IP传输技术优化卫星传输CDMA数据探讨

陈 玥，卢洪涛

（1.中国电信集团公司，北京 100032；2.中国电信股份有限公司广州研究院，广州 510630）

技术研究

IP传输技术优化卫星传输CDMA数据探讨

陈 玥1，卢洪涛2

（1.中国电信集团公司，北京 100032；2.中国电信股份有限公司广州研究院，广州 510630）

中国电信大量使用卫星传输技术传输应急基站信号，为降低数据配置复杂度，提高卫星带宽使用效率，应急基站可以应用IP技术传输3G信号。本文探讨了在中国电信主流卫星调制解调器和应急基站E1接口之间应用IP传输技术，简化了数据配置的方法，并在中国电信上海卫星地面站开展验证测试，实地验证了IP传输技术的应用效果。

IP传输；HDLC；TDM透传；协议转换设备

1 引言

IP传输技术在使用卫星回传GSM基站信号得到大量应用。中国电信CDMA网络日趋完善，在突发事件和灾害发生时，CDMA应急基站可以发挥重要作用。目前，中国电信运营的CDMA基站已经大量使用IP传输方式，但是应急基站仍然主要使用传统的E1接口传输，如何在应急基站传输上使用IP方式，从而降低数据占用带宽成为中国电信需要研究的课题。

在应急场景下的CDMA应急基站主要采用卫星传输方式实现数据回传，降低卫星传输带宽可以有效节约卫星转发器租用费用。以往采用的传统E1传输方式，最小的传输单位是1个2M带宽（双向）。而采用IP传输技术，可以在确定应急业务量比较低的情况下，合理降低使用带宽，从而提高卫星转发器资源的使用效率。

2 C网基站的IP化传输

Abis口是cdma2000无线通信系统中BTS和BSC之间的接口，实现基站和基站控制器的通信和业务承载。Abis的物理承载链路可以为E1/以太网接口的卫星、微波或者地面线路。CDMA基站根据不同厂商的私有协议，Abis口数据均为基于分组数据交换的方式。由于历史原因，目前中国电信的无线回传基础网络上，仍然基于E1传输，CDMA网络上的大量CDMA基站，使用IP Over E1的技术，将基站回传的Abis接口数据，根据不同厂家的私有协议，封装在E1上，利用中国电信现有的E1链路回传数据。

2.1 E1数据处理方式

以某国内cdma2000设备制造商为例，Abis接口采用高效非时隙协议栈（见表1）。EVRC编码0.4激活因子时，A bis口语音模型采用业界常用模型：29% Fu ll Rate；11% Half Rate；60% 1/8 Rate，语音净载荷见表2。

表1 Abis口协议栈

表2 语音净荷

语音帧是20ms一帧，1s有50帧，那么单用户每秒的流量为：（47＋9）×50×8＝22.4kb/s，假设使用带宽为2048kb/s的E1，实际有效传输容量是31个时隙，即31×64＝1984kb/s，扣除操作维护及信令的20kb/s，那么实际有效带宽为1964kb/s，再考虑E1的物理传输效率，每条E1可以支持的语音用户为(1964×0.9)/22.4＝79个用户。

优化后的语音数据，加上相应的2层（L 2）Ethernet报头：14By te、3层（L3）IP报头：20By te和4层（L 4）TCP/UDP/RTP报头：20By te后，封装在E1链路中。

2.2 IP优化方式

当采用协议转换设备进行优化时，在效果上类似优化设备与基站直接以IP接口进行传输。其中优化设备以E1接口方式（Fu ll E1）从BSC/BTS收到数据，经过处理后，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）输出给Modem；结合中国电信应急基站和主流卫星调制解调器的现状，具体处理方式有以下三种：

（1）TDM-PW

对于CDMA基站来说，BTS和BSC之间采用E1接口，通过协议转换设备实现TDMover IP电路仿真功能，通过UDP协议封装TDM帧，建立伪线，支持的E1帧格式包括CRC4复帧，从而实现端到端的E1仿真。

基于TDM的优化技术（即TDM-PW或者TDMo IP）属于协议转换，即“E1/IP转换器”。该技术是对E1中的数据进行周期性采样，将采样后得到的数据先进行压缩，再进行IP封装，以IP方式进行传输，到对端后恢复出E1数据。这里所采用的压缩方式属于“无损压缩”。由于TDM-PW属于无损传输，因此能够通过挂误码仪来验证信道。对于临时链路，建议使用TDM-PW方式，因为可以通过挂表来定性验证信道。

（2）ATM-PW

如果CDMA信道中的数据基于ATM封装，采用ATM-PW的方式能够获得更高的优化率。这里采用的优化方式包括协议包头优化和空闲包去除两种途径。

对于永久链路来说，如基站传输信息为ATM格式的话，建议使用ATM-PW方式进行优化。目前中国电信主流CDMA设备商基站传输数据均不采用ATM封装，所以ATM-PW的优化方式没有被使用。（

（3）HDLC-PW

HDLC-PW方式与ATM-PW方式类似，其差别在于当基站传输信息采用HDLC封装的话，则相应使用HDLC-PW方式进行优化。优化设备处理后的数据封装后再次传输，传输接口包括：

⊙ 以太网接口（Ethernet）方式：L 2网桥模式或L3路由模式。

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

⊙ V.35接口方式。

对于CDMA基站卫星传输来说，若采用IP接口链路的话，其最大的优点在于：移动设备（BSC/BTS）无需进行任何的配置，业务量高则设置IP速率高，业务量低则设置IP速率低；通过调整Modem的传输速率实现灵活适配；E1链路属于一个“硬”管道，存在固定的带宽，不够灵活，在应急情况下如果传输低业务流量则会造成大量的资源浪费。

3 现场测试

为验证在中国电信应急通信主流卫星调制解调器和应急基站上可以通过增加协议转换设备来进行IP传输，中国电信进行了系统而严格的测试。中国电信应急通信某主流卫星调制解调器，带有IP，E1，V.35接口，协议转换设备具备3种（TDM透传/HDLC/ATM）E1处理模式，其中的TDM透传和HDLC方式可以工作，所以在每种卫星环境下分别测试TDM透传和HDLC两种E1处理模式；主流卫星调制解调器分别使用IP接口和V.35接口与协议转换设备对接。测试组网见图1。

图1 测试组网图

3.1 第一种测试场景测试结果

卫星调制解调器工作于IP网桥模式，采用IP接口与协议转换设备对接，协议转换设备工作在TDM透传模式。测试结果发现：

⊙ 应急基站业务正常。

⊙ 在基站无业务的情况下，存在124kb/s的背景流量。

⊙ 4路电话语音业务时，每路通话需要大约45kb/s的流量；继续增加语音业务，增加第5路语音业务，流量增加不明显。

⊙ 当信道拥塞时，所有正在进行的通话都被切断；基站回到空闲状态，之后可以再次进行通话呼叫。

⊙ 卫星通道支持上下行非对称数据传输。

3.2 第二种测试场景测试结果

卫星调制解调器工作于IP网桥模式，采用IP接口与协议转换设备对接，协议转换设备工作在HDLC模式。测试结果发现：

⊙ 应急基站业务正常。

⊙ 在基站无业务的情况下，存在39kb/s的背景流量。

⊙ 4路电话语音业务时，每路通话需要大约45kb/s至50kb/s的流量；继续增加语音业务，流量增加不明显。

⊙ 当信道拥塞时，所有正在进行的通话都被切断；基站回到空闲状态，之后可以再次进行通话呼叫。

⊙ 卫星通道支持上下行非对称数据传输，下行方向（BSC到BTS方向）的流量大于上行方向（BTS到BSC方向），无业务时相差20kb/s。随着业务的增加，这个差值在变大。

3.3 第三种测试场景测试结果

卫星调制解调器采用V.35接口与协议转换设备对接，协议转换设备工作在TDM透传模式。测试结果发现：

⊙ 应急基站业务正常。

⊙ 在基站无业务的情况下，存在103kb/s的背景流量。

⊙ 多路电话语音业务时，每路通话需要大约25kb/s的流量。

⊙ 当信道拥塞时，所有正在进行的通话都被切断；基站回到空闲状态，之后可以再次进行通话呼叫。

⊙ 卫星通道支持上下行非对称数据传输。

3.4 第四种测试场景测试结果

卫星调制解调器采用V.35接口与协议转换设备对接，协议转换设备工作在HDLC模式。测试结果发现：

⊙ 应急基站业务正常。

⊙ 在基站无业务的情况下，存在44kb/s的背景流量。

⊙ 多路电话语音业务时，每路通话需要大约25kb/s的流量。

⊙ 当信道拥塞时，所有正在进行的通话都被切断；基站回到空闲状态，之后可以再次进行通话呼叫。

⊙ 卫星通道支持上下行非对称数据传输。

4 测试结论

⊙ 阿朗CDMA应急基站TDM透传方式和HDLC处理方式均能正常工作，TDM透传方式可以挂表验证信道，HDLC方式不能，但是HDLC处理方式在低载荷条件下的优化效果非常好。

⊙ V.35传输方式比IP方式带宽利用率要高，主要原因是帧中继的包头开销要小于以太网IP方式的包头开销。

⊙ 不论是IP方式，还是V.35方式，都可以做到不动大网（BSC配置），仅通过调节卫星信道的传输速率仍能够正常使用（前提是卫星传输速率不小于实际使用速率），而且均支持非对称载波方式。

⊙ 由于优化/协转设备无法识别数据包的属性，所以一旦出现拥塞，则会有掉话，甚至掉站的情况发生。

⊙ 下行方向的实际使用带宽要高于上行方向，在规划载波带宽时，可考虑上下行非对称频带设置。

⊙ 尽管V.35方式可以达到与IP相同的效果且在低负荷基站条件下更加节省带宽，但是不建议使用协议转换设备上启用V.35接口进行数据传输。主要的原因是当前中国电信应急通信的卫星传输物理接口比较统一：E1或者IP，新增一种传输物理接口会增加操作及维护的复杂度。

⊙ IP化传输会带来时钟不同步的客观问题，测试环境使用的是孤立站点，时钟同步方面不存在不同步的困扰，在实际应用中，如果出现应急基站与其他正常使用基站存在切换关系，则需要采取措施避免小区切换掉话，例如GPS时钟，本地高稳定时钟源等方式。

⊙ IP化传输可以有效支持多个E1合并处理，通过协议转换设备，将多个E1物理端口接入到协议转换设备上，经过数据处理后，合并在1个以太网端口，封装在IP后通过卫星信道传输，能够大大提高卫星信道的适用性。

5 结束语

通过验证测试，发现在卫星IP传输通道中传输基于E1的CDMA基站数据是可行的，可以有效提高卫星转发器的使用效率。使用协议转换设备，可以减轻对CDMA基站和基站控制器数据配置的压力，只需要根据业务负荷情况，规划卫星传输速率即可，提高应急情况下CDMA应急基站数据投入使用的效率。同时，协议转换设备支持多E1也扩展了应急的场景。除了在应急通信领域中得到应用外，在其他卫星通信应用领域（海洋勘探、矿产勘探等）该技术都可以得到大范围的应用，极大地开阔了卫星通信应用的场景。

[1] 范亚希，王一超．TDMover Ethernet技术及应用．通讯世界，2003.2.

[2] 沈宇飞，葛宁．基于以太网传输的E1到IP适配设计．电讯技术，2005:P129-133.

[3] 孙玉．应急通信技术总体框架讨论[M]．北京：人民邮电出版社，2009.

[4] 陈山枝，郑林会，毛旭，陈琦．应急通信指挥：技术、系统和应用[M]．北京：电子工业出版社2013.

[5] 朱立东，吴廷勇，卓永宁，吴诗其．卫星通信导论（第3版）[M]．北京：电子工业出版社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

陈 玥，高级工程师，北京邮电大学硕士研究生毕业，现任职于中国电信集团公司，主要从事移动通信和卫星通信技术研究工作，公开发表多篇移动通信和卫星通信技术相关文章。

卢洪涛，工程师，工学学士，电子科技大学本科毕业，现任职于中国电信股份有限公司广州研究院，主要从事移动通信和应急通信技术研究和支撑工作，公开发表多篇论文。