5G商用配套傳輸網(wǎng)建設(shè)需求及策略探討

蔣明杰，王新悅

（廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510630）

0 引 言

5G技術(shù)作為當(dāng)代社會(huì)發(fā)展中新一代的通信基礎(chǔ)設(shè)施，基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)背景下，通過(guò)改變通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、物空間的互聯(lián)，且引領(lǐng)國(guó)家數(shù)字化轉(zhuǎn)型，成為了數(shù)字化戰(zhàn)略的先導(dǎo)領(lǐng)域。5G商用傳輸承載能否滿足5G網(wǎng)絡(luò)要求，直接影響到5G商用進(jìn)程。隨著5G商用的加速，5G傳輸承載愈受關(guān)注，因此本文著重探討5G商用配套傳輸網(wǎng)建設(shè)需求及策略。

1 需求分析

1.1 業(yè)務(wù)需求分析

5G將提供面向“互聯(lián)網(wǎng)+”和“智慧+”的生態(tài)基礎(chǔ)及新型生產(chǎn)方式，驅(qū)動(dòng)高速光網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能以及大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈，奠定新時(shí)代通信發(fā)展的軟實(shí)力。

1.2 承載需求分析

1.2.1 超大帶寬需求

無(wú)線側(cè)采用更高頻段、更寬頻譜以及全新的空口技術(shù)以解決5G eMBB相關(guān)應(yīng)用場(chǎng)景所需的大流量移動(dòng)寬帶需求，5G單用戶接入帶寬可與目前的固網(wǎng)寬帶接入達(dá)到類(lèi)似量級(jí)。

1.2.2 超低時(shí)延需求

eMBB業(yè)務(wù)用戶面時(shí)延小于4 ms，uRLLC業(yè)務(wù)用戶面時(shí)延小于0.5 ms，兩者控制面時(shí)延小于10 ms，均為3GPP中明確的需求指標(biāo)。其中，承載網(wǎng)時(shí)延主要來(lái)自鏈路及設(shè)備時(shí)延。為滿足超低時(shí)延需求，需通過(guò)網(wǎng)元下沉方式解決。

1.2.3 高精度時(shí)間同步需求

5G系統(tǒng)中基站的基本業(yè)務(wù)時(shí)間同步要求仍然與4G TDD相同，即同一基站不同RRU/AAU之間的同步要求主要是3 μs。未來(lái)5G協(xié)同技術(shù)對(duì)時(shí)間同步有更嚴(yán)格的指標(biāo)，預(yù)計(jì)將達(dá)到300 ns級(jí)別。

1.2.4 網(wǎng)絡(luò)切片需求

5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，在網(wǎng)絡(luò)切片功能上進(jìn)行創(chuàng)新，保證每個(gè)網(wǎng)絡(luò)資源的獨(dú)立性，提升管理控制能力，以滿足特定用戶和業(yè)務(wù)需求。5G承載網(wǎng)需全新引入硬隔離或軟隔離的層次化網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)。

1.2.5 靈活組網(wǎng)調(diào)度需求

5G核心網(wǎng)和無(wú)線接入網(wǎng)的云化及功能的分布式部署對(duì)承載網(wǎng)的靈活調(diào)度提出了更高的要求。5G無(wú)線接入網(wǎng)演進(jìn)為三級(jí)結(jié)構(gòu)及5G核心網(wǎng)UPF的進(jìn)一步下移導(dǎo)致5G時(shí)代基站至不同層面核心網(wǎng)元的流量終結(jié)位置將存在差異，且核心網(wǎng)元之間和相鄰基站之間的網(wǎng)狀東西向流量需求增加。在5G承載網(wǎng)絡(luò)中，為了滿足不同流向的柔性調(diào)度需求，應(yīng)該將L3移動(dòng)到UPF和MEC的位置[1]。

2 承載網(wǎng)建設(shè)原則

2.1 安全可靠原則

新的服務(wù)，如uRLLC陸續(xù)出現(xiàn)，5G承載網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性將特別重要。5G的建設(shè)應(yīng)合理設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和路由，合理的技術(shù)保護(hù)模式，制定可靠的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)策略。充分考慮網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)和負(fù)載分擔(dān)能力，保證網(wǎng)絡(luò)安全可靠運(yùn)行。

2.2 綜合承載原則

對(duì)于4G/5G無(wú)線業(yè)務(wù)，不僅要承載，而且為了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)CDN和邊緣數(shù)據(jù)中心之間的互聯(lián)，也需要綜合承載。應(yīng)結(jié)合L0～L3技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)，為網(wǎng)絡(luò)切片提供服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)的承載，發(fā)揮承載網(wǎng)絡(luò)的作用。

2.3 夯實(shí)基礎(chǔ)原則

計(jì)算機(jī)機(jī)房、管道以及光纜作為5G承載網(wǎng)的基礎(chǔ)資源，對(duì)5G承載網(wǎng)有著重要而長(zhǎng)遠(yuǎn)的影響。5G承載網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)注重基礎(chǔ)資源的儲(chǔ)備，提前部署和預(yù)留節(jié)點(diǎn)機(jī)房、管道以及光纜等資源，為5G業(yè)務(wù)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

2.4 技術(shù)先進(jìn)原則

在5G部署承載網(wǎng)時(shí)，選擇合適的承載技術(shù)進(jìn)行部署，將先進(jìn)技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)成熟的標(biāo)準(zhǔn)及經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，充分考慮網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步。

2.5 持續(xù)演進(jìn)原則

5G初期主要需求是eMBB業(yè)務(wù)，可依托現(xiàn)網(wǎng)滿足，中期分階段部署增強(qiáng)型IPRAN、SPN以及M-OTN等新設(shè)備，在后期將逐步發(fā)展成為一個(gè)完善的綜合承載網(wǎng)，滿足全業(yè)務(wù)接入的要求。

2.6 經(jīng)濟(jì)高效原則

5G承載網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)以業(yè)務(wù)發(fā)展的實(shí)際需要為指導(dǎo)堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)先的原則，有針對(duì)性地配置資源。

3 面向5G的傳送網(wǎng)部署策略及方案

5G建網(wǎng)初期可采用擴(kuò)容改造或新建方案，5G中后期隨著業(yè)務(wù)種類(lèi)增加，逐步演變成一張新平面。

初期在已有PTN網(wǎng)上擴(kuò)容改造，適合現(xiàn)網(wǎng)PTN容量充足地市，并新建5G接入層。接入層利用現(xiàn)有10GE設(shè)備星狀連接5G基站，按需擴(kuò)容改造。核心匯聚層在初期利舊已有系統(tǒng)容量，根據(jù)業(yè)務(wù)量進(jìn)行擴(kuò)容改造。新建接入層的現(xiàn)有接入環(huán)無(wú)法滿足5G組環(huán)網(wǎng)需求，需新建50G/100G接入環(huán)，選擇兼容PTN的SPN設(shè)備。

面向5G的傳送網(wǎng)部署方案如圖1所示。

圖1 5G傳送網(wǎng)部署方案

4 網(wǎng)絡(luò)層次及組網(wǎng)架構(gòu)

5G承載網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要由分層獨(dú)立組網(wǎng)、前傳組網(wǎng)、中傳組網(wǎng)以及回傳組網(wǎng)4層架構(gòu)組成，其組網(wǎng)方式如下。

4.1 分層獨(dú)立組網(wǎng)

此網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠滿足傳送帶寬需求，并進(jìn)行鏈路收斂，大大提升網(wǎng)絡(luò)資源使用效率。但由于網(wǎng)絡(luò)層次較多，因此給業(yè)務(wù)管理工作增加難度。

4.2 前傳與中傳融合+回傳獨(dú)立組網(wǎng)

基于4G網(wǎng)絡(luò)背景下，采用了回程網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和新增網(wǎng)絡(luò)層以滿足5G需求。但因?yàn)?G中傳帶寬及路由與前傳在功能需求方面差別較大，所以增加了網(wǎng)承載維護(hù)及管理難度。

4.3 前傳獨(dú)立+中傳與回傳融合

前傳獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)的主通道主要采用剛性帶寬，且通過(guò)中傳與回傳的融合選用彈性管道來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)資源使用率。但同時(shí)也增加了4G回傳網(wǎng)絡(luò)層次，增加網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)需求[2]。

以上幾種組網(wǎng)方案具有各身的特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在組網(wǎng)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)層次與改造以及資源使用等幾個(gè)方面。根據(jù)5G業(yè)務(wù)需求，方式（3）具有廣泛的適用性。

5 5G試商用配套傳輸網(wǎng)建設(shè)策略

5.1 CU/DU建設(shè)

5.1.1 CU/DU建設(shè)要求

機(jī)房空間方面，BBU設(shè)備可放置在5.79 m標(biāo)準(zhǔn)綜合機(jī)柜中，單柜可安裝8個(gè)3U設(shè)備或10個(gè)2U設(shè)備，維護(hù)占地面積約1.5 m2。

5G各資源點(diǎn)能耗約3～4 kW，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)4G設(shè)備。建議優(yōu)先選擇DC容量充足的機(jī)房，外電引入方案與4G建設(shè)基本相同。存量機(jī)房需要重點(diǎn)核查外電容量和現(xiàn)有負(fù)載情況，開(kāi)關(guān)電源和蓄電池方案與4G基本相同，建議優(yōu)先采用新型鐵鋰電池和梯次鋰電池。

出口也仍存期待。當(dāng)前山東地區(qū)尿素主流出廠報(bào)價(jià)2150-2180元/噸，河北地區(qū)尿素主流出廠報(bào)價(jià)2190-2200元/噸，河南地區(qū)尿素主流出廠報(bào)價(jià)2120元/噸左右。盡管?chē)?guó)慶期間的出口利好熱度已過(guò)但余溫仍在，這從臨近港口的地區(qū)報(bào)價(jià)高于其他地區(qū)這一點(diǎn)上就可以看出，且11月份國(guó)際市場(chǎng)仍有采購(gòu)可能。

空調(diào)制冷量根據(jù)5G設(shè)備負(fù)荷、機(jī)房結(jié)構(gòu)以及面積（溫區(qū)）等因素確定，根據(jù)基站制冷量需求選擇最適合的空調(diào)規(guī)格和數(shù)量。

5.1.2 CU/DU建設(shè)方式

采用C-RAN時(shí)，需考慮業(yè)務(wù)特征、局址機(jī)房條件、傳輸條件和網(wǎng)絡(luò)安全性確定CU/DU的集中度，根據(jù)規(guī)劃的AAU數(shù)量和位置確定集中機(jī)房的數(shù)量、位置以及每個(gè)集中機(jī)房安裝的CU/DU數(shù)量。

5.2 前傳承載建設(shè)

前傳解決AAU與DU間的傳送需求，目前eCPRI接口要求其帶寬需求為N×25 Gb/s速率。組網(wǎng)建設(shè)應(yīng)根據(jù)DU位置、AAU數(shù)量以及基礎(chǔ)資源情況綜合成本和運(yùn)維等因素考慮。常見(jiàn)建設(shè)方案包括光纖直連、彩光復(fù)用（無(wú)源）、OTN承載以及分組方式承載4種。總體而言，在光纖直接連接占主導(dǎo)地位和本地光纖資源不足的地區(qū)，設(shè)備承載方案可以作為補(bǔ)充。在25G彩光和睿頻等相關(guān)技術(shù)成熟后，前傳的eCPRI接口可以考慮采用無(wú)源波分和OTN等技術(shù)來(lái)承載，對(duì)于100G的CPRI接口建議采用光纖直連。

5.3 中傳/回傳承載建設(shè)

中傳及回傳主要解決DU設(shè)備至CU、MEC設(shè)備以及5G核心網(wǎng)設(shè)備等傳輸承載。在傳輸帶寬、組網(wǎng)拓?fù)浼肮δ芊矫嫘枨蠡疽恢拢m合統(tǒng)一組網(wǎng)承載。目前主要組網(wǎng)方案包括IP RAN承載、SPN承載以及M-OTN承載3種。3種方案在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和資源需求等方面各有優(yōu)劣勢(shì)。中傳/回傳組網(wǎng)方案應(yīng)充分結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備、5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模以及網(wǎng)絡(luò)投資等維度綜合比選，如表1所示。

表1 中傳/回傳承載建設(shè)方案對(duì)比

6 網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)趨勢(shì)分析

5G承載網(wǎng)的架構(gòu)調(diào)整應(yīng)統(tǒng)籌考慮5G用戶的接入需求及現(xiàn)網(wǎng)的資源情況，按照不同時(shí)期的業(yè)務(wù)特征逐步對(duì)承載網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)，最終實(shí)現(xiàn)向綜合承載平面演進(jìn)[3-8]。

建設(shè)或者擴(kuò)建5G接入層，充分利用現(xiàn)有承載網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)資源。核心匯聚層可利舊現(xiàn)網(wǎng)（PTN、IP RAN等）平臺(tái)進(jìn)行承載及調(diào)度，適當(dāng)進(jìn)行擴(kuò)容或升級(jí)滿足帶寬增長(zhǎng)。采用大容量、新技術(shù)（SR/FlexE /SDN/DWDM等）組網(wǎng)，建設(shè)一張從接入層、匯聚層至核心層均面向5G承載的新平面[9,10]。新平面網(wǎng)絡(luò)可與4G承載網(wǎng)并存，最大限度地保護(hù)已有投資。進(jìn)一步融合演進(jìn)至綜合承載平面，在接入能力、平臺(tái)容量以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等方面全面部署，整網(wǎng)承載能力大幅提升。此外基站業(yè)務(wù)、專(zhuān)線業(yè)務(wù)、家寬業(yè)務(wù)及物聯(lián)業(yè)務(wù)等全部在綜合承載平面上承載。

7 結(jié) 論

移動(dòng)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃緊扣業(yè)務(wù)需求，基于已經(jīng)成型的“一張光纜網(wǎng)”網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，以微網(wǎng)格為基礎(chǔ)，繼續(xù)推進(jìn)分纖點(diǎn)和光纜等資源深度覆蓋，完善城區(qū)匯聚機(jī)房布局，滿足5G部署需求，逐步向“一張光纜網(wǎng)”深度覆蓋的目標(biāo)進(jìn)行演進(jìn)。

移動(dòng)綜合業(yè)務(wù)區(qū)已成型，微網(wǎng)絡(luò)也進(jìn)行了初期的建設(shè)，后續(xù)將繼續(xù)儲(chǔ)備基礎(chǔ)資源，重點(diǎn)在普通匯聚機(jī)房、業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房以及接入光纜的資源儲(chǔ)備，優(yōu)化改善斷頭管道，繼續(xù)挖潛管道資源，增加光纜路由。前傳光纜采用光纖直連方案，充分利用現(xiàn)有的綜合業(yè)務(wù)區(qū)建設(shè)的光纜和光交箱，按照需求進(jìn)行主干和配線的擴(kuò)容與新建。回傳光纜充分利用現(xiàn)有的綜合業(yè)務(wù)區(qū)建設(shè)的光纜和光交箱，組建收斂點(diǎn)的環(huán)網(wǎng)。匯聚光纜根據(jù)匯聚層組網(wǎng)要求，建議采用光纜直連方式建設(shè)，保證2+2結(jié)構(gòu)。

面向5G的傳送網(wǎng)部署策略及方案中，5G相對(duì)于4G在組網(wǎng)、業(yè)務(wù)需求以及業(yè)務(wù)流向等方面變化較大，為保證5G建設(shè)的合理性與業(yè)務(wù)匹配性，現(xiàn)階段對(duì)于4G架構(gòu)不急于大幅度更新改造，可適當(dāng)進(jìn)行帶寬升級(jí)。