用IP傳輸技術(shù)，可以在確定應(yīng)急業(yè)務(wù)量比較低的情況下，合理降低使用帶寬，從而提高衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器資源的使用效率。

2 C網(wǎng)基站的IP化傳輸

Abis口是cdma2000無線通信系統(tǒng)中BTS和BSC之間的接口，實(shí)現(xiàn)基站和基站控制器的通信和業(yè)務(wù)承載。Abis的物理承載鏈路可以為E1/以太網(wǎng)接口的衛(wèi)星、微波或者地面線路。CDMA基站根據(jù)不同廠商的私有協(xié)議，Abis口數(shù)據(jù)均為基于分組數(shù)據(jù)交換的方式。由于歷史原因，目前中國電信的無線回傳基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)上，仍然基于E1傳輸，CDMA網(wǎng)絡(luò)上的大量CDMA基站，使用IP Over E1的技術(shù)，將基站回傳的Abis接口數(shù)據(jù)，根據(jù)不同廠家的私有協(xié)議，封裝在E1上，利用中國電信現(xiàn)有的E1鏈路回傳數(shù)據(jù)。

2.1 E1數(shù)據(jù)處理方式

以某國內(nèi)cdma2000設(shè)備制造商為例，Abis接口采用高效非時(shí)隙協(xié)議棧（見表1）。EVRC編碼0.4激活因子時(shí)，A bis口語音模型采用業(yè)界常用模型：29% Fu ll Rate；11% Half Rate；60% 1/8 Rate，語音凈載荷見表2。

表1 Abis口協(xié)議棧

表2 語音凈荷

語音幀是20ms一幀，1s有50幀，那么單用戶每秒的流量為：（47＋9）×50×8＝22.4kb/s，假設(shè)使用帶寬為2048kb/s的E1，實(shí)際有效傳輸容量是31個(gè)時(shí)隙，即31×64＝1984kb/s，扣除操作維護(hù)及信令的20kb/s，那么實(shí)際有效帶寬為1964kb/s，再考慮E1的物理傳輸效率，每條E1可以支持的語音用戶為(1964×0.9)/22.4＝79個(gè)用戶。

優(yōu)化后的語音數(shù)據(jù)，加上相應(yīng)的2層（L 2）Ethernet報(bào)頭：14By te、3層（L3）IP報(bào)頭：20By te和4層（L 4）TCP/UDP/RTP報(bào)頭：20By te后，封裝在E1鏈路中。

2.2 IP優(yōu)化方式

當(dāng)采用協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，在效果上類似優(yōu)化設(shè)備與基站直接以IP接口進(jìn)行傳輸。其中優(yōu)化設(shè)備以E1接口方式（Fu ll E1）從BSC/BTS收到數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后，以Ethernet接口方式或V.35接口方式E1接口方式（Fu ll E1或者E1 D&I）輸出給Modem；結(jié)合中國電信應(yīng)急基站和主流衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器的現(xiàn)狀，具體處理方式有以下三種：

（1）TDM-PW

對(duì)于CDMA基站來說，BTS和BSC之間采用E1接口，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備實(shí)現(xiàn)TDMover IP電路仿真功能，通過UDP協(xié)議封裝TDM幀，建立偽線，支持的E1幀格式包括CRC4復(fù)幀，從而實(shí)現(xiàn)端到端的E1仿真。

基于TDM的優(yōu)化技術(shù)（即TDM-PW或者TDMo IP）屬于協(xié)議轉(zhuǎn)換，即“E1/IP轉(zhuǎn)換器”。該技術(shù)是對(duì)E1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行周期性采樣，將采樣后得到的數(shù)據(jù)先進(jìn)行壓縮，再進(jìn)行IP封裝，以IP方式進(jìn)行傳輸，到對(duì)端后恢復(fù)出E1數(shù)據(jù)。這里所采用的壓縮方式屬于“無損壓縮”。由于TDM-PW屬于無損傳輸，因此能夠通過掛誤碼儀來驗(yàn)證信道。對(duì)于臨時(shí)鏈路，建議使用TDM-PW方式，因?yàn)榭梢酝ㄟ^掛表來定性驗(yàn)證信道。

（2）ATM-PW

如果CDMA信道中的數(shù)據(jù)基于ATM封裝，采用ATM-PW的方式能夠獲得更高的優(yōu)化率。這里采用的優(yōu)化方式包括協(xié)議包頭優(yōu)化和空閑包去除兩種途徑。

對(duì)于永久鏈路來說，如基站傳輸信息為ATM格式的話，建議使用ATM-PW方式進(jìn)行優(yōu)化。目前中國電信主流CDMA設(shè)備商基站傳輸數(shù)據(jù)均不采用ATM封裝，所以ATM-PW的優(yōu)化方式?jīng)]有被使用。（

（3）HDLC-PW

HDLC-PW方式與ATM-PW方式類似，其差別在于當(dāng)基站傳輸信息采用HDLC封裝的話，則相應(yīng)使用HDLC-PW方式進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化設(shè)備處理后的數(shù)據(jù)封裝后再次傳輸，傳輸接口包括：

⊙ 以太網(wǎng)接口（Ethernet）方式：L 2網(wǎng)橋模式或L3路由模式。

⊙ E1（Un framed E1，F(xiàn)ull E1，E1 D&I）接口方式。

⊙ V.35接口方式。

對(duì)于CDMA基站衛(wèi)星傳輸來說，若采用IP接口鏈路的話，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于：移動(dòng)設(shè)備（BSC/BTS）無需進(jìn)行任何的配置，業(yè)務(wù)量高則設(shè)置IP速率高，業(yè)務(wù)量低則設(shè)置IP速率低；通過調(diào)整Modem的傳輸速率實(shí)現(xiàn)靈活適配；E1鏈路屬于一個(gè)“硬”管道，存在固定的帶寬，不夠靈活，在應(yīng)急情況下如果傳輸?shù)蜆I(yè)務(wù)流量則會(huì)造成大量的資源浪費(fèi)。

3 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

為驗(yàn)證在中國電信應(yīng)急通信主流衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器和應(yīng)急基站上可以通過增加協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備來進(jìn)行IP傳輸，中國電信進(jìn)行了系統(tǒng)而嚴(yán)格的測(cè)試。中國電信應(yīng)急通信某主流衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器，帶有IP，E1，V.35接口，協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備具備3種（TDM透?jìng)?HDLC/ATM）E1處理模式，其中的TDM透?jìng)骱虷DLC方式可以工作，所以在每種衛(wèi)星環(huán)境下分別測(cè)試TDM透?jìng)骱虷DLC兩種E1處理模式；主流衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器分別使用IP接口和V.35接口與協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備對(duì)接。測(cè)試組網(wǎng)見圖1。

圖1 測(cè)試組網(wǎng)圖

3.1 第一種測(cè)試場(chǎng)景測(cè)試結(jié)果

衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器工作于IP網(wǎng)橋模式，采用IP接口與協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備對(duì)接，協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備工作在TDM透?jìng)髂Ｊ?。測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

⊙ 應(yīng)急基站業(yè)務(wù)正常。

⊙ 在基站無業(yè)務(wù)的情況下，存在124kb/s的背景流量。

⊙ 4路電話語音業(yè)務(wù)時(shí)，每路通話需要大約45kb/s的流量；繼續(xù)增加語音業(yè)務(wù)，增加第5路語音業(yè)務(wù)，流量增加不明顯。

⊙ 當(dāng)信道擁塞時(shí)，所有正在進(jìn)行的通話都被切斷；基站回到空閑狀態(tài)，之后可以再次進(jìn)行通話呼叫。

⊙ 衛(wèi)星通道支持上下行非對(duì)稱數(shù)據(jù)傳輸。

3.2 第二種測(cè)試場(chǎng)景測(cè)試結(jié)果

衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器工作于IP網(wǎng)橋模式，采用IP接口與協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備對(duì)接，協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備工作在HDLC模式。測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

⊙ 應(yīng)急基站業(yè)務(wù)正常。

⊙ 在基站無業(yè)務(wù)的情況下，存在39kb/s的背景流量。

⊙ 4路電話語音業(yè)務(wù)時(shí)，每路通話需要大約45kb/s至50kb/s的流量；繼續(xù)增加語音業(yè)務(wù)，流量增加不明顯。

⊙ 當(dāng)信道擁塞時(shí)，所有正在進(jìn)行的通話都被切斷；基站回到空閑狀態(tài)，之后可以再次進(jìn)行通話呼叫。

⊙ 衛(wèi)星通道支持上下行非對(duì)稱數(shù)據(jù)傳輸，下行方向（BSC到BTS方向）的流量大于上行方向（BTS到BSC方向），無業(yè)務(wù)時(shí)相差20kb/s。隨著業(yè)務(wù)的增加，這個(gè)差值在變大。

3.3 第三種測(cè)試場(chǎng)景測(cè)試結(jié)果

衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器采用V.35接口與協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備對(duì)接，協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備工作在TDM透?jìng)髂Ｊ?。測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

⊙ 應(yīng)急基站業(yè)務(wù)正常。

⊙ 在基站無業(yè)務(wù)的情況下，存在103kb/s的背景流量。

⊙ 多路電話語音業(yè)務(wù)時(shí)，每路通話需要大約25kb/s的流量。

⊙ 當(dāng)信道擁塞時(shí)，所有正在進(jìn)行的通話都被切斷；基站回到空閑狀態(tài)，之后可以再次進(jìn)行通話呼叫。

⊙ 衛(wèi)星通道支持上下行非對(duì)稱數(shù)據(jù)傳輸。

3.4 第四種測(cè)試場(chǎng)景測(cè)試結(jié)果

衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)器采用V.35接口與協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備對(duì)接，協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備工作在HDLC模式。測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

⊙ 應(yīng)急基站業(yè)務(wù)正常。

⊙ 在基站無業(yè)務(wù)的情況下，存在44kb/s的背景流量。

⊙ 多路電話語音業(yè)務(wù)時(shí)，每路通話需要大約25kb/s的流量。

⊙ 當(dāng)信道擁塞時(shí)，所有正在進(jìn)行的通話都被切斷；基站回到空閑狀態(tài)，之后可以再次進(jìn)行通話呼叫。

⊙ 衛(wèi)星通道支持上下行非對(duì)稱數(shù)據(jù)傳輸。

4 測(cè)試結(jié)論

⊙ 阿朗CDMA應(yīng)急基站TDM透?jìng)鞣绞胶虷DLC處理方式均能正常工作，TDM透?jìng)鞣绞娇梢話毂眚?yàn)證信道，HDLC方式不能，但是HDLC處理方式在低載荷條件下的優(yōu)化效果非常好。

⊙ V.35傳輸方式比IP方式帶寬利用率要高，主要原因是幀中繼的包頭開銷要小于以太網(wǎng)IP方式的包頭開銷。

⊙ 不論是IP方式，還是V.35方式，都可以做到不動(dòng)大網(wǎng)（BSC配置），僅通過調(diào)節(jié)衛(wèi)星信道的傳輸速率仍能夠正常使用（前提是衛(wèi)星傳輸速率不小于實(shí)際使用速率），而且均支持非對(duì)稱載波方式。

⊙ 由于優(yōu)化/協(xié)轉(zhuǎn)設(shè)備無法識(shí)別數(shù)據(jù)包的屬性，所以一旦出現(xiàn)擁塞，則會(huì)有掉話，甚至掉站的情況發(fā)生。

⊙ 下行方向的實(shí)際使用帶寬要高于上行方向，在規(guī)劃載波帶寬時(shí)，可考慮上下行非對(duì)稱頻帶設(shè)置。

⊙ 盡管V.35方式可以達(dá)到與IP相同的效果且在低負(fù)荷基站條件下更加節(jié)省帶寬，但是不建議使用協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備上啟用V.35接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。主要的原因是當(dāng)前中國電信應(yīng)急通信的衛(wèi)星傳輸物理接口比較統(tǒng)一：E1或者IP，新增一種傳輸物理接口會(huì)增加操作及維護(hù)的復(fù)雜度。

⊙ IP化傳輸會(huì)帶來時(shí)鐘不同步的客觀問題，測(cè)試環(huán)境使用的是孤立站點(diǎn)，時(shí)鐘同步方面不存在不同步的困擾，在實(shí)際應(yīng)用中，如果出現(xiàn)應(yīng)急基站與其他正常使用基站存在切換關(guān)系，則需要采取措施避免小區(qū)切換掉話，例如GPS時(shí)鐘，本地高穩(wěn)定時(shí)鐘源等方式。

⊙ IP化傳輸可以有效支持多個(gè)E1合并處理，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備，將多個(gè)E1物理端口接入到協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備上，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，合并在1個(gè)以太網(wǎng)端口，封裝在IP后通過衛(wèi)星信道傳輸，能夠大大提高衛(wèi)星信道的適用性。

5 結(jié)束語

通過驗(yàn)證測(cè)試，發(fā)現(xiàn)在衛(wèi)星IP傳輸通道中傳輸基于E1的CDMA基站數(shù)據(jù)是可行的，可以有效提高衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的使用效率。使用協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備，可以減輕對(duì)CDMA基站和基站控制器數(shù)據(jù)配置的壓力，只需要根據(jù)業(yè)務(wù)負(fù)荷情況，規(guī)劃衛(wèi)星傳輸速率即可，提高應(yīng)急情況下CDMA應(yīng)急基站數(shù)據(jù)投入使用的效率。同時(shí)，協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備支持多E1也擴(kuò)展了應(yīng)急的場(chǎng)景。除了在應(yīng)急通信領(lǐng)域中得到應(yīng)用外，在其他衛(wèi)星通信應(yīng)用領(lǐng)域（海洋勘探、礦產(chǎn)勘探等）該技術(shù)都可以得到大范圍的應(yīng)用，極大地開闊了衛(wèi)星通信應(yīng)用的場(chǎng)景。

[1] 范亞希，王一超．TDMover Ethernet技術(shù)及應(yīng)用．通訊世界，2003.2.

[2] 沈宇飛，葛寧．基于以太網(wǎng)傳輸?shù)腅1到IP適配設(shè)計(jì)．電訊技術(shù)，2005:P129-133.

[3] 孫玉．應(yīng)急通信技術(shù)總體框架討論[M]．北京：人民郵電出版社，2009.

[4] 陳山枝，鄭林會(huì)，毛旭，陳琦．應(yīng)急通信指揮：技術(shù)、系統(tǒng)和應(yīng)用[M]．北京：電子工業(yè)出版社2013.

[5] 朱立東，吳廷勇，卓永寧，吳詩其．衛(wèi)星通信導(dǎo)論（第3版）[M]．北京：電子工業(yè)出版社2009.

Research on Optimization of CDMA Satellite Backhaul by IP Transmission

Chen Yue1, Lu Hongtao2
(1.China Telecommunications Corporation, Beijing, 100032;2.Guangzhou Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Guangzhou, 510630)

China Telecom backhauls CDMA BTS link over satellite under emergency situations. To improvethe satellite link efficiency, reduce the complexity of re-configuration of mobile system, the deployed E1 based3G BTS could be carried by IP. This research is focusing on converting the E1 connection between BTS/BSCand satellite modem, which China Telecom primarily used, into IP transmission, and simplifies the BSC data re-configuration. The result was also confirmed by live-environment test at an earth station in Shanghai.

IP transmission; HDLC; TDM-transparent; E1 to IP conversion

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.10.001

TN914.53，TN81

A

1672-7274（2014）10-0001-04

陳 玥，高級(jí)工程師，北京郵電大學(xué)碩士研究生畢業(yè)，現(xiàn)任職于中國電信集團(tuán)公司，主要從事移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信技術(shù)研究工作，公開發(fā)表多篇移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信技術(shù)相關(guān)文章。

盧洪濤，工程師，工學(xué)學(xué)士，電子科技大學(xué)本科畢業(yè)，現(xiàn)任職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要從事移動(dòng)通信和應(yīng)急通信技術(shù)研究和支撐工作，公開發(fā)表多篇論文。