探析5G承載的挑戰與接入技術方案

鄔張帆，莊常進

（湖北郵電規劃設計有限公司，湖北 武漢 430023）

0 引 言

5G（第五代通信技術）致力于構建信息與通信技術的生態系統，是未來無線網絡發展的前言，對全世界發展相關行業產生了巨大的推動作用。與目前成熟的4G技術相比，5G技術可以更好地滿足未來爆炸性的移動數據流量增長，并支持海量設備連接，通過與行業之間的深度融合，滿足不同企業終端互聯網的個性化需求。

1 目前5G承載面臨的挑戰

現階段，各地區正在積極開展5G網絡建設，其中“5G建設，承載先行”的口號闡述了承載網絡對5G發展的重要性[1]。但是，實際上5G時代下的業務特征及其網絡架構明顯區別于4G，這對于5G技術是一個巨大挑戰。

（1）5G的RAN網絡能夠在原有4G技術上進行技術結構演進。傳統的4G網絡采用了兩級結構模式，主要包括RRU（射頻拉遠單元）和BBU（基帶處理模塊）；5G網絡則采用了三級結構模式，包括AAU（有源天線單元）、DU（分布單元）和CU（集中單元），具體結構如圖1所示。在這種結構改變下，5G網絡的數據傳輸渠道進一步改變，帶給承載網挑戰。

（2）在目前的4G網絡時代，逐漸凸顯的單個基站寬帶顯著增加，基站不穩定的密度加大，造成基站選址困難、基站利用率低、機房成本增加等。在5G環境下，上述問題沒有得到解決甚至會呈現出“愈演愈烈”的情況。基于這一特征可以判斷，在未來5G技術快速發展的情況下，還需要進一步延續目前4G網絡的BBU基礎策略，將5G網絡架構中的DU作為核心組網架構。

圖1 5G與4G技術的結構比較

（3）在5G技術環境下，核心網的建設應該考慮5G低時延業務的時效性特征。所以，在5G環境下，核心網的下移將會成為一個主流的發展趨勢，尤其是未來較為常見的uRLLC等具有時延敏感性的業務[2]。

（4）在核心網下移并云化后，MEC將會承擔運算壓力，分擔核心網流量的功能，因此數量會隨著時間的推移而逐漸增多。但是，不同類型的業務還是會歸屬到不同云上，這就決定了需要承載網能夠提供不同業務結構，在CU歸屬的基礎上分類到不同的MEC上。

綜上所述，在目前5G技術快速發展的情況下，5G承載網面臨的挑戰嚴峻，突出表現在組網靈活性、時延性以及帶寬容量等方面。所以，為了更好地滿足未來社會發展對5G技術的需求，如何通過一個承載網滿足不同的業務需求已經成為相關人員必須要關注的內容。第一，與當前的4G技術相比，5G的網絡帶寬預計會有數十倍的增長，會造成承載網帶寬快速增加，此時25G高速率能被部署到網絡邊緣，而成本相對較低的25G/50G光模塊和WDM（波分復用）已經成為5G承載網必須要面臨的挑戰。第二，受5G核心網云化、網絡切片等實際業務需求的影響，5G回傳網絡對連接提出了更高的靈活性要求。所以，為了能夠更好地適應這種網絡技術的發展變化，需要進一步探索數據傳輸過程中的質量控制。從當前相關技術的發展情況來看，以太網虛擬專用網、引入分段路由等新基礎滿足5G承載的運行要求，但是如何更好地實現兩者之間的結合，已經成為工作人員重點探索的內容。

2 5G承載的接入技術分析

2.1 全頻接入技術

2.1.1 全頻接入技術的技術特征

作為5G技術的重要技術組成部分，基于承載網的全頻接入技術得到了充分發展。現階段，全頻接入技術包含了6 GHz以下的低頻段和6 GHz的高頻段，其中5G技術的核心是低頻段，是保證無縫覆蓋的關鍵，而高頻段則作為輔助功能保證覆蓋區域內的熱點速度提升。全頻接入技術下，通過低頻與高頻共存的方法，技術中充分結合了低頻技術與高頻技術的優點，因此能更好地滿足5G承載業務需求。目前，全頻接入技術的主要研究方向是高頻段與蜂窩通信的結合。雖然多數研究證明這種情況可能會影響其覆蓋范圍，但是數據傳輸功能更強。

2.1.2 高效新波形

在4G LTE技術下采用的OFDM頻率已經得到了5 bit/Hz。相比之下，5G技術采用的新型F-OFDM濾波正交頻分復用技術的頻率在理論上可以實現50 bit/Hz，與目前的4G技術相比實現了顯著突破。F-OFDM的基本原理是將系統帶寬劃分為不同子帶，而子帶之間設置靈活可變的保護間隔，且子帶可以根據QoE的報文水平配置相應的子帶帶寬，各子帶之間在子帶濾波器的作用下完成濾波，實現子帶波形解耦。

此外，F-OFDM具有更強的穩定性，每個子帶傳送的數據不易被干擾、泄露，因此在數據指標穩定的情況下，可以獲得理想的數據傳輸效果。從場景動態劃分情況來看，能夠按照不同的場景分布采用相應的場景模式。此時，不同的子帶不僅能夠采用單載波分散模式，還能在上行模式下聯合使用多種模型，如近端采用CP-OFDM，此時的基站不需要為UE分配域設置連續的子載波，而在遠端的用戶則可以采用DF-SOFDM波形。這種設計方法能夠確保每個子帶配置不同的子載波間隔，且CP長度也存在差異，保證了靈活運用，可滿足5G承載網的功能需求。

2.1.3 高頻技術與低頻技術的混合接入

混合組網是5G技術的主要特征，也是承載網未來技術發展的重點內容。從前文研究可知，現階段5G承載網面臨著高速率網絡傳輸分布差的情況。因此，在全頻接入技術的基礎上，可以通過高頻與低頻混合接入的方法有效解決這一問題。

一方面，5G通過上下行頻率耦合技術，在下行功率傳輸階段通過高頻波段的有效覆蓋，使不同范圍內的網絡數據傳輸獲得更理想效果。此時，在上行可以采用頻率共享的方法，由蜂窩小區自動識別各個移動終端的信號情況，保證目標區域的任何一個交流都可以獲得滿意的5G網絡覆蓋[3]。

另一方面，在混合組網的設計中，可以采用數據面與控制面相分離的方法。這種設計方法可以確保終端處于熱點區域時能直接通過低頻蜂窩移動網絡監控各類數據的傳輸情況，此時的高頻蜂窩移動網絡完成數據傳輸。而在終端處于非熱點區域的情況下，高頻與低頻之間的工作模式直接調換，可以確保無論在熱點還是在非熱點的環境下都可以確保5G數據的準確傳輸。

2.2 中轉/回傳的承載方案

在5G環境下，用戶的業務需求產生了更加明顯的變化。例如，mMTC物聯網業務的處理需要采用大連接的模式，此時的業務帶寬與業務需求存在差異。所以，為了更好地滿足這種承載網的業務需求，可以考慮通過中轉/回傳的承載方案。

目前，主流的5G回傳網絡路由轉發功能的實現主要有兩種模式：（1）繼續使用現有的IPRAN技術（基于IP的無線接入網），而為了可以更好地適應5G環境下對更大數據傳輸容量的需求，可以在IPRAN技術的基礎上添加50GG或者25GE，且針對縣級單位等提供基于WDM/OTN網絡的大量波長鏈接；（2）若此時的WDM/OTN方案已經具備相應的ODUK（光通路數據單元）和MPLS-TP（以太網/多協議標簽轉換傳送應用）的分組業務處理模式，則可以在現有業務數據處理的基礎上進一步增強其中的數據處理功能，采用一種更加緊湊的組網方案與設備形態來滿足5G環境下的承載網靈活應用要求。

同時，網絡切片被認為是5G技術的新需求，其中的核心內容是對網絡資源做不同的隔離與劃分。為了滿足這種需求，在中轉/回傳的承載方案中，可以考慮提供基于L1的硬切片與L2/L3軟切片兩個層次的網絡切片傳承方案。

3 結 論

5G技術的出現能夠加快實現移動通信技術的更新升級。從本文的研究結果可知，現階段5G技術承載網面臨著挑戰。所以，為了可以更好地適應這種挑戰，需要充分發揮相關技術的優勢，完善5G技術的體系格局，從而更好地推動5G的發展。