IP傳輸技術優(yōu)化衛(wèi)星傳輸CDMA數據探討

陳 玥，盧洪濤

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

技術研究

IP傳輸技術優(yōu)化衛(wèi)星傳輸CDMA數據探討

陳 玥1，盧洪濤2

（1.中國電信集團公司，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)星傳輸技術傳輸應急基站信號，為降低數據配置復雜度，提高衛(wèi)星帶寬使用效率，應急基站可以應用IP技術傳輸3G信號。本文探討了在中國電信主流衛(wèi)星調制解調器和應急基站E1接口之間應用IP傳輸技術，簡化了數據配置的方法，并在中國電信上海衛(wèi)星地面站開展驗證測試，實地驗證了IP傳輸技術的應用效果。

IP傳輸；HDLC；TDM透傳；協議轉換設備

1 引言

IP傳輸技術在使用衛(wèi)星回傳GSM基站信號得到大量應用。中國電信CDMA網絡日趨完善，在突發(fā)事件和災害發(fā)生時，CDMA應急基站可以發(fā)揮重要作用。目前，中國電信運營的CDMA基站已經大量使用IP傳輸方式，但是應急基站仍然主要使用傳統的E1接口傳輸，如何在應急基站傳輸上使用IP方式，從而降低數據占用帶寬成為中國電信需要研究的課題。

在應急場景下的CDMA應急基站主要采用衛(wèi)星傳輸方式實現數據回傳，降低衛(wèi)星傳輸帶寬可以有效節(jié)約衛(wèi)星轉發(fā)器租用費用。以往采用的傳統E1傳輸方式，最小的傳輸單位是1個2M帶寬（雙向）。而采用IP傳輸技術，可以在確定應急業(yè)務量比較低的情況下，合理降低使用帶寬，從而提高衛(wèi)星轉發(fā)器資源的使用效率。

2 C網基站的IP化傳輸

Abis口是cdma2000無線通信系統中BTS和BSC之間的接口，實現基站和基站控制器的通信和業(yè)務承載。Abis的物理承載鏈路可以為E1/以太網接口的衛(wèi)星、微波或者地面線路。CDMA基站根據不同廠商的私有協議，Abis口數據均為基于分組數據交換的方式。由于歷史原因，目前中國電信的無線回傳基礎網絡上，仍然基于E1傳輸，CDMA網絡上的大量CDMA基站，使用IP Over E1的技術，將基站回傳的Abis接口數據，根據不同廠家的私有協議，封裝在E1上，利用中國電信現有的E1鏈路回傳數據。

2.1 E1數據處理方式

以某國內cdma2000設備制造商為例，Abis接口采用高效非時隙協議棧（見表1）。EVRC編碼0.4激活因子時，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，假設使用帶寬為2048kb/s的E1，實際有效傳輸容量是31個時隙，即31×64＝1984kb/s，扣除操作維護及信令的20kb/s，那么實際有效帶寬為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個用戶。

優(yōu)化后的語音數據，加上相應的2層（L 2）Ethernet報頭：14By te、3層（L3）IP報頭：20By te和4層（L 4）TCP/UDP/RTP報頭：20By te后，封裝在E1鏈路中。

2.2 IP優(yōu)化方式

當采用協議轉換設備進行優(yōu)化時，在效果上類似優(yōu)化設備與基站直接以IP接口進行傳輸。其中優(yōu)化設備以E1接口方式（Fu ll E1）從BSC/BTS收到數據，經過處理后，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；結合中國電信應急基站和主流衛(wèi)星調制解調器的現狀，具體處理方式有以下三種：

（1）TDM-PW

對于CDMA基站來說，BTS和BSC之間采用E1接口，通過協議轉換設備實現TDMover IP電路仿真功能，通過UDP協議封裝TDM幀，建立偽線，支持的E1幀格式包括CRC4復幀，從而實現端到端的E1仿真。

基于TDM的優(yōu)化技術（即TDM-PW或者TDMo IP）屬于協議轉換，即“E1/IP轉換器”。該技術是對E1中的數據進行周期性采樣，將采樣后得到的數據先進行壓縮，再進行IP封裝，以IP方式進行傳輸，到對端后恢復出E1數據。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證信道。對于臨時鏈路，建議使用TDM-PW方式，因為可以通過掛表來定性驗證信道。

（2）ATM-PW

如果CDMA信道中的數據基于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)化方式包括協議包頭優(yōu)化和空閑包去除兩種途徑。

對于永久鏈路來說，如基站傳輸信息為ATM格式的話，建議使用ATM-PW方式進行優(yōu)化。目前中國電信主流CDMA設備商基站傳輸數據均不采用ATM封裝，所以ATM-PW的優(yōu)化方式沒有被使用。（

（3）HDLC-PW

HDLC-PW方式與ATM-PW方式類似，其差別在于當基站傳輸信息采用HDLC封裝的話，則相應使用HDLC-PW方式進行優(yōu)化。優(yōu)化設備處理后的數據封裝后再次傳輸，傳輸接口包括：

⊙ 以太網接口（Ethernet）方式：L 2網橋模式或L3路由模式。

⊙ E1（Un framed E1，Full E1，E1 D&I）接口方式。

⊙ V.35接口方式。

對于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)點在于：移動設備（BSC/BTS）無需進行任何的配置，業(yè)務量高則設置IP速率高，業(yè)務量低則設置IP速率低；通過調整Modem的傳輸速率實現靈活適配；E1鏈路屬于一個“硬”管道，存在固定的帶寬，不夠靈活，在應急情況下如果傳輸低業(yè)務流量則會造成大量的資源浪費。

3 現場測試

為驗證在中國電信應急通信主流衛(wèi)星調制解調器和應急基站上可以通過增加協議轉換設備來進行IP傳輸，中國電信進行了系統而嚴格的測試。中國電信應急通信某主流衛(wèi)星調制解調器，帶有IP，E1，V.35接口，協議轉換設備具備3種（TDM透傳/HDLC/ATM）E1處理模式，其中的TDM透傳和HDLC方式可以工作，所以在每種衛(wèi)星環(huán)境下分別測試TDM透傳和HDLC兩種E1處理模式；主流衛(wèi)星調制解調器分別使用IP接口和V.35接口與協議轉換設備對接。測試組網見圖1。

圖1 測試組網圖

3.1 第一種測試場景測試結果

衛(wèi)星調制解調器工作于IP網橋模式，采用IP接口與協議轉換設備對接，協議轉換設備工作在TDM透傳模式。測試結果發(fā)現：

⊙ 應急基站業(yè)務正常。

⊙ 在基站無業(yè)務的情況下，存在124kb/s的背景流量。

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

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

⊙ 衛(wèi)星通道支持上下行非對稱數據傳輸。

3.2 第二種測試場景測試結果

衛(wèi)星調制解調器工作于IP網橋模式，采用IP接口與協議轉換設備對接，協議轉換設備工作在HDLC模式。測試結果發(fā)現：

⊙ 應急基站業(yè)務正常。

⊙ 在基站無業(yè)務的情況下，存在39kb/s的背景流量。

⊙ 4路電話語音業(yè)務時，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，流量增加不明顯。

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

⊙ 衛(wèi)星通道支持上下行非對稱數據傳輸，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)務時相差20kb/s。隨著業(yè)務的增加，這個差值在變大。

3.3 第三種測試場景測試結果

衛(wèi)星調制解調器采用V.35接口與協議轉換設備對接，協議轉換設備工作在TDM透傳模式。測試結果發(fā)現：

⊙ 應急基站業(yè)務正常。

⊙ 在基站無業(yè)務的情況下，存在103kb/s的背景流量。

⊙ 多路電話語音業(yè)務時，每路通話需要大約25kb/s的流量。

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

⊙ 衛(wèi)星通道支持上下行非對稱數據傳輸。

3.4 第四種測試場景測試結果

衛(wèi)星調制解調器采用V.35接口與協議轉換設備對接，協議轉換設備工作在HDLC模式。測試結果發(fā)現：

⊙ 應急基站業(yè)務正常。

⊙ 在基站無業(yè)務的情況下，存在44kb/s的背景流量。

⊙ 多路電話語音業(yè)務時，每路通話需要大約25kb/s的流量。

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

⊙ 衛(wèi)星通道支持上下行非對稱數據傳輸。

4 測試結論

⊙ 阿朗CDMA應急基站TDM透傳方式和HDLC處理方式均能正常工作，TDM透傳方式可以掛表驗證信道，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，都可以做到不動大網（BSC配置），僅通過調節(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際使用速率），而且均支持非對稱載波方式。

⊙ 由于優(yōu)化/協轉設備無法識別數據包的屬性，所以一旦出現擁塞，則會有掉話，甚至掉站的情況發(fā)生。

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

⊙ 盡管V.35方式可以達到與IP相同的效果且在低負荷基站條件下更加節(jié)省帶寬，但是不建議使用協議轉換設備上啟用V.35接口進行數據傳輸。主要的原因是當前中國電信應急通信的衛(wèi)星傳輸物理接口比較統一：E1或者IP，新增一種傳輸物理接口會增加操作及維護的復雜度。

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

⊙ IP化傳輸可以有效支持多個E1合并處理，通過協議轉換設備，將多個E1物理端口接入到協議轉換設備上，經過數據處理后，合并在1個以太網端口，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 結束語

通過驗證測試，發(fā)現在衛(wèi)星IP傳輸通道中傳輸基于E1的CDMA基站數據是可行的，可以有效提高衛(wèi)星轉發(fā)器的使用效率。使用協議轉換設備，可以減輕對CDMA基站和基站控制器數據配置的壓力，只需要根據業(yè)務負荷情況，規(guī)劃衛(wèi)星傳輸速率即可，提高應急情況下CDMA應急基站數據投入使用的效率。同時，協議轉換設備支持多E1也擴展了應急的場景。除了在應急通信領域中得到應用外，在其他衛(wèi)星通信應用領域（海洋勘探、礦產勘探等）該技術都可以得到大范圍的應用，極大地開闊了衛(wèi)星通信應用的場景。

[1] 范亞希，王一超．TDMover Ethernet技術及應用．通訊世界，2003.2.

[2] 沈宇飛，葛寧．基于以太網傳輸的E1到IP適配設計．電訊技術，2005:P129-133.

[3] 孫玉．應急通信技術總體框架討論[M]．北京：人民郵電出版社，2009.

[4] 陳山枝，鄭林會，毛旭，陳琦．應急通信指揮：技術、系統和應用[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，高級工程師，北京郵電大學碩士研究生畢業(yè)，現任職于中國電信集團公司，主要從事移動通信和衛(wèi)星通信技術研究工作，公開發(fā)表多篇移動通信和衛(wèi)星通信技術相關文章。

盧洪濤，工程師，工學學士，電子科技大學本科畢業(yè)，現任職于中國電信股份有限公司廣州研究院，主要從事移動通信和應急通信技術研究和支撐工作，公開發(fā)表多篇論文。