5G承載技術初研

侯揚 賀石嘉 中國移動通信集團設計院有限公司湖南分公司

1.概述

展望未來十年，無線通信產業新業務、新需求將持續快速發展，5G無疑將是其中的主角。

與前幾代移動通信技術不同的是，5G將強力驅動全產業的數字化轉型，從以前側重于人與人的連接、簡單業務轉變到萬物互聯、全業務發展，覆蓋物聯、車聯、VR、工廠、醫療、智慧城市、無人機等更多行業應用場景，無人駕駛、遠程醫療、遠程機械控制等眾多行業的顛覆式創新將在5G時代從夢想照進現實。

5G承載是5G端到端系統的基礎，本文將對5G承載技術進行初步探索。

2. 5G業務場景及架構演進

相比4G主要考慮人與人，追求速率，5G不僅考慮人與人，也考慮人與物、物與物，重點關注速率、連接數密度和時延三大最關鍵性能指標。

IMT-2020被確認為5G唯一的官方候選名稱，確定了三大類應用場景：增強移動寬帶、海量機器類通信、超可靠低時延通信。

2.1 5G無線架構演進

5G無線基站功能將分解為CU、DU和AAU三個功能模塊,標準化中確定的CU/DU都是邏輯網元，實際兩者可以分開，也可以一體化部署，兩種方式在5G系統均有可能部署,承載網需要多種部署方式的承載需求。

2.2 5G核心網的變化

運營商在2G/3G/4G時代，基本上以2C市場為主，用戶行為簡單、需求簡單，導致運營商形成了傳統CT的封閉電信網絡。5G時代以行業市場為主，需求繁雜、零散，三大場景業務對網絡的帶寬、時延等要求差異化巨大。

5G核心網云化下移給承載網帶來的最大變化是連接變化及降低網絡時延，核心網部分功能將下沉至城域，MEC/RGW可能會下沉至城域匯聚節點，DGW可能下沉至城域核心節點，城域網需考慮GI接口互聯網流量的疏導。

3. 5G承載網需求

3.1 5G大帶寬需求

根據中國移動在MWC2017發布的5G原型樣機白皮書中對5G各類站型帶寬的核算，低頻單站峰值帶寬將超5G，高頻單站峰值帶寬近20G。

結合現網接入環、匯聚環、核心環情況分析，理論上來看，接入層需支持50GE/100GE，匯聚層需支持100GE/200GE，核心層需支持200GE/400GE。

3.2 5G低時延需求

不同的應用對時延的要求不同，詳細見下表。為滿足5G超低時延業務需求，除了承載設備降低單跳時延之外，主要需要通過降低空口時延，以及核心網下移以減少光纖時延。

類別 4G時延 標準參考 5G時延 標準參考User Plane(one way) 10ms TR 25.913 參考各業務標準Control Plane 100ms TR 25.913 10ms TR 38.913 V2X 20ms～100ms TS 22.185 3ms～10ms TS 22.186 eMBB 10ms NA 10ms TR 22.863 mMTC NA NA 時延不敏感 TR 22.861

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3.3 5G網絡切片需求

5G垂直行業IoT差異化對網絡提出端到端切片訴求，網絡分片的推動力來源于5G的多樣化應用場景，連續廣覆蓋、熱點高容量、低時延高可靠、低功耗大連接等場景差異巨大，承載網需滿足時延保證、路徑選擇，帶寬保證等方面嚴格區分和精細控制，滿足差異化SLA業務需求。

3.4 5G時間同步需求

根據3GPP的TS38.104，分析了5G的頻率同步和時間同步的性能指標需求，結論是5G 基本業務同步需求與4G相當，均為3us；5G協同業務需求指標：65ns/130ns/260ns/3us；絕大多數百納秒量級的時間同步要求一般發生在同一個RRU內的2個載波，無需網同步；少量百納秒量級的時間同步要求可能發生在同一CU/DU下的不同RRU之間，需基于前傳網實現網同步；對于基站定位等業務，則提出了更高的時間同步指標要求，如3m定位精度需10ns時間同步精度，基于網同步實現難度較大，需結合其它定位技術實現。

4. 5G承載網關鍵技術

總體來看，面向5G的需求，承載網必須具備以下的關鍵技術：

4.1 大帶寬技術

4.2 超低時延技術

分組網絡時延關鍵影響因素在“距離”、“轉發速度“、”擁塞”，通過網絡架構優化、轉發面新技術和信道化隔離，可有效控制時延。

4.3 網絡分片技術

FLexE實現網絡分片是基于傳統以太網的輕量級增強，引入FlexE Shim（時隙化技術），采用64/66bit以太網的物理層碼塊，基于64/66bit塊構成時隙，將TDM交換與分組交換融合，簡單來講，FlexE = 標準以太網 + 時隙調度。

4.4 靈活組網技術

在支持靈活調度方面引入SR和SDN技術，SR是基于MPLS分段路由的傳送網絡應用，實現業務與網絡解耦支持連接和無連接業務模型，增加”雙向SR-TP隧道”和“面向連接OAM”特性 ；SDN Based L3VPN是基于SDN集中控制的IP路由技術，提供集中式路由控制能力，路由策略靈活可編程能力，實現業務靈活調度，利用路由集中策略和分布式協議之間的適度結合，降低轉發設備復雜度。

4.5 高精度時間同步

采用超高精度技術，把5G同步精度由4G的±1.5微秒提升至±390納秒量級，需要更嚴格控制設備內部同步時戳和芯片延時處理，涉及同步硬件的更新。

5. 5G承載建議

根據相關指導意見，5G承載堅持現網演進路線，確保4G建設的網絡在5G承載時能充分發揮效益。

現有的網絡初期以容量提升為主，建議市城區接入層升級至50GE環網，部分區域10GE環可滿足少量5G站接入；中期根據流量變化逐步擴容升級，市城區匯聚層升級至200GE；后期全網流量快速增長，核心層引入400GE接口。

現階段應加大基礎資源的儲備工作，機房與系統建設相匹配，適度超前規劃，面向全專業各系統組網需求進行布局，進行資源整合，挖潛現有機房資源能力；管道與光纜建設相匹配，根據光纜網絡建設需求，加大市政道路管線覆蓋力度，挖潛整改，合理規劃，提升現有管線資源使用效率。