關于5G時代的傳輸網絡方案研究

王青明

（中國移動通信集團設計院有限公司新疆分公司，烏魯木齊 830027）

1 5G網絡概述

5G技術是4G技術的擴展，5G時代的來臨在傳輸承載等方面提出了更為嚴格的要求，采用新的空中接口技術，提供大帶寬、低時延和高精度的業務，主要的應用場景包括：增強型移動寬帶（eMBB）、大規模規模機器通信（mMTC）、高可靠低時延通信（uRLLC）。三個場景都需要5G網絡更加靠近用戶，5G網絡結構的變化，需要承載網在結構上、技術上進行優化，來滿足5G網絡的新挑戰。5G網絡是一個多場景融合網絡和一個端到端的生態體系，它使萬物互聯成為可能，它在網絡通信、承載業務、終端等領域跨越式發展和創新，提供人與人、人與物以及物與物之間自由、高速、安全的連接。因此，5G傳輸承載網將在網絡帶寬、時延及時間精度上提出更高的要求。下面將針對這些需求進行分析。

2 5G承載網的需求

2.1 帶寬需求

5G網絡的實現，采用的頻段是3.3GHz-3.6GHz和4.8GHz-5.0GHz，提供100MHz-200MHz連續頻譜，這使得5G網絡基站對帶寬的要求大大提高，5G基站帶寬均值將超過1Gb/s，峰值更是超過10Gb/s，與4G相比，是其帶寬要求的10倍。對于流量的需求，主要是因為在5G網絡中，所采用的是超密集組網，而5G的站間距與4G相比較，顯得更為緊密。

2.2 時延需求

5G應用場景包括：增強型移動寬帶（eMBB）、大規模規模機器通信（mMTC）、高可靠低時延通信（uRLLC）三類，業務大致分為：移動通信、視頻業務、云計算、智能停車、工業控制、機器人協助、電子健康、公共安全、自動駕駛、高鐵和飛機等，在不同應用時延要求不同。

在3GPP標準組織所規定的5G時延的相關技術指標中，對增強型移動寬帶（eMBB）應用場景的移動終端時延規定在4ms，對高可靠低時延通信（uRLLC）應用場景的移動終端時延規定在0.5ms。對端到端時延為ms量級，這就意味著5G數據機房與5G基站之間的物理距離不能超過50Km。而要達到降低時延的目的，就需要對網絡的組建方式進行一定的改造和優化

2.3 高精度

5G新的幀結構要求±390ns時間同步精度，針對超高精度時鐘同步，在系統上采用全面優化時鐘布局，對系統內部時鐘信號時延進行精確測量和補償，提高同步系統內同步精度，要求±130ns時間同步精度，消除時鐘信號同步和發送的誤差；架構上采用全新時鐘芯片平臺方案和雙時鐘互備構架，為時間同步提供高穩定、高可靠的時鐘源，可以承載單節點精度達到±5ns要求。

因此，在研究如何滿足5G技術指標的前提下，提高接入網在復雜場景下的整體接入性能，傳統網絡結構已經不能滿足5G需求，改變網絡結構勢在必行。網絡結構的變化將對承載網提出新的要求，提供高效靈活的控制轉發功能、支持高智能運營、開放網絡接入能力和提升整體網絡水平，這將是5G是商用的關鍵前提。

3 5G發展的承載網網絡演進探討

3.1 傳輸網結構扁平化，應用下移

傳輸網絡經過Mesh化、扁平化后，能夠更加靈活地實現業務的轉發和調度，應對ex2橫向流量的增加，減少業務的時延。

前期，三層網絡可下沉到地州核心生產樓的骨干匯聚設備，將縣城重要匯聚設備作為L2/L3橋接設備，傳輸路徑為接入-匯聚-骨干-匯聚-接入，相比4G網絡結構減少了跳數、接入距離較近。L2/L3設備上行采用口字型組網，單端口逐步滿足100G以上的大容量設備，為5G帶寬需求做準備。

后期，三層網絡可下沉到縣城重要匯聚設備，將普通匯聚設備作為L2/L3橋接設備，傳輸路徑為接入-匯聚-接入，跳點更少、接入距離更貼近用戶。L2/L3設備上行采用口字型組網，單端口逐步滿足400G以上的大容量設備，滿足5G帶寬需求。

匯聚層采用Mesh組網，帶寬支持400G或1T；接入層仍以環網形式接入，帶寬支持單環40G或100G。

3.2 SPN化的網絡結構

SPN（分片分組網）是在物理層、鏈路層和轉發控制層采用新技術，提出5G承載全新技術和架構，具備大帶寬、低時延、靈活智能等特點。

SPN新傳輸平面技術具備三個特點：第一，面向PTN演進升級、互通及4G與5G業務互操作，需兼容現有PTN網絡功能；第二，面向大帶寬和靈活轉發需求，需進行多層資源協調和融合L0～L3能力；第三，面向超低時延與垂直行業，需支持軟、硬隔離切片和融合TDM、分組交換能力。

SPN架構包括切片分組層（SPL）、切片通道層（SCL）、切片傳送層（STL）等組成，其中切片分組層是實現分組數據的路由處理、切片通道層是實現切片以太網通道的組網處理和切片傳送層是實現切片物理層編解碼及DWDM光傳送處理。

下一代傳輸網以5G承載為核心，兼顧家客、集客業務綜合承載，SPN是打造未來統一高效綜合業務傳輸網絡的優選方案。

4 結束語

2G、3G、4G移動通信主要支持語音、短信、視頻等通信服務，而5G不僅滿足超高流量需求、高強度的連接需求和更高可靠低時延需求，而且還是面向未來數字世界的強大基礎設施平臺。因此本文結合具體的業務需求，提出了5G承載網傳輸解決方案，網絡結構扁平化和SPN網絡結構，滿足大帶寬、差異化時延、超高精度時間同步、網絡切片及未來網絡持續演進的需求。