5G 環(huán)境下本地網(wǎng)光纜架構(gòu)及利用分析

錢永良 華夏郵電咨詢監(jiān)理有限公司 張嘯 華夏郵電咨詢監(jiān)理有限公司

關(guān)鍵字：5G 本地光纜架構(gòu) 利用分析

1 前言

本地傳送網(wǎng)絡(luò)中光通信占主導(dǎo)地位，本地光纜作為實(shí)現(xiàn)光通信的基礎(chǔ)載體，更是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重中之重。本文從本地光纜架構(gòu)入手，分析本地光纜承載各業(yè)務(wù)的纖芯需求，并對(duì)5G 環(huán)境下業(yè)務(wù)發(fā)展做了展望和纖芯利用預(yù)測(cè)，輔以模型分析，得出5G 環(huán)境下本地光纜架構(gòu)和基本建設(shè)策略。

2 本地光纜架構(gòu)現(xiàn)狀

運(yùn)營(yíng)商本地光纜架構(gòu)基本分為核心層、匯聚層、接入主干和接入層光纜。

2.1 核心層光纜

核心層光纜通常為機(jī)房間直達(dá)光纜，以96/144 芯為主。主要承載核心局間業(yè)務(wù)設(shè)備和傳輸設(shè)備的連接。

2.2 匯聚層光纜

匯聚層光纜是指本地傳輸匯聚機(jī)房間以及匯聚機(jī)房與核心機(jī)房間的光纜，通常為直達(dá)光纜，以48-144 芯為主。主要承載匯聚機(jī)房傳輸設(shè)備間及至核心局傳輸設(shè)備的連接。

2.3 接入主干光纜

城區(qū)接入主干和縣鄉(xiāng)接入主干光纜。城區(qū)接入主干光纜是指連接匯聚機(jī)房、綜合業(yè)務(wù)接入機(jī)房和主干光交等節(jié)點(diǎn)間的光纜，以環(huán)形結(jié)構(gòu)和鏈型遞減結(jié)構(gòu)為主，覆蓋城區(qū)及業(yè)務(wù)量大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。環(huán)形結(jié)構(gòu)接入主干光纜各節(jié)點(diǎn)間芯數(shù)一致，以96-288 芯為主，拓?fù)涫疽庖妶D1。一般環(huán)長(zhǎng)不超過10 公里、環(huán)上節(jié)點(diǎn)不超過5 個(gè)、采用部分纖芯共享+每節(jié)點(diǎn)部分纖芯獨(dú)享方式；鏈型遞減結(jié)構(gòu)各節(jié)點(diǎn)間芯數(shù)不一致，從局端至末端節(jié)點(diǎn)按照各節(jié)點(diǎn)下芯芯數(shù)依次遞減，以 24-72 芯為主，拓?fù)涫疽庖妶D2。

圖1 環(huán)形非遞減接入主干光纜示意圖

圖2 鏈形遞減接入主干光纜示意圖

縣鄉(xiāng)接入主干光纜是連接各鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合業(yè)務(wù)接入機(jī)房至縣城匯聚機(jī)房間的光纜，以24-48 芯為主。一般環(huán)長(zhǎng)不超過200 公里、環(huán)上節(jié)點(diǎn)不超過10 個(gè)、采用部分纖芯鄉(xiāng)鎮(zhèn)直達(dá)+部分纖芯沿途進(jìn)站方式建設(shè)。

2.4 接入層光纜

接入層光纜包含接入、戶線、配線、園區(qū)光纜等多類型，主要解決 “最后1 公里”入戶或各基層業(yè)務(wù)點(diǎn)、基站、接入光交業(yè)務(wù)接入。接入層光纜以樹狀結(jié)構(gòu)為主，以2-48 芯為主。

3 各類業(yè)務(wù)對(duì)本地光纜需求

3.1 傳統(tǒng)模式：

(1）移動(dòng)業(yè)務(wù)。傳統(tǒng)模式下移動(dòng)業(yè)務(wù)主要承載在本地傳輸網(wǎng)上，對(duì)本地光纜的需求主要為直放站、拉遠(yuǎn)站的射頻拉遠(yuǎn)單元（RRU）至上端站的基帶處理單元（BBU），所需光纜歸屬接入層光纜。非級(jí)聯(lián)單RRU 至BBU 的纖芯需求為2 芯。

(2)寬帶業(yè)務(wù)。用戶的光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）通過配線光纜接至OLT，OLT 通過本地光纜或傳輸網(wǎng)接至服務(wù)器（BRAS）。BRAS 設(shè)備安裝在核心機(jī)房或匯聚機(jī)房。寬帶業(yè)務(wù)本地光纜的需求分為OLT上行和OLT 下行。OLT上聯(lián)光纜需求為OLT 至BRAS，希需求為2 芯，所需光纜為接入層光纜、接入主干光纜；OLT 下聯(lián)光纜需求為OLT至ONU 間，具體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓斠妶D3，單PON 口至一級(jí)分光器纖芯需求為1 芯，所需光纜屬接入主干光纜；一、二級(jí)分光器間纖芯需求為1 芯×一級(jí)分光器分光比，所需光纜歸屬接入層光纜中配線光纜；二級(jí)分光器至ONU 間纖芯需求為1 芯×二級(jí)分光比，所需光纜歸于接入層光纜。

圖3 OLT 下行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

(3）大客戶業(yè)務(wù)。大客戶業(yè)務(wù)分為語音接入、互聯(lián)網(wǎng)接入、裸纖出租等模式。其中，裸纖出租業(yè)務(wù)主要承載于本地光纜上，所需纖芯需求為2 芯×業(yè)務(wù)接入點(diǎn)數(shù)；語音接入和互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務(wù)通常承載于本地傳輸設(shè)備上，纖芯需求只有客戶側(cè)設(shè)備至上端站設(shè)備，纖芯需求為2 芯×傳輸設(shè)備數(shù)量。大客戶業(yè)務(wù)所需光纜多數(shù)屬于接入層光纜。

(4）本地傳輸系統(tǒng)。本地傳輸系統(tǒng)以光傳送設(shè)備為主。目前運(yùn)營(yíng)商主流的本地傳輸網(wǎng)絡(luò)有同步數(shù)字體系（SDH），分組傳送網(wǎng)和波分復(fù)用（WDM）/光傳送網(wǎng)（OTN）三種。

a）SDH/MSTP：以帶寬高、交叉容量大、接口類型豐富、組網(wǎng)靈活和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的特點(diǎn)迅速成為2G 環(huán)境下主流傳送網(wǎng)絡(luò)。本地網(wǎng)絡(luò)主要分為核心、匯聚和接入，承載于本地光纜中的核心層、匯聚層和接入層光纜。每端設(shè)備所需纖芯數(shù)為2 芯×使用光口數(shù)。

b）分組傳送網(wǎng)：3G 中后期，分組傳送網(wǎng)在繼承了SDH/MSTP幾乎所有優(yōu)點(diǎn)并解決了SDH/MSTP 固有缺陷的前提下，成為了3G/4G 環(huán)境下的本地網(wǎng)承載的傳輸網(wǎng)絡(luò)。本地分組傳送網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層級(jí)、纖芯需求和對(duì)應(yīng)本地光纜承載方式幾乎一致。

c）WDM/OTN：WDM 目前各運(yùn)營(yíng)商本地WDM/OTN 網(wǎng)絡(luò)主要建設(shè)在核心機(jī)房、匯聚機(jī)房、綜合業(yè)務(wù)接入機(jī)房，因此對(duì)接入層光纜幾乎沒有需求，主要需求集中在核心層、匯聚層和接入主干光纜，單端設(shè)備的纖芯需求為2 芯×光路方向。

3.2 5G 環(huán)境下

5G 將利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN）等前沿技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)、自組織或自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)等以往各代通信技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)或不能完全實(shí)現(xiàn)的功能，向用戶提供更大的帶寬、更低的時(shí)延、更高的速率和更可靠的連接。

(1）移動(dòng)業(yè)務(wù)。5G 環(huán)境下， 2G設(shè)備退網(wǎng)，語音業(yè)務(wù)承載于3G設(shè)備，因此對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)站點(diǎn)疊加5G 設(shè)備的情況，所需的本站至上端站的纖芯數(shù)量和現(xiàn)網(wǎng)纖芯數(shù)量一致。但是，5G 環(huán)境下BBU 的池組化進(jìn)程會(huì)繼續(xù)加速進(jìn)行，對(duì)本地傳輸設(shè)備的帶寬需求也會(huì)增長(zhǎng)。

(2）寬帶業(yè)務(wù)。5G 環(huán)境下，OLT 將承載更多的業(yè)務(wù)。除寬帶業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)外，部分移動(dòng)基站業(yè)務(wù)也會(huì)通過OLT 承載，并且5G 環(huán)境下寬帶和IPTV 用戶的高帶寬帶來OLT上行容量的擴(kuò)容，從而影響OLT上行纖芯需求。用戶高帶寬會(huì)影響現(xiàn)有OLT 下行光纜結(jié)構(gòu)調(diào)整，現(xiàn)階段的兩級(jí)分光模式會(huì)簡(jiǎn)化為一級(jí)分光模式，導(dǎo)致OLT 至分光器間的配線光纜建設(shè)需求急劇減少。

BRAS 設(shè)備會(huì)下沉至匯聚機(jī)房，由此帶來匯聚機(jī)房至核心機(jī)房的匯聚層纖芯需求會(huì)降低。

(3）大客戶業(yè)務(wù)。大客戶業(yè)務(wù)除保持現(xiàn)有業(yè)務(wù)外，固移融合的客戶業(yè)務(wù)、智慧園區(qū)等綜合性客戶業(yè)務(wù)會(huì)增加業(yè)務(wù)占比。此類業(yè)務(wù)對(duì)接入光纜需求較大，而園區(qū)/小區(qū)內(nèi)部的配線光纜和戶線光纜纖芯需求則和普通區(qū)域的纖芯需求一致。同時(shí)，在5G 初期，考慮到升級(jí)的傳輸設(shè)備價(jià)格會(huì)高于纖芯價(jià)格，承載于光纜的客戶數(shù)量會(huì)有一定的持續(xù)增長(zhǎng)。到5G 中期，本地傳輸設(shè)備價(jià)格回落后，承載于光纜的客戶數(shù)量則會(huì)有下降。

利用SDN 和網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，本地網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)或自組織網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，這樣會(huì)造成傳統(tǒng)模式下安裝于核心機(jī)房的大客戶局端設(shè)備下沉至客戶側(cè)機(jī)房，縮短跳纖路徑，減少纖芯需求。

(4）本地傳輸系統(tǒng)

a）SDH/MSTP：4G 時(shí)期，各運(yùn)營(yíng)商均控制本地傳輸網(wǎng)中SDH/MSTP 網(wǎng)建設(shè)的速度。考慮到SDH/MSTP 網(wǎng)對(duì)滿足GE 以下小顆粒電路需求的適應(yīng)性和現(xiàn)網(wǎng)對(duì)同步傳輸模塊（STM-N）支持的唯一性，在5G 時(shí)期SDH/MSTP 網(wǎng)還是有一定的生命力。

b）分組傳送網(wǎng)：5G 環(huán)境下，現(xiàn)網(wǎng)分組設(shè)備不能支撐大容量、高速率的業(yè)務(wù)，分組傳送網(wǎng)面臨的將是隨業(yè)務(wù)全面升級(jí)替換現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備對(duì)本地光纜的巨大需求。由于傳輸設(shè)備建設(shè)的特殊性，采用先建設(shè)再替換的方式，因此在新分組傳送設(shè)備建設(shè)期，對(duì)光纜的纖芯需求將是分組設(shè)備所占纖芯數(shù)量的2 倍。

c）WDM/OTN：目前，400Gb/s OTN 系統(tǒng)已在實(shí)驗(yàn)階段，5G時(shí)期會(huì)商用。5G環(huán)境下，本地WDM/OTN網(wǎng)面臨的問題有以下兩個(gè)：1. 現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備替換為400G OTN 設(shè)備 2.OTN 設(shè)備下沉，5G 時(shí)期OTN設(shè)備會(huì)下沉至綜合業(yè)務(wù)接入機(jī)房，建設(shè)期會(huì)造成纖芯需求增長(zhǎng)。

4 5G 環(huán)境下本地光纜架構(gòu)建設(shè)策略

5G 環(huán)境未給本地傳送網(wǎng)帶來結(jié)構(gòu)上的調(diào)整，對(duì)應(yīng)的本地光纜架構(gòu)也應(yīng)和現(xiàn)階段一致，只是在各層級(jí)光纜建設(shè)策略上有調(diào)整。

4.1 核心層光纜

5G 環(huán)境下業(yè)務(wù)發(fā)展對(duì)核心層光纜需求變動(dòng)，核心層光纜應(yīng)沿用現(xiàn)有建設(shè)策略和方式進(jìn)行建設(shè)。

4.2 匯聚層光纜

5G 環(huán)境下核心機(jī)房設(shè)備下沉至匯聚機(jī)房，匯聚機(jī)房至核心機(jī)房間纖芯需求減少，考慮到匯聚機(jī)房機(jī)房條件、裝機(jī)位置、故障響應(yīng)速度和維護(hù)難度均劣于核心機(jī)房，因此下沉的客戶局端設(shè)備數(shù)量不會(huì)造成匯聚機(jī)房至核心機(jī)房光纜芯數(shù)大量變化。

4.3 接入主干光纜

5G 環(huán)境下業(yè)務(wù)發(fā)展造成匯聚機(jī)房和綜合業(yè)務(wù)機(jī)房設(shè)備數(shù)增多，接入主干光纜的纖芯需求也會(huì)相應(yīng)增大。因此：

（1）城區(qū)接入主干建設(shè)策略為盡量按環(huán)形建設(shè)。5G 環(huán)境下，有BRAS 或其他局端設(shè)備下沉的匯聚機(jī)房、綜合業(yè)務(wù)接入機(jī)房所在城區(qū)接入主干光纜環(huán)路降低環(huán)路長(zhǎng)度、減少環(huán)上節(jié)點(diǎn)數(shù)量，用以保證匯聚機(jī)房、綜合業(yè)務(wù)接入機(jī)房纖芯充足。

（2）5G 環(huán)境下，OTN 設(shè)備會(huì)下沉至鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合業(yè)務(wù)接入機(jī)房，縣鄉(xiāng)光纜纖芯的需求增長(zhǎng)。但縣鄉(xiāng)光纜普遍路由較少，且需環(huán)回至縣城，不能簡(jiǎn)單地裂環(huán)或改造。仍按現(xiàn)有策略和建設(shè)方式進(jìn)行建設(shè)，但需增加鄉(xiāng)鎮(zhèn)直達(dá)芯數(shù)的比例。

4.4 接入層光纜

5G環(huán)境下接入層光纜在綜合考量投資收益、站點(diǎn)類型、機(jī)房條件、用戶規(guī)模等條件的前提下合理規(guī)劃光纜芯數(shù)。5G 初期選擇大芯數(shù)光纜，中后期可按需選擇。

結(jié)束語

光纜作為通信網(wǎng)絡(luò)的“骨骼”，在各個(gè)時(shí)代都是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的先決條件。5G 環(huán)境下，隨著各類傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的發(fā)展和新業(yè)務(wù)的興起，合理規(guī)劃光纜架構(gòu)和選擇光纜芯數(shù)的意義將會(huì)越來越大，是運(yùn)營(yíng)商盈利不可或缺的基礎(chǔ)。