TD-SCDMA系统中Iub接口流量的探讨

 一、Iub接口协议栈及说明

    TD-SCDMA接入网（universalterrestrialradioaccess network，UTRAN）的结构如图1所示。在TD-SCDMA系统中，通用地面无线接入网络部分主要由无线网络控制器、节点Node-B和用户设备（UE）构成。Iub接口位于节点Node-B与无线网络中心（RNC）之间。Uu接口存在于UE与Node-B之间。在2个RNC之间的是Iur接口，传递2个RNC之间的信息。

图1 TD-SCDMA接入网的结构

    从水平层面来看，Iub接口包括2个功能层：无线网络层和传输网络层。每一层又分为控制平面和用户平面。无线网络层的用户平面由相应的Iub-FP协议组成，其主要功能是把Uu接口上的数据承载到Iub接口的FP数据帧上。在Uu接口上按其功能和任务分为物理层、数据链路层和网络层。具体如图2所示。

图2  Iub接口的功能层

    所有与陆地无线接入网有关的协议都包含在无线网络层。传输网络层是指被UTRAN所选用的标准的传输技术，与UTRAN的特定功能无关。无线网络层规定与Node-B操作相关的程序。由无线网络控制平面（NBAP）和无线网络用户平面（FP）组成。传输网络层，目前采用ATM传输，规定了在Node-B和RNC之间建立网络连接的程序。每个RACH、每个FACH和每个CPCH传输信道都应有一个专用的AAL2连接。

    从垂直平面来看，Iub接口包括无线网络控制面、用户面和传输层控制面。

    ◇无线网络控制面包括应用协议NBAP及用于传输这些应用协议的信令承载。应用协议用于建立到UE的无线链路承载，而这些应用协议的信令承载与接入链路控制协议（ALCAP）的信令承载可以一样也可以不一样，它通过O&M操作建立。

    ◇用户面包括数据流和用于承载这些数据流的数据承载。用户发送和接收的所有信息（如语音和数据）是通过用户面来进行传输的。传输网络控制面在控制面和用户面之间，只在传输层，不包括任何无线网络控制平面的信息。它包括ALCAP（接入链路控制协议）和ALCAP所需的信令承载。

    ◇传输网络的控制面包括用户数据里的数据承载和应用协议里的信令承载。在实时操作中，传输网络用户面的数据承载是由传输网络控制面直接控制的，而建立应用协议的信令承载所需的控制操作属于O&M操作。

    ◇传输网络的用户面在控制面里的应用协议先进行信令处理，这一信令处理通过ALCAP触发数据面的数据承载的建立。并非所有类型的数据承载的建立都需通过ALCAP。如果没有ALCAP的信令处理，就无需传输网络控制面，而应用预先设置好的数据承载。ALCAP的信令承载与应用协议的信令承载可以一样也可以不一样。ALCAP的信令承载通常是通过O&M操作建立的。

    二、Iub接口传输流量估算

    1.Iub接口流量组成

    Iub接口传输流量的估算过程与以下三部分流量的计算有关：Iub接口的语音流量、Iub接口的数据流量以及Iub接口的信令流量。

    2.语音业务的流量

    高层的FP数据帧经过AAL2、ATM、物理层（Physicallayer）各层之后传输，最后的总流量除了高层的数据还包括经过各层的开销，因此需要各层的利用率。各层利用率分析如下：

    语音信道FP数据帧利用率＝73%；

    AAL2层语音包协议利用率＝(41/44)×(47/48)=91.24%（12.2kbit/s的语音业务）；

    ATM层因为一个ATM信元为53个字节，其中包含5个头字节和48字节的CPS-PDU，其利用率为48/53=90.6%；

    物理层如果选取的为E1链路则分为UNI模式和IMA模式，对于目前国内采用的IMA模式，帧长=32、64、128、256时，对应不同帧长的利用率如下：

    帧长为32时，E1利用率为1859kbit/s/2048kbit/s=90.77%。

    帧长为64时，E1利用率为1889kbit/s/2048kbit/s=92.24%。

    帧长为128时，E1利用率为1904kbit/s/2048kbit/s=92.97%。

    帧长为256时，E1利用率为1911.5kbit/s/2048kbit/s=93.33%。

    对于STM-1（VC12）利用率为126/155*E1利用率。

    对于3.4kbit/s的随路信令：3.4kbit/s随路信令利用率＝19/(1+1+1+19+1+2)=76%；3.4kbit/s随路信令AAL2层利用率＝(26/33)×(47/48)=77.1%。

    对于语音业务的流量可以有公式：语音流量（Mbit/s）=语音业务的平均每用户忙时话务量×RNC用户数目×语音激活因子×语音速率/FP数据帧利用率/AAL2利用率/ATM利用率/物理层利用率/1024＋语音业务的平均每用户忙时话务量×RNC用户数目×随路信令激活因子×（随路信令速率/FP数据帧利用率/AAL2利用率/ATM利用率/物理层利用率）/1024。

    3.数据业务的流量

    上行FP数据帧：FP数据帧的利用率=payload/(HeaderCRC/FT+CFN+TFI+TB+spare+CRC)，数据业务分为CS和PS两类。

    (1)CS数据业务：

    64kbit/s，2×80/（1＋1＋1＋2×80＋0＋2）＝97%。

    (2)PS数据业务：

    64kbit/s，4×42/（1＋1＋1＋4×42＋0＋2）=97%；

    128kbit/s，8×42/（1＋1＋1＋8×42＋0＋2）=99%；

    384kbit/s，12×42/（1＋1＋1＋12×42＋0＋2）=99%。

    AAL2层：数据包的协议利用率＝(45/48)×(47/48)=91.8%。

    对于数据业务的流量可以得到：

    数据流量（Mbit/s）=数据业务的平均每用户忙时吞吐量×RNC用户数目/FP数据帧利用率/AAL2利用率/ATM利用率/物理层利用率/3600/1024＋数据业务的平均每用户忙时话务量×RNC用户数目×随路信令激活因子×（随路信令速率/FP数据帧利用率/AAL2利用率/ATM利用率/物理层利用率）/1024。

    4.信令流量

    信令流量包括FP帧、公共信道流量、Iub信令流量以及IPoA数据。

    (1)FP帧及控制信道流量

    FP控制帧的速率：上行，（160＋64）bit/s＝224bit/s；下行，（120＋9.6）bit/s＝129.6bit/s。

    可得：

    FP控制帧上行流量（Mbit/s）=业务的平均每用户忙时话务量×RNC用户数目×（224/业务AAL2层利用率/ATM层利用率/物理层利用率）/1024/1024。

    FP控制帧下行流量（Mbit/s）=业务的平均每用户忙时话务量×RNC用户数目×（129.6/业务AAL2层利用率/ATM层利用率/物理层利用率）/1024/1024。

    公共信道主要包含RACH、FACH、PCH三部分，假设一次完整的呼叫各包含一次上述过程可得。

    对于RACH：TBSize=168bit，TTI=10ms。HeaderCRC/TF＋CFN＋TFI＋PropagationDelay＋TB＋CRCI＋spare＋CRC＋AAL2头。经过AAL2封装后块大小：1＋1＋1＋1＋168/8＋1＋2＋2＋3×2＝36Byte

    对于FACH（只考虑信令不考虑数据信道）：TBSize＝171，TTI＝20ms。HeaderCRC/TF＋CFN＋TFI＋TransmitPowerLevel＋TB＋spare＋CRC＋AAL2头。FP/AAL2封装后块大小为1＋1＋1＋1＋171×2/8＋2＋3×2 ＝54.75Byte

    对于PCH：TBSize＝240，TTI＝10ms。HeaderCRC/TF＋CFN/PI＋TFI＋PI-bitmap＋TB＋spare＋CRC＋AAL2头。（PI-bitmap的长度与公共信道的配置有关，对应18、36、72、144寻呼指示的配置，长度分别为3、5、9、18字节。当前公共信道使用18寻呼指示的配置。）则FP/AAL2封装后块大小为1＋2＋1＋3＋30＋2＋3＝42 Byte

    最终可得控制帧及公共信道的流量为：

    公共信道上行流量＝RACH块大小×8×业务的平均每用户忙时话务量×RNC用户数目/业务AHT/ATM利用率/物理层利用率/1024/1024

    公共信道下行流量＝（FACH块大小＋PCH块大小）×业务的平均每用户忙时话务量×RNC用户数目/业务AHT/ATM利用率/物理层利用率/1024/1024

    (2)控制面的流量

    控制平面传递的NBAP信令是伴随着业务流量的，因此根据一次完整业务（MOC/MTC、IMSIATTACH/DETACH、LAU、SMS）的过程可以大致得到控制面的信令流量。在传递过程分为NBAPCommonProcedures和NBAP Dedicated Procedures，两种模式流量不同应该按照最大的来计算，每个Node-B控制面包含1个NCP、1～n个CCP、1个ALCAP链路。另外还要考虑1个IPoA。

    NCP过程流量为：

    上行流量（Mbit/s）＝[RNC中Node-B数×平均每Node-B的小区数×（48+48）×8/1024/1024/20＋ε96×业务的平均每用户忙时话务量×RNC用户数目/业务的AHT×3.67]×8/ATM层利用率/物理层利用率/1024/1024（包括Node-B所有用户按呼叫中交互的NCP信息折算到一个用户全部业务后的总流量和小区的两个200ms的周期性测量）

    下行流量（Mbit/s）＝144×业务的平均每用户忙时话务量×RNC用户数目/业务的AHT×3.67×8/ATM层利用率/物理层利用率/1024/1024（NodeB所有用户按呼叫中传递的RL_SET_REQ信息折算到一个用户全部业务后的总流量）

    CCP过程流量为：

    上行流量（Mbit/s）＝[(48+96+48×2+48+(48+48+48))×2.67×CS语音业务平均每用户忙时话务量×RNC用户数目/业务的AHT＋（48＋96＋48×2＋48＋（48＋48＋48）×2.67）×CS数据业务平均每用户忙时话务量×RNC用户数目/业务的AHT＋48×RNC用户数（CS语音业务平均每用户忙时话务量/4.8＋CS数据业务平均每用户忙时话务量/0.64）]×8/ATM层利用率/物理层利用率/1024/1024（假设两种测量都打开，包括语音业务和数据业务的不同信令计算）

    下行流量（Mbit/s）＝（（336＋48＋（96＋48）×2＋48）＋（96＋48＋48）×2.67）×（CS语音业务平均每用户忙时话务量×RNC用户数目/业务的AHT＋CS数据业务平均每用户忙时话务量×RNC用户数目/业务的AHT）]×8/ATM层利用率/物理层利用率/1024/1024（包括小区重配置信息、删除信息、语音数据业务的两个测量流量和折算到其他业务流量）

    ALCAP过程流量为：

    上行流量（Mbit/s）=[（（48＋48）×3＋（48＋48）×2.67）×（CS语音业务平均每用户忙时话务量×RNC用户数目/业务的AHT＋CS数据业务平均每用户忙时话务量×RNC用户数目/业务的AHT）]×8/ATM层利用率/物理层利用率/1024/1024（包括ECF、RLC消息和折算的其他业务后的总流量）

    下行流量（Mbit/s）＝[（（96＋48）×3＋（96＋48）×2.67）×（CS语音业务平均每用户忙时话务量×RNC用户数目/业务的AHT＋CS数据业务平均每用户忙时话务量×RNC用户数目/业务的AHT）] ×8/ATM层利用率/物理层利用率/1024/1024（包括ERQ、RLSD和折算的其他业务后的总流量）

    IPoA过程流量为：上行流量（Mbit/s）主要是设备的告警信息；下行流量主要是通过该通道下发的配置命令，和下载软件版本时需要的流量，设备实现中采用默认64kbit/s

    因此，控制面流量（上下行）＝NCP过程流量＋CCP过程流量＋ALCAP过程流量+IPoA过程流量

    最终可得：Iub接口的总流量＝（Iub接口的语音业务流量＋Iub接口的数据业务流量＋FP控制帧及公共信道的流量＋Iub接口的信令流量）×（1＋工程冗余度）+IPoA总流量

    Node-B到RNC所需E1数量＝Iub接口的传输层流量/E1链路有效带宽

    根据上面所讨论的方法，可以将其应用于Iub的实际计算中，对不同站型得出不同的Iub接口E1需求。

    在网络初期每载频的上下行时隙配置为3:3，具体计算结果如表1所示。