UTRAN（UMTS无线接入网）系统传输网承载其内部业务传送及至CN（核心网）侧的业务汇聚功能，考虑3G网络内，话音、媒体流及Internet等数据业务的多样性，带宽颗粒度变化较大，原2G系统基于TDM承载方式难以为其提供高效可靠的传输平台，而IP承载技术实现及稳定性争论还仅限于CN侧，因此UMTSR99/R4、CDMA20001X版均采用了基于ATM架构的接入网传输承载理念，其面向连接的特性良好保证了电路交换与分组数据业务的QoS，并可发挥ATM统计复用特性，从而提升传输网承载效率。
1、ATM结构概述
ATM即异步传输模式，概念源于B-ISDN网，信息流由固定长度的短“信元”传送，包含5byte/48byte的信头与净荷，共53byte。短“信元”核心思想为避免长分组包传输延迟并灵活适应带宽，采用基于PVC（永久虚电路）/SVC（交换虚电路）的面向连接方式传送，从而较好满足3G业务多速率特性与QoS需求。
ATM协议栈自下而上依次为物理层、ATM、ATM适配（AAL）及应用四层，结构如图1所示。
图1 ATM协议结构图
其中AAL层按功能被分为两个子层：CS（会聚子层）和SAR（分割与重组子层）。SAR子层用于处理PDU（协议数据单元）的分割与重组，其将从上层取得的PDU映射成固定长度的ATM信元载荷，或将底层传送的信元载荷重新组装成适合高层协议的PDU；CS子层则执行定时、差错检测、信元延迟处理及应用层SDU（业务数据单元）的识别与处理等功能，且可进一步分解为通用部分会聚子层（CPCS）和特定服务会聚子层（SSCS）。此处SDU与PDU的概念区分在于：SDU针对于高层业务数据，而PDU则为将其上层SDU依据本层承载要求附加完成本层协议功能（如ATM功能）的控制头或尾后形成的，且可视为其下层的SDU。
ATM各层相应适配功能原理如图2。
AAL层存在多种分类以用于支持多业务QoS需求：AAL1适于恒定比特率CBR业务如语音；AAL2适于实时性可变比特率RT-VBR业务如压缩视频等；AAL3/4、5则针对可变速率的数据业务。在UTRAN内，通常：Iub/Iur/Iu-CS接口业务数据均基于AAL2；Iu-PS业务数据则由AAL5适配；而各接口信令均采用AAL5方式适配。
依据YD/T1085-2000与YDN053.4-1997规范，对AAL2与AAL5定义如下适配帧结构。
1.1AAL2适配帧结构
参照图2，考虑SSCS层通常为空，因此适配功能主要集中于CPCS与SAR子层。其中：CPCS分组包含3bytes的CPCS分组头（CPCS-PH）及CPCS分组净荷（CPCS-PP）；该分组进入SAR子层，分割或重组为47bytes分组包，并添加1字节开始域SF内容后构成48bytes的SAR-PDU，可作为ATM层信元净荷；最终，48bytes的SAR-PDU进入ATM层，加入5bytes信元头后即适配成53bytes的ATM信元。
当AAL2适配方式应用于低速且有定时要求业务时，由于此类业务产生的数据包Packet较小，单个Packet不足以填满一个53bytes信元，但若要积累一个用户的Packet去填满该信元，又会导致较大时延，因此AAL2将多个用户复用在一个ATM信元上，每个Packet前加一个分组头用以表征分属哪个用户，结构如图3。
由此即允许选择最佳CPCS-PP分组尺寸获取业务最低时延（CPCS-PP长度需依据业务时延要求确定），同时允许多个活动AAL2微通道有效复用在一个VC中，以提高带宽效率。
1.2AAL5适配帧结构
AAL5方式用于适配高速率数据业务。它将高层所传多个长数据包汇聚为一个CPCS-PDU（最长可达65536bytes，可先被缓存），且仅需附加一个8bytes的CPCS-PDU尾部及在用户数据和尾部间进行0～47字节填充（PAD），以保证用户数据加CPCS尾部与PAD总长为48bytes的整数倍，由此即可将数据适配为48bytes的ATM信元净荷格式。AAL5的优点是开销小、纠错强，特别适于可变比特率数据、支持面向连接及对时延不太敏感的业务传送。
其适配信元格式如图4。
其中：PAD为填充字节；CPCS-UU表征CPCS用户到用户指示；CPI为公共部分指示；而Length和CRC则分别表示CPCS-PDU长度与循环冗余校验位。
AAL5方式利于减少多数据包分开计列时的包头开销，降低高速业务时延，提升QoS。
2、IMA技术理念
为进一步提升传输资源利用率，在ATM物理接口引入IMA（ATM反向多路复用）技术，当用户需要接入ATM网络的速率介于两个传统的复用级之间（如T1/E1～T3/E3之间）时，IMA可将该高速链路分拆为多个低速链路传输，并最终复接回原高速连接，此进程中，高速逻辑连接的速率近似等于组成反向复用的几个低速速率值之和，速率值未有损伤。其原理如图5。
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本质上，IMA功能层附属于ATM物理层，仅在原ATM物理层的传输汇聚子层（TC）和ATM层间定义了一个ATM反向复用子层以实现相关功能。其优势在于可动态分配带宽，即在不终止一个连接的同时，增加或减少连接的信道数，这就使得在两点间的连接带宽可依据业务流量而动态改变，从而达到节约带宽资源的目的。
2.1IMAOAM信元
ATMForum在IMAVersion1.0中定义有两种IMAOAM（操作维护）信元：填充信元（Filler Cell）和ICP信元（IMA Control Protocol Cell）两种，其在格式上存有相同点，即：
（1）信元头格式相同。
（2）第6个字节均设置为0X01。表示IMAVersion1.0。
（3）第7个字节第7个bit用于标识OAM信元类型：0表示填充信元，1表示ICP信元。如图6。
图6 IMA OAM信元格式
填充信元的作用主要是在IMA子层实现信元速率的解耦。由于信元的发送应该是连续的，当ATM层没有信元到达时，发送端IMA将通过插入填充信元来维持物理层信元流的连续性。
ICP信元用于保持链路延迟、协议同步及确定IMA组内链路间的差值延迟。发送端利用ICP信元传送IMA配置、同步、状态及故障信息给远端；接收端利用ICP信元完成对ATM信元流的重组。
2.2IMA组中信元的传送方式
IMA协议中的控制单元称为IMAFrame，其由M个连续的信元组成（IMAVersion1.0中规定M必选值为128，可选值为32、64、256，信元在每条链路上标号从0～M-1）。每个IMA Frame中均包含一个ICP信元，其在IMA Frame中的位置并不固定，具体位置由ICP信元格式中偏移字节（Offset Octet）定出。
当IMA组创建成功后，信元在IM组间传送的过程大致如下：
发送端IMA：
（1）IMA首先为组成IMA组中的每条物理链路分配一个LID（链路标识号），其在组内是唯一的；
（2）IMA将来自ATM层信元流以信元为单位，按照循环方式分配到组内各链路上，信元分配到各链路上的顺序遵循LID递升原则。
（3）IMA在组内的每条链路上每128个信元插入一个ICP信元（以链路号递升顺序），以形成一个IMAFrame，并通过ICP信元将IMA配置、同步、状态及故障等信息发送往远端。
（4）若ATM层没有信元送来时，IMA子层则通过插入IMA填充信元来实现信元速率的解耦。
接收端IMA：
（1）遵循LID递升原则接收来自IMA组内各链路上送来的信元。
（2）利用ICP信元携带的信息对链路的差值延迟进补偿，并重组原始信元流。
（3）丢弃填充信元、HEC校验有误信元及经处理后的ICP信元，并将还原后的信元流送往ATM层。
目前IMA技术已实现了在NodeB或RNC设备上的集成。
3、UTRAN网络传输技术
3.13GRAN传输技术演进
2G→2.5G→3G的网络演进正是网络业务基于TDM承载向基于分组（ATM或IP）方式承载的演进过程。而伴随3GRAN（无线接入网）在数据链路层/网络层面的智能化趋势，协议意识增强，同时终端业务亦趋于多元化，其传输网需提供丰富的服务质量保护机制、网络路由计算保护迂回等多类措施。以在可靠性的基础上使得运营商的网络达到最优化，最经济的目的。3G系统传输网的最终演进方向是面向全IP网的构建，包括RAN和CN部分。在各式3G标准中。RAN内传输技术制式选择的演进趋势如图7所示。
3.2主要UTRAN传输技术比较
基于现行主流传输技术，适合3G无线接入传输特性的技术有：ATM、SDH及MSTP等，它们应用于UTRAN时各有利弊：
（1）ATM
优点：由于Iub接口采用的是ATM传输方式，如果能在ATM网络上传输（尤其是采用了VP-Ring的ATM网络可以确保传输安全），可以发挥ATM的统计复用、QoS保证等优势。
缺点：从各运营商现有的传输资源上看，传输网的接入层不存在现成的ATM网络。如果为了3G接入网而建设一个独立的ATM网络，昂贵的ATM交换设备相对3G网络前期业务少、带宽低的情况下是很不经济的，而且ATM技术对其他业务并非最佳解决方案，亦不是技术的发展趋势。
（2）SDH
优点：国内各运营商都拥有丰富的SDH传输资源，考虑到投资成本的原因，利用已有的SDH传输资源组建3G无线接入传输网是个不错的选择。
缺点：采用ATMoverSDH的方式，只是为ATM提供了一种透传方式，这种透传方式通常可采用两种接口方式：STM-1和E1。当采用STM-1接口时，会存在传输效率不高的问题；当采用多个E1接口捆绑进行传输时，又会大量耗费RNC侧的E1接口，造成RNC侧E1的端口压力，这种传输方式亦要求RNC具备处理通道化STM-1信号的能力。
（3）MSTP（多业务综合传输平台）
优点：MSTP代表了现有传输网的发展方向，它基于SDH的传输网络平台，为下一代SDH设备。MSTP设备可提供多种业务接口和处理能力，并依据网络的发展来动态调整ATM、IP或TDM网络的容量，为3G运营商提供高效的传输方案。它不但可以提供传统的TDM业务传输，还可以提供完善的ATM汇聚/交换，二层以太网的汇聚/交换。此外，MSTP技术支持ATM业务的VP/VC交换及ATMVPring等功能，通过业务汇聚实现对ATM带宽的收敛，从而提高传输网带宽利用率；使用VP-Ring可以提供3G业务的多层保护，从而提高承载网的安全性。
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MSTP技术不但可以很好地满足3G网络目前的需求，还可以适合3G网络的未来发展，为将来3G数据业务的开展打下一个很好的基础。同时，MSTP技术的引入亦有利于3G网络以外各种数据业务的发展，如二层的以太网专线，以及二层VPN等。
缺点：目前采用MSTP技术组建的传输环并不是很多，如果大规模的采用MSTP技术的话，可能需要新建传输环，则会增加投资。
4、基于ATM的UTRAN传输组网方案探讨
由前述基于UTRAN适用传输技术的分析可见，在其传输网组建时应平衡传输网的利旧和演进之间的关系，总体建设思路为：在有丰富SDH资源的区域，应尽量利用已有网络；而在传输系统需新建的区域，建设方案需具备一定的前瞻性，故MSTP技术是其较为适宜的承载技术选择。此外，由于NodeB和RNC等的业务接口多类型，可采取诸如IMAE1和STM-1/4ATM等，因而可采用多种架构方式予以实现。
4.1UTRAN传输网分层
3G传输网可依照接入层、汇聚层和核心层的三层结构划分：接入层和汇聚层主要负责3G业务从NodeB到RNC之间的接入与传输，而核心层主要负责RNC到MSC、RNC之间、MSG/GMSC之间、RNC到SGSN以及SGSN/GGSN等设备功能节点之间业务的传输，同时提供与外部网络，如PSTN和Internet等的接口。其结构如图8。
4.23G传输网构建方案浅析
（1）NodeB采用IMAE1
当NodeB采用IMAE1（N×E1）（其为3G传输网初始构建时最普遍的应用情形）时，对于RNC功能节点而言，具有两种组织方案：
其一，为直接采用IMAE1（N×E1）方式，如图9所示。此时IMAE1信号从NodeB接入到MSTP后，在3G传输网的接入层和汇聚层不经过任何IMA的处理，而把IMA E1的终结功能直接放置在RNC节点上进行，也即此时MSTP设备仅仅完成针对IMA E1的透传功能。
这种构建方案最明显的不足有两点：首先，由于没有在3G传输网接入或者汇聚层对于IMAE1进行汇聚处理，带宽浪费严重，没有体现MSTP设备的优势；此外，由于RNC直接采用IMAE1与MSTP设备进行连接，这对于RNC的IMAE1的数量提出了很高的要求，增加了设备成本与机房内电缆维护的负担。
其二为RNC侧采用STM-1ATM接口，此时，需在3G传输网进行相关的IMAE1的终结处理。根据IMAE1在传输网络中终结的不同位置，又可细分为两种情形：即分别在传输网接入层或汇聚层终结，可由图10、11表征。
图10 IMAE1在接入层终结
图11 IMAE1在汇聚层终结
如果IMAE1在接入层的MSTP设备上终结，则要求MSTP具有IMAE1的终结功能和STM-1ATM的VP-Ring功能，这样，Node B的接入业务N×E1终结后，和其它Node B的接入业务动态共享一个VC-4时隙，可充分提高接入层的带宽利用率。这样，汇聚后的IMA E1业务在3G传输层直接透传就可以STM-1接口与RNC对接。这种方案的明显优势是：RNC采用STM-1接口可降低RNC的制造成本和维护成本，此外，在接入层可充分利用传输带宽资源。当然，这种方案也有其不足之处，最显着的就是由于Node B数量过大，而接入层内所有MSTP都要具有ATM（包括IMA）处理能力，因此导致网络整体建造成本显着增加。同时，由于接入层采用的一般是STM-1速率的MSTP设备，这样传输网无法携带其它的业务，如传统的2G业务等。
鉴于图10中的IMAE1的终结方案有诸多不利因素，我们进而对比分析图11所示在汇聚层终结IMAE1方案的优缺点。此时在3G传输网的接入层，IMAE1仅与普通的IMA 2Mbit/s一样进行透传，而IMA E1的终结功能主要由汇聚层的MSTP设备来执行。此时RNC仍然提供的是STM 1接口，其相对于IMA E1接口，同样可以降低RNC的制造成本和维护成本。但对于MSTP设备而言，优势则比较明显：首先，由于在接入层都采用IMA E1的透传方式，传统2G基站的接入SDH仍然可以使用，无需额外改造即可利旧原有设备，且不用在新建的传输接入层中大量采用ATM（包括IMA）板卡，可实现成本的双重节省；其次，在汇聚层IMA E1终结后，采用VP-Ring共享环的方式在各个汇聚节点共享固定的时隙，可充分提高传输带宽的利用率。因而选择汇聚层终结IMA E1方式是比较为适宜的3G传输网络构建方案。
（2）NodeB采用STM-1（基于ATM）
当NodeB采用STM-1（基于ATM）接口时，RNC采用的接口亦为STM-1，其3G传输网络的构建方式如图12。
此时NodeB直接采用STM-1ATM接入业务，而接入层MSTP设备节点采用VP-Ring的方式来在各个接入点之间共享传输带宽。该种方案的优势是在3G业务迅速增长时系统升级方便，但由于NodeB比较分散且数量较多，原有接入层传输设备都需升级，而且要求RNC需要提供大量的STM-1接口，由此使得3G网初建时即显着增加成本负担，因此，该方案在3G传输网络建设初期不宜推广，但在3G业务量很大的局部地域，可予以考虑。
5、结束语
依本文所析，NodeB采用IMAE1接口并且在传输网的汇聚层终结IMA E1是目前最为适宜的UTRAN传输网络构建方案，但由于实际组织UTRAN传输网制约条件的复杂性（如网络规划、标准的完善、地域的分布、业务的分布和建设的周期等），现实构建时可根据个性情况加以方案取舍。但需注意的是，无论何种传输网模式的构建，无线接入网业务基于ATM协议栈传送的机理均是相通的。
未来随HSDPA及1XEV-DO等高速无线接入突进，IP承载将为UTRAN传输技术演进之必然，3GPPR5与3GPP2Release A/B均将其列入研究日程，并已初见成效。但不可否认，以目前全IP发展进程，其任重而道远。仅就UTRAN系统传输接口而言，IP传输所涉及诸如业务QoS、Iub/Iu/Iur口用户平面承载模式及后向兼容等一系列问题，其中任一环节的实现偏差均会导致IP化效果的差强人意。后续针对IP技术QoS保障能力的提升将是IP UTRAN的研究重点。