5G業(yè)務(wù)環(huán)境下的傳輸網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案

史 召

（寧夏通信規(guī)劃設(shè)計(jì)院（有限責(zé)任公司），銀川 750011）

傳輸網(wǎng)絡(luò)作為傳送各類通信業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，隨著不同業(yè)務(wù)需求的發(fā)展和變革，在傳送技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)容量等方面必須進(jìn)行超前規(guī)劃。隨著VR、AR、MR、車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)和應(yīng)用的誕生和日漸普及，產(chǎn)生的龐大的終端接入、數(shù)據(jù)流量的需求，以及各種應(yīng)用體驗(yàn)提升的需求，推動(dòng)了5G的研究和發(fā)展。面對(duì)如此繁多的業(yè)務(wù)需求，目前傳輸網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)網(wǎng)結(jié)構(gòu)、路由規(guī)劃、承載容量等，應(yīng)當(dāng)做哪些方面的優(yōu)化、擴(kuò)容或者重建才能更好的承載5G網(wǎng)絡(luò)，滿足各類業(yè)務(wù)的傳輸需求，是當(dāng)前傳輸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)對(duì)5G建設(shè)的首要問(wèn)題

1 概述

從上世紀(jì)八十年代的1G“大哥大”時(shí)代，到九十年代的2G“諾基亞崛起”，再到我國(guó)2009年初頒發(fā)3G牌照、2013年底頒發(fā)4G牌照至今，移動(dòng)通信的更新?lián)Q代，逐漸拓寬了人們認(rèn)識(shí)世界的視野，提供了多樣的人與人之間的交流方式，為人們的日常工作、學(xué)習(xí)途徑和生活便利帶來(lái)了各種可能性。如果說(shuō)，1G向2G的發(fā)展，提高了通信業(yè)務(wù)的質(zhì)量和安全性，2G向3G/4G的轉(zhuǎn)變實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)由通信向個(gè)人應(yīng)用的跨越，如今，4G向5G的轉(zhuǎn)變將成為通信歷史上最重大的變革，實(shí)現(xiàn)由個(gè)人應(yīng)用向行業(yè)應(yīng)用的轉(zhuǎn)變，通信網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)對(duì)象將由普通大眾用戶向行業(yè)用戶拓展，通信網(wǎng)絡(luò)將更智能、靈活、廣泛。

2 三大場(chǎng)景及演進(jìn)趨勢(shì)

2.1 三大場(chǎng)景

5G定義了三大場(chǎng)景，分別為增強(qiáng)的移動(dòng)寬帶（eMBB）、大規(guī)模物體通信（mMTC）、低時(shí)延高可靠連接（uRLLC），其中eMBB相當(dāng)于提高現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)速率，使用戶在傳統(tǒng)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)通信需求上有更好的體驗(yàn)；mMTC和uRLLC是圍繞著人的日常生活、工作需求，產(chǎn)生的各個(gè)行業(yè)內(nèi)大規(guī)模物體連接、高可靠性低時(shí)延類應(yīng)用的新場(chǎng)景。

（1）增強(qiáng)的移動(dòng)寬帶eMBB（Enhanced Mobile Broadband）：顧名思義，就是比現(xiàn)在更寬的寬帶，更快的上網(wǎng)速率，用戶的體驗(yàn)速率從0.1Gbps提升到1Gbps，在此基礎(chǔ)上，目前的視頻將升級(jí)為3D/超高清視頻，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、云存取、高速移動(dòng)上網(wǎng)等大寬帶業(yè)務(wù)也將輕松實(shí)現(xiàn)。

（2）低時(shí)延高可靠連接uRLLC （Ultra Reliable & Low Latency Communication）：此場(chǎng)景在大帶寬的基礎(chǔ)上，對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性高、時(shí)延低為主要訴求，例如自動(dòng)駕駛、工業(yè)自動(dòng)化等。

（3）大規(guī)模物體通信mMTC （Massive Machine Type Communication）：即是將有數(shù)據(jù)傳輸需求的物體進(jìn)行智能化并互聯(lián)，特點(diǎn)是海量的終端連接，主要場(chǎng)景包括智慧城市、智慧家庭、智能水電氣抄表等。

2.2 網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)趨勢(shì)

2.2.1 無(wú)線接入網(wǎng)架構(gòu)的演進(jìn)趨勢(shì)

由于5G網(wǎng)絡(luò)將引入大帶寬和低時(shí)延的應(yīng)用，需要對(duì)4G的無(wú)線接入網(wǎng)（RAN）體系架構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

4G/LTE無(wú)線接入網(wǎng)包含BBU（Baseband Unit，基帶單元）、RRU（射頻拉遠(yuǎn)模塊）兩部分，其中BBU內(nèi)包含實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)協(xié)議和服務(wù)、物理層處理等功能。5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代因重點(diǎn)建設(shè)大量實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)場(chǎng)景，這就對(duì)接入網(wǎng)絡(luò)對(duì)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的響應(yīng)速度提出了高要求，為應(yīng)對(duì)此類需求，5G無(wú)線接入網(wǎng)將原BBU的實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí)兩類業(yè)務(wù)的協(xié)議和服務(wù)功能進(jìn)行分離，即將實(shí)時(shí)協(xié)議和服務(wù)功能進(jìn)行下沉，BBU-RRU重構(gòu)為CU-DU-AAU架構(gòu)。對(duì)于傳輸網(wǎng)絡(luò)目前的前傳和回傳需求也相應(yīng)演進(jìn)為前傳、中傳、回傳，不同單元間的鏈路對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)在帶寬、時(shí)延等方面提出了不同的要求。

圖1 5G RAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化示意圖（轉(zhuǎn)自5G時(shí)代光傳送網(wǎng)技術(shù)白皮書）

2.2.2 無(wú)線核心網(wǎng)架構(gòu)的演進(jìn)趨勢(shì)

4G時(shí)代，核心網(wǎng)部署位置一般在省內(nèi)網(wǎng)絡(luò)骨干核心層，若5G核心網(wǎng)的位置依舊和4G相同，那么用戶設(shè)備到核心網(wǎng)的時(shí)延要求將難以滿足，因此，核心網(wǎng)下移以及云化成為5G核心網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)。首先，現(xiàn)有的核心網(wǎng)將拆分為New Core（新核心網(wǎng)）和MEC（移動(dòng)邊緣計(jì)算）兩部分。新核心網(wǎng)（New Core）將云化部署在城域核心的大型數(shù)據(jù)中心，邊緣計(jì)算（MEC）將部署在城域匯聚或更低的位置，即更靠近用戶的邊緣DC，MEC將分擔(dān)更多的核心網(wǎng)流量和運(yùn)算能力。MEC到New Core則需要承載網(wǎng)提供靈活的Mesh化網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行適配。核心網(wǎng)將形成New Core云互聯(lián)、New Core與MEC間云互聯(lián)、MEC之間邊緣云互聯(lián)。而原來(lái)基站與每個(gè)EPC建立的連接也演進(jìn)為CU到云（MEC）以及云到云（MEC到New Core）的連接關(guān)系。

綜上所述，5G時(shí)代的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)原則即為：對(duì)于時(shí)延敏感的業(yè)務(wù)，應(yīng)用網(wǎng)關(guān)下移，協(xié)同就近轉(zhuǎn)發(fā)；時(shí)延不敏感的業(yè)務(wù)，應(yīng)用網(wǎng)關(guān)集中設(shè)置，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維。5G建設(shè)初期，5G與4G基站回傳帶寬比較如下：

3 傳輸網(wǎng)需求分析

3.1 大帶寬

表1 宏站帶寬需求對(duì)比

（1）接入層帶寬需求。現(xiàn)以6個(gè)低頻宏站組建1個(gè)接入層傳輸設(shè)備環(huán)網(wǎng)為例，滿足1個(gè)基站達(dá)到峰值帶寬、另外5個(gè)基站達(dá)到均值帶寬，單個(gè)基站單小區(qū)達(dá)峰值帶寬、另外2個(gè)小區(qū)達(dá)均值帶寬的情況下，接入環(huán)帶寬計(jì)算如下：

圖2 接入環(huán)容量計(jì)算（轉(zhuǎn)自＜5G承載網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及組網(wǎng)應(yīng)用解決方案＞）

實(shí)際根據(jù)站型及環(huán)網(wǎng)站點(diǎn)數(shù)量不同，對(duì)傳輸設(shè)備接入環(huán)的容量要求可能為25/50/100G。

（2）匯聚層帶寬需求。以單個(gè)匯聚環(huán)網(wǎng)承載6個(gè)接入層環(huán)網(wǎng)為例，收斂比取定為1∶2，單匯聚環(huán)網(wǎng)的帶寬=6*20*0.5=60G。

（3）核心層帶寬需求。以核心環(huán)承載6個(gè)匯聚環(huán)網(wǎng)為例，收斂比取定為1∶4，核心層環(huán)網(wǎng)的帶寬需求=6*60*0.25=90G。

4 傳輸網(wǎng)優(yōu)化方案

4.1 環(huán)網(wǎng)容量

根據(jù)第三節(jié)對(duì)5G無(wú)線基站對(duì)傳輸網(wǎng)帶寬需求的計(jì)算可知，5G業(yè)務(wù)環(huán)境下，傳輸網(wǎng)絡(luò)接入層單個(gè)環(huán)網(wǎng)容量應(yīng)大于20G、匯聚層大于60G、核心層大于90G，據(jù)此可以初步將各層級(jí)網(wǎng)絡(luò)的容量預(yù)估如下：

圖3 5G業(yè)務(wù)下傳輸組網(wǎng)（轉(zhuǎn)自＜5G承載網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及組網(wǎng)應(yīng)用解決方案＞）

現(xiàn)網(wǎng)4G業(yè)務(wù)下，城域傳輸網(wǎng)絡(luò)接入層帶寬普遍為GE容量，少量城區(qū)業(yè)務(wù)密集區(qū)域升級(jí)為10GE容量。上圖即為目前的傳輸網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，可以依據(jù)5G基站建設(shè)進(jìn)度做如下優(yōu)化方案：

（1）5G初期，對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)接入層進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)升級(jí)10G或局部新建25G容量環(huán)網(wǎng)，提供小范圍的大帶寬接入能力，滿足初期少量的業(yè)務(wù)接入；接入層以上則利用現(xiàn)有傳輸網(wǎng)絡(luò)核心層和匯聚層，核心層與5G核心網(wǎng)對(duì)接；初期升級(jí)利用現(xiàn)有4G傳輸網(wǎng)絡(luò)資源，最大限度的保護(hù)已有投資，平滑演進(jìn)到新網(wǎng)絡(luò)

（2）5G規(guī)模部署期，考慮業(yè)務(wù)量很快會(huì)上升，基站數(shù)量多，需要按照基站需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)容量規(guī)劃，接入層隨之新建25G環(huán)網(wǎng)，同時(shí)根據(jù)帶寬需求，逐步擴(kuò)容大容量、高速率端口核心匯聚層網(wǎng)絡(luò)；新建5G核心層，與核心網(wǎng)互通，4G基站業(yè)務(wù)逐步加載到綜合承載平面。

（3）5G成熟期，打造端到端大容量高速率網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)5G的大業(yè)務(wù)量需求，實(shí)現(xiàn)一定程度的大帶寬綜合業(yè)務(wù)承載。

5 結(jié)束語(yǔ)

5G網(wǎng)絡(luò)會(huì)依據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景的不同而采用不同的網(wǎng)絡(luò)部署方式，即使是同一種業(yè)務(wù)（比如eMBB）在不同地區(qū)，也可能因?yàn)闄C(jī)房條件，光纖資源，傳輸距離等條件的不同，而采用不同的部署方式，所以，作為基礎(chǔ)配套的5G傳輸網(wǎng)絡(luò)，也應(yīng)當(dāng)是多種組網(wǎng)方式并存，這就需要傳輸網(wǎng)具備靈活適配各種部署方式的能力，而傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的核心原則仍是業(yè)務(wù)的需求，5G網(wǎng)絡(luò)提供的物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)和超可靠通信應(yīng)用、輔助短距通信，是5G區(qū)別于4G的重要應(yīng)用解決方案，也正是5G傳輸網(wǎng)絡(luò)區(qū)別于4G傳輸網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)化方向。

目前，國(guó)內(nèi)各大運(yùn)營(yíng)商5G網(wǎng)絡(luò)的試點(diǎn)正在如火如荼的進(jìn)行中，不同運(yùn)營(yíng)商采用何種承載方式、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)容量配置等，都需要根據(jù)各自現(xiàn)網(wǎng)條件和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)規(guī)劃具體規(guī)劃。