（2019 年度“嘉環杯”獲獎論文三等獎）網絡和機房資源應對5G CRAN部署的策略研究

陳翠芬

中通服咨詢設計研究院有限公司

0 引言

人類越來越追求生活上的便利和安全，萬物互聯的需求與日俱增，國內各大運營商為了滿足需求，積極籌備建設5G網絡。

2019 年6 月國家工業與信息化部正式給中國移動、中國電信、中國聯通和中國廣電下發了5G 商用牌照，標志著中國通信網絡從移動互聯網時代正式跨入到移動物聯網時代。

1 5G 網絡的部署方式

眾所周知，5G 是能實現“萬物互聯”的網絡，具有大帶寬、大連接和低時延超可靠等三大應用場景。近年中國移動、中國電信和中國聯通在全國多個地區進行了試驗網，試驗網大部分應用大帶寬的場景。

5G 網絡與4G 網絡相比，網絡上、下行帶寬都得到了擴展。4G 網絡注重客戶終端瀏覽體驗，下行帶寬較大，但上行帶寬較小；5G 網絡彌補了這方面的不足，同時滿足了現今人們使用移動終端瀏覽視頻、上傳大容量視頻的需求。

5G 網絡為了滿足大帶寬、大連接和低時延等特點，單個網絡站點的覆蓋范圍相對比較小，單站覆蓋范圍約為1-1.5 公里，所以5G 的站點部署密度會比4G 網絡高。

圖1 5G 網絡部署方式

通過試驗網絡的運行，CU-DU 分離將是未來5G 的標準網絡架構，通過網絡功能單元分層設計，實時部分和非實時部分可以根據業務特征，按需部署在不同網絡節點和不同層級數據中心。未來CU-DU 分離架構下的基站可以是傳統分布式部署，也可以是BBU 集中部署。

現階段國內運營商都按CU(集中單元)和DU(分散單元)合設方式進行組網，對于CU 和DU 合設的BBU 部署方式，按如下兩種方式進行。

方式1：BBU 分散部署（DRAN）。此方式沿用了4G 基站部署方式，將BBU+AAU 放置在基站機房內，每個基站機房放置1 臺BBU 設備。

方式2：BBU 集中部署（CRAN）。此方式將多個（5 個-30個）BBU 設備放置在條件較好的匯聚機房（或接入機房）內，AAU 放置在基站機房，BBU 和AAU 通過裸纖、無源波分等方式進行連接。

從5G 網絡的實際特點考慮，如果采用DRAN 進行組網，相對4G 基站機房，5G 基站機房數量將會產生倍數的增長。相對應的，采用CRAN 組網能更好地提高通信網絡基礎資源的利用率，降低建設投資和維護成本，且考慮到災后通信網絡建設，CRAN 組網方式恢復更快捷。

綜合來說，5G 網絡部署初期CRAN 和DRAN 兩種方式會同時存在，未來CRAN 方式的比例會越來越高。

2 5G 網絡部署面臨的困難

（1）傳輸設備面臨的困難

現今運營商承載4G 網絡采用PTN 設備或IPRAN 設備，其中PTN(分組傳送網)是為滿足運營商從話音業務向數據業務演變而誕生的新一代傳輸網絡。2009 年中國移動集團公司開始部署全球最大規模的PTN 網絡，目前已在全國300 多個城市部署超過百萬臺，用于2G/3G/4G 基站回傳、政企專線接入等核心業務。

2016 年隨著國內主流運營商多載波基站的規模部署，無線網絡開啟4.5G 時代，并逐步向5G 時代邁進。但業務對承載網絡提出大帶寬、低時延等更大的挑戰，現今使用的PTN網絡已不能滿足5G 網絡地承載需求。

（2）機房和機房配套面臨的困難

根據站點的布放特點，現有基站設備多放置在匯聚機房或接入機房內，除了部分匯聚機房空間較大外，匯聚機房和接入機房空間多在10 平方米-20 平方米。

表1 機房機柜位置需求表

根據5G 網絡集中放置的特點，5G 基站至少需14 個機柜位置，機房面積至少需25 個平方米。若多個運營商共享機房，面積需求在50-60 平方米左右。

根據設備廠家提供的5G 設備和5G 傳輸設備的功耗，結合BBU 集中放置的思路，5G 機房總功耗需求至少30kW，現有4G基站機房幾千瓦的電力系統無法滿足后期5G部署需求。

表2 基站功耗需求表

（3）現有光纜網面臨的困難

5G 部署前期，國內運營商仍會采用原有傳輸網架構，所以城域網核心層、骨干層和匯聚層網絡調整不大，如采用CRAN 方式放置，光纜網的壓力主要集中在接入層。

根據CRAN 的特點，5G 基站前傳如果采用裸纖方式傳輸，單個BBU 與AAU 之間需6 芯光纜。如果單個匯聚機房放置BBU 達到20 個，則BBU 到AAU 的光纜需求為120 芯。雖然行業內提出了BBU 與AAU 之間連接可采用無源波分或有源波分方式實現，但隨著5G 網絡擴大，接入層的光纜需求將會產生級數的增長。

3 應對策略

針對現有資源承載5G 網絡存在的短板，運營商應該有針對性地改造網絡架構、傳輸設備和基礎資源等以滿足5G 網絡承載需求。

3.1 傳輸網絡應對策略

（1）傳輸網絡總體架構不變

為滿足5G 網絡低時延的需求，5G 核心網將會云化和下移，雖然核心網下移，但無線網絡總體架構不變。云化數據中心的架構采用核心DC、邊緣DC 和接入機房的方式。根據5G網絡架構的部署，傳輸網絡主要架構還是核心層、匯聚層和接入層。再有，采用CRAN 方式，BBU 放置的集中度很高，每個機房從5 個-30 個不等，從網絡帶寬和網絡安全性考慮，5G時代的接入層不建議傳輸網采用長支鏈和超大環路進行組網。

圖2 傳輸網絡組網架構

（2）優化接入層網絡

從2010 年開始，中國電信、中國移動陸續提出“構建ODN 網絡”“綜合業務采用同一張光纜網承載”等思路。經過近10 年的建設，運營商已組建成熟的ODN 網絡，光纜網格也根據寬帶業務、政企業務和移動業務等進行了較好的劃分。

現有城區ODN 網絡已經綜合承載了家庭寬帶業務、政企業務和移動業務。在密集城區，單個綜合業務接入區覆蓋面積為2 平方公里左右；一般城區里，單個綜合業務接入區覆蓋面積為2-5 平方公里左右。單個綜合業務接入區匯聚機房數量1-3個不等。

5G 網絡覆蓋范圍小，如采用CRAN 的放置方式，BBUAAU 間消耗光纖資源多。為了降低光纖的消耗，應縮短BBUAAU 間的傳輸距離，BBU 池的位置應當適當下沉，建議在現有綜合業務接入區的基礎上，劃分CRAN 網格，結合現有綜合業務接入區覆蓋范圍、光纜資源情況和機房條件等因素，在單個綜合業務接入區再劃分成2-4 個CRAN 網格。

圖3 CRAN 網絡規劃圖

每個CRAN網格放置1個BBU池機房，機房新增傳輸設備，傳輸設備可采用雙歸型、口字型和環型等方式與匯聚層設備組網。不建議組建超長單鏈和傳輸設備大于6 臺的超大環路。

3.2 傳輸設備應對策略

5G 網絡部署初期，根據5G 站點規模和流量模型，可以確定核心層、匯聚層和接入層的環路帶寬需求。如前期5G 市場尚未成熟、環路流量較少，可考慮采用現有PTN 設備承載5G 網絡。但隨著5G 站點的大規模建設，5G 網絡大帶寬、智能化應用需求增加時，5G 網絡采用SPN 傳輸設備承載將成為必然。

SPN(切片分組網)是從PTN 演進而來的，既繼承PTN 原有的特性，又添加了一個智能化的“大腦”，實現了網絡的智能化，保證網絡和業務的平滑演進。針對5G 不同的使用場景，SPN 設備能實現業務分層隔離。

3.3 光纜應對策略

由于傳輸網總體架構調整不大，所以CRAN 的組網方式就是BBU-AAU 之間光纜消耗大。光纜具備穩定、損耗低、使用年限長（20-30 年）等特點，經過多年建設，國內光纜從銷售到后期維護市場都很成熟。目前光纜每公里造價在0.8萬元-2萬元不等，城區光纜多采用管道和附掛的建設方式，每公里光纜造價較低。

綜上所述，在BBU-AAU 光纜連接距離較短（小于或等于5 公里）的場景，建議采用裸纖連接BBU 和AAU。對于BBU-AAU 光纜連接距離較長（大于5 公里）的場景，可選區無源波分的方式連接BBU 和AAU，具體組網方式如下。

圖4 無源波分組網圖

3.4 機房基礎資源應對策略

機房基礎資源既是通信網絡的基礎，更是通信網絡中的關鍵。好的機房基礎資源是搭建通信網絡的保證。機房的基礎資源包括了機房建筑條件、機房配套等，國內運營商建設網絡幾十年，機房數量龐大，所以資源摸排必須先行。

（1）摸排資源，選取優質機房作為5G 機房

國內機房設備數量多、各專業獨立施工，很難形成統一的機房資源資料，且現有機房還存在多個運營商共享共用的情況，所以5G 部署前需認真細致地對機房資源進行摸排。摸排按綜合業務接入區為最小單位，從機房的地理位置、機房建筑面積、機房剩余可使用面積、機房內安裝設備情況、機房光纜資源、機房動力配套等方面對機房資源進行調研。建議首選位于區域（網格）中心位置、機房面積大于25平方米（騰挪空間較大）的機房作為5G 機房。

（2）多渠道、多方式建設或改造匯聚機房

5G 機房的承重必須符合國家規范要求，且5G 機房電力需求量大，對電源供給要求高，所以通信機房盡量不選取民房。城區的臨街商鋪由于價格高、車輛出入不方便等情況，難以作為運營商的首選。

從經濟性和資源共享方面考慮，國內運營商利用其他渠道采用合作的方式進行機房建設，如與市政設施合作等。

（3）機房基礎資源建設先行

隨著5G 商用牌照下發，各運營商2019 年開始啟動5G 網絡的建設，重點是省會城市和本省熱點區域。2020 年則計劃在縣城及以上區域大規模啟動5G 網絡建設，所以2019 年是機房資源建設壓力較大的一年。

首先需完成機房退網設備和線纜的清理，以保證機房可使用空間滿足要求；其次，機房電力系統要按需求進行改造，5G 機房引電建議直接從就近變壓器上，避免商業區用電高峰期對通信機房供電的影響，機房電力保障不低于30kW；再有，機房空調和橋架等配套可在5G 站點設備建設時同步建設。

4 結束語

5G 網絡帶寬更大、更智能，它與之前的3G 網絡和4G 網絡區別很大，所有很多建設經驗不能完全應用到5G 網絡上，很多初步設想會根據5G 網絡部署的深入而調整，但充分利用現有資源、經濟有效地建設網絡的原則是永遠不會改變的。