5G時代接入網(wǎng)傳輸設(shè)計(jì)初探

湯磊

面向2020年，移動通信技術(shù)和產(chǎn)業(yè)將邁入5G階段。接入網(wǎng)傳輸設(shè)計(jì)是支撐5G業(yè)務(wù)發(fā)展的基礎(chǔ)，本文在5G業(yè)務(wù)接入網(wǎng)傳輸需求的基礎(chǔ)上，簡述了5G組網(wǎng)的幾種傳輸設(shè)計(jì)方案。

一、5G網(wǎng)絡(luò)簡述

隨著通信行業(yè)高速發(fā)展，國內(nèi)移動通信技術(shù)從滿足最初用戶語音業(yè)務(wù)需求發(fā)展至今滿足速率為：100Mbps-1Gb移動寬帶業(yè)務(wù)需求，伴隨5G時代到來新增多樣化指標(biāo)、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)（萬物互聯(lián)）等接入需求。

在即將到來的2020年和未來十年內(nèi)，隨著5g時代對到來，多樣的業(yè)務(wù)需求會對國內(nèi)移動數(shù)據(jù)流量將出現(xiàn)井噴式爆炸增長。

圍繞5G關(guān)鍵資源獲取、國際規(guī)則制定的博弈也日趨尖銳復(fù)雜。基于話語權(quán)和網(wǎng)絡(luò)安全的考慮，各國政府積極謀求掌握發(fā)展主動權(quán)，加快5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局，適時推出發(fā)展戰(zhàn)略以釋放數(shù)字紅利。

未來，5G將廣泛地應(yīng)用在個人穿戴、居家生活、休閑娛樂和云端辦公，以及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、教育、交通、金融和環(huán)境等各行業(yè)領(lǐng)域。

（一）5G業(yè)務(wù)特性及挑戰(zhàn)

1、用戶體驗(yàn)速率

3D超高清視頻（8K）視頻最基礎(chǔ)的傳輸速率要求達(dá)到96Gbps，經(jīng)百倍壓縮后的8K視頻最基礎(chǔ)的傳輸速率也需要960Mbps。

2、接入密度

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)VR/AR、高清語音等業(yè)務(wù)需要進(jìn)行實(shí)時交互，對用戶的上下行傳輸速率提出嚴(yán)格要求。

3、低時延

要求達(dá)到無感知級別，輕觸及達(dá)。要求基本時延控制在10ms內(nèi)。

（二）5G時代業(yè)務(wù)典型場景

GB/秒比特通信、無人自動駕駛3D、超高清視頻、移動醫(yī)療、高清語音、云辦公娛樂、智能家居、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)VR/AR、自動化工業(yè)、智慧城市、智慧校園。

二、5G網(wǎng)絡(luò)對傳輸?shù)男枨?/h3>

基于5G業(yè)務(wù)特性對接入網(wǎng)承載需求提出更高的要求，各項(xiàng)指標(biāo)要求如表1：

5G典型應(yīng)用場景的性能要求如表2所示。

4G與5G關(guān)鍵指標(biāo)感性認(rèn)識如表3所示。

三、5G網(wǎng)絡(luò)的接入組網(wǎng)

一般來說，在無線通信范疇內(nèi)，接入網(wǎng)指的無線接入網(wǎng)（Radio Access Network）。現(xiàn)如今，手機(jī)是我們不可或缺的一部分，接入網(wǎng)的功能就是將所有的客戶端都連接在一起，基站就是匯聚的節(jié)點(diǎn)。

從始至終，通信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)組成是：客戶端-接入網(wǎng)-承載網(wǎng)-核心網(wǎng)，信息流在這4個組成內(nèi)雙向傳遞，本質(zhì)過程也就是編碼解碼、調(diào)制解調(diào)、加密解密。

一個基站通常包括BBU、RRU、饋線以及天線。在早期，所有的傳輸設(shè)備與供電單元，是集中安裝在一個機(jī)柜或機(jī)房內(nèi)的。在長久的使用過程中，為了適應(yīng)不用場景的需求，我們首先就是把BBU和RRU拆分了。BBU任然安裝在機(jī)柜內(nèi)，RRU被掛在機(jī)房的內(nèi)墻上。再往后期發(fā)展，RRU被搬到了天線的身邊（所謂的“RRU拉遠(yuǎn)”），這樣我們由無線接入網(wǎng)（RAN）轉(zhuǎn)變?yōu)榱朔植际綗o線接入網(wǎng)（D-RAN）。

通過試點(diǎn)使用，我們發(fā)現(xiàn)D-RAN模式的多種優(yōu)點(diǎn)：縮減RRU與天線的饋線長度；減少饋線的傳遞損耗；降低饋線成本；另一方面可以更加靈活的規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，RRU與天線的集成由于體積的縮小，不在受限于不同場景的安裝工藝需求。

但運(yùn)營商在D-RAN的建設(shè)中任然承擔(dān)著巨大的成本壓力，為了安裝BBU與相關(guān)的配套設(shè)備包括電池組、空調(diào)，需要租賃或建設(shè)大量的室內(nèi)機(jī)房或方艙。在這種壓力下之下，運(yùn)營商推出了C-RAN的解決方案。

C-RAN，意思是Centralized RAN，集中化無線接入網(wǎng)。這個C不僅代表集中化（centralization），還代表了：運(yùn)化（cloud）、協(xié)作（cooperation）、清潔（clean）。BBU的集中堆疊我們可以很形象的稱之為——基帶池。集中化的C-RAN建設(shè)，可以有效地解決了前文所說的成本問題。意味著運(yùn)營商可以把資金更多的投入到基站、基礎(chǔ)設(shè)備、電費(fèi)上，減少建設(shè)、購置、租賃機(jī)房與方艙的巨大成本。并且分散的BBU變成集中的基帶池后，可以有效的統(tǒng)一管理和調(diào)度。

在5G網(wǎng)絡(luò)中，接入網(wǎng)被拆分重新構(gòu)建為以下3個功能實(shí)體，如表4所示。

要實(shí)現(xiàn)已上功能，有一個關(guān)鍵概念——切片，本質(zhì)上就是將運(yùn)營商的物理網(wǎng)絡(luò)劃分為多個虛擬網(wǎng)絡(luò)，每一個虛擬網(wǎng)絡(luò)根據(jù)不同的服務(wù)需求，比如時延、帶寬、安全性和可靠性等來劃分，以靈活的應(yīng)對不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景。

依據(jù)第五代移動電話行動通信標(biāo)準(zhǔn)提出的相應(yīng)要求，CU、DU、AAU均可以采用分開部署或者集中部署的方式，所以，跟據(jù)所采取的部署方式將會出現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)部署姿態(tài)，如表5所示。

四、5G網(wǎng)絡(luò)的幾種傳輸設(shè)計(jì)方案

5G網(wǎng)絡(luò)的站址密集程度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)基站，物理站距大概為200米左右。這對傳輸資源是一大考驗(yàn)，對接入網(wǎng)的傳輸設(shè)計(jì)也是一項(xiàng)考驗(yàn)。現(xiàn)根據(jù)5G的密集接入特性，接入網(wǎng)傳輸設(shè)計(jì)一般有以下幾種方案：

（一）物理站直接接入光交

通過光纜就近接入綜合業(yè)務(wù)區(qū)光交，或者小區(qū)寬帶光交，通過光交資源跳纖至5G信源點(diǎn)即C-RAN機(jī)房（后續(xù)信源點(diǎn)均用此代之）。此方案對現(xiàn)網(wǎng)的光交資源要求較高，需要保證各光交至C-RAN機(jī)房的光纜通路是暢通的。二是需要保證現(xiàn)有纖芯的質(zhì)量能滿足傳輸需求。

此方案可以用光交與光交的綜合業(yè)務(wù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行跳纖，實(shí)現(xiàn)傳輸接入。此方案適合綜合業(yè)務(wù)區(qū)成型，且光交光纜資源豐富的區(qū)域，如密集城區(qū)，縣城，密集商業(yè)區(qū)等場景。

（二）物理站直接接入基站

通過光纜直接接入現(xiàn)有基站，如果基站有C-RAN機(jī)房，則可直接開通。如果C-RAN機(jī)房，則可通過基礎(chǔ)傳輸網(wǎng)跳纖至有C-RAN機(jī)房，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的開通。

此方案適合綜合業(yè)務(wù)區(qū)不成熟，但基礎(chǔ)傳輸網(wǎng)絡(luò)資源豐富的區(qū)域，如一般城區(qū)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)等場景。

（三）物理站直接接入機(jī)房

通過光纜直接接入現(xiàn)有機(jī)房，通過機(jī)房內(nèi)信源直接開通，如機(jī)房不是C-RAN機(jī)房，未布置5G信源，可升級為C-RAN機(jī)房實(shí)現(xiàn)開通。如無法新增5G信源，也可以通過機(jī)房光纜跳纖至C-RAN機(jī)房，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的開通。

此方案適合傳輸資源一般，基站密度不足，業(yè)務(wù)流量不高的地區(qū)，如偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，農(nóng)村等場景。

五、結(jié)語

本次探討的接入網(wǎng)傳輸設(shè)計(jì)方案只是初步的幾種方案，具體設(shè)計(jì)受現(xiàn)場的局限性很大。傳輸設(shè)計(jì)不但要考慮環(huán)境的因素，資源的因素還要考慮人文的因素。只有充分的考慮了這幾點(diǎn)我們的設(shè)計(jì)才不會出現(xiàn)被設(shè)計(jì)，無用設(shè)計(jì)等狀況。

在5G的時代，接入網(wǎng)的傳輸設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的工作，因此我們需要不斷的學(xué)習(xí)探索不同的設(shè)計(jì)思路與方向。只有在不斷的探索學(xué)習(xí)中我們才能有新的進(jìn)步與突破，才能在未來的5G時代找到我們存在的與追求的價值。

作者單位：普天信息工程設(shè)計(jì)服務(wù)有限公司