5G承載網(wǎng)建設(shè)與演進(jìn)

郭惠軍 劉光明 劉濤

(普天信息工程設(shè)計(jì)服務(wù)有限公司，北京 100088)

0 引言

自2020年我國(guó)正式邁入5G時(shí)代。5G在給我們帶來最新的業(yè)務(wù)發(fā)展和市場(chǎng)模式下，對(duì)承載網(wǎng)提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，承載網(wǎng)組網(wǎng)方案應(yīng)適配精準(zhǔn)投資建設(shè)要求逐步演進(jìn)[1]。

1 不同時(shí)期5G業(yè)務(wù)發(fā)展

5G業(yè)務(wù)三大典型應(yīng)用場(chǎng)景：eMBB場(chǎng)景主要以“人”為中心，為其提供高速率、大帶寬的移動(dòng)業(yè)務(wù)；mMTC和uRLLC則主要面向物物連接，eMTC以滿足海量物聯(lián)的需求為主；uRLLC則面向車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等低時(shí)延、高可靠行業(yè)的特殊應(yīng)用需求，充分發(fā)揮的特點(diǎn)。目前5G技術(shù)成果及其實(shí)用性，可滿足大部分eMBB類型業(yè)務(wù)，而針對(duì)mMTC、uRLLC情景隨著R16版本的凍結(jié)，技術(shù)及業(yè)務(wù)應(yīng)用逐步成熟。

圖1 承載網(wǎng)與各專業(yè)對(duì)接圖

2 近期需求分析

根據(jù)5G技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用，當(dāng)前5G基站將以宏站方式為主。按照國(guó)家牌照分配給移動(dòng)的5G頻譜共計(jì)160MHz，電信、聯(lián)通共建共享200MHz頻譜帶寬。5G初期，將主要采用與4G基站同站址方式部署，對(duì)傳送網(wǎng)基礎(chǔ)資源需求與4G階段基本相當(dāng)。前期5G基站布點(diǎn)基本位于市區(qū)與縣城中心，大部分采用C-RAN方式部署，部分站點(diǎn)采用D-RAN方式補(bǔ)充。

5G網(wǎng)絡(luò)目前總體架構(gòu)分為NSA/SA部署方式。對(duì)于NSA部署方式，現(xiàn)有傳送網(wǎng)無法滿足全部業(yè)務(wù)承載能力，部分設(shè)備需要進(jìn)行升級(jí)改造，而對(duì)于集中建立大量5G基站的核心區(qū)域，建議新建承載網(wǎng)承載5G基站業(yè)務(wù)。

3 組網(wǎng)部署原則及建設(shè)方案

3.1 前期承載網(wǎng)部署原則

結(jié)合5G基站部署節(jié)奏，統(tǒng)籌考慮擴(kuò)容現(xiàn)網(wǎng)資源和新建5G承載網(wǎng)的建設(shè)，即能提高現(xiàn)網(wǎng)帶寬利用率，又可適時(shí)建設(shè)新一代承載網(wǎng)。(1)對(duì)于市區(qū)，及時(shí)新建5G承載網(wǎng)絡(luò)、避免擴(kuò)容現(xiàn)有傳送網(wǎng)。充分引入競(jìng)爭(zhēng)、降低網(wǎng)絡(luò)造價(jià)，優(yōu)先選擇新建SPN/STN等方案。(2)對(duì)于縣城，應(yīng)結(jié)合5G基站部署節(jié)奏，分場(chǎng)景推進(jìn)5G承載網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。(3)對(duì)于鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村，暫不建5G承載網(wǎng)，現(xiàn)有傳送網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先通過現(xiàn)網(wǎng)調(diào)配方式滿足需求[2]。

3.2 近期組網(wǎng)方案

3.2.1 前傳

前傳網(wǎng)絡(luò)應(yīng)綜合考慮建設(shè)成本、建設(shè)周期、現(xiàn)有機(jī)房、光纖資源、用戶安全級(jí)別要求等多種條件，分場(chǎng)景合理選擇方案；在不影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、客戶感知的情況下，暫不考慮前傳網(wǎng)絡(luò)光纖雙路由保護(hù)、避免過度保護(hù)帶來資源浪費(fèi)，前期建設(shè)以光纖直驅(qū)為主要建設(shè)模式，結(jié)合無源波分和有源設(shè)備方式進(jìn)行補(bǔ)充[3]。

3.2.2 接入層

接入層采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對(duì)于環(huán)網(wǎng)上接入D-RAN節(jié)點(diǎn)較多的接入層初期采用10GE/50GE組建系統(tǒng)；組建系統(tǒng)時(shí)應(yīng)采用FLexE板卡。

3.2.3 匯聚層

根據(jù)業(yè)務(wù)量采用合適的組網(wǎng)方案，初期采用環(huán)網(wǎng)或口字型結(jié)構(gòu)組建100GE系統(tǒng)。

3.2.4 核心層

初期以組建100GE/200GE的口字型系統(tǒng)為主，組建系統(tǒng)采用FLexE板卡組網(wǎng)。其中，目前200GE的傳輸距離在40公里內(nèi)。

3.2.5 核心骨干層

核心節(jié)點(diǎn)部署位置考慮與核心網(wǎng)UPF對(duì)接、與CE對(duì)接、機(jī)房條件等多種因素，為了確保網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性、靈活性和安全性，可在與其它專業(yè)對(duì)接點(diǎn)配置落地設(shè)備。

省內(nèi)骨干傳送網(wǎng)的建設(shè)主要跟核心網(wǎng)用戶面(UPF)部署策略相關(guān)，根據(jù)2B、2C UPF部署位置對(duì)應(yīng)建設(shè)方案，如圖1所示。

3.3 IGP分域方案

前期采用重要匯聚節(jié)點(diǎn)作為IGP分域點(diǎn)，重要匯聚節(jié)點(diǎn)和核心層組成一個(gè)IGP域；匯聚環(huán)和接入環(huán)組成另外一個(gè)IGP域，當(dāng)此域內(nèi)節(jié)點(diǎn)超過一定規(guī)模時(shí)，可劃分多個(gè)IGP域。

3.4 網(wǎng)管建設(shè)方案

采用省內(nèi)統(tǒng)一集中部署方式，即每個(gè)省、同一設(shè)備廠家采用同一套網(wǎng)管系統(tǒng)，用于管理全省5G傳送網(wǎng)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)控制面業(yè)務(wù)省內(nèi)端到端調(diào)度。采用云化部署方式、并優(yōu)先考慮部署在IT云資源池，若采用廠家專用服務(wù)器，應(yīng)納入云資源池管理。同時(shí)選擇具備大容量管理能力的管理軟件。管理DCN和控制DCN應(yīng)相互隔離，管理DCN、控制DCN帶寬可結(jié)合省內(nèi)網(wǎng)元規(guī)模調(diào)整，建議管理DCN通道帶寬GE，控制DCN通道帶寬10GE。OMC系統(tǒng)要求支持省級(jí)集中，并優(yōu)先納入云資源池管理，考慮到業(yè)務(wù)安全，建議采用異地容災(zāi)方案。

3.5 帶寬規(guī)劃原則

傳送網(wǎng)在承載5G業(yè)務(wù)時(shí)，接入、匯聚、核心層按照8∶2∶1規(guī)劃帶寬。由于初期5G業(yè)務(wù)流量較低，基本以手機(jī)類終端為主，因此可按照現(xiàn)有4G基站PRB利用率進(jìn)行預(yù)估算，本次取平均值20%。5G基站S111帶寬前期根據(jù)100M帶寬頻譜計(jì)算，單基站峰值帶寬7G，均值帶寬3G，如表1所示。

表1 帶寬測(cè)算表

4 中后期建設(shè)方案選型

5G應(yīng)用在中后期，伴隨5G業(yè)務(wù)類型多種多樣，信息接入點(diǎn)數(shù)量劇增，帶寬需求成幾何倍增長(zhǎng)，時(shí)延要求更加苛刻，業(yè)務(wù)承載需求也將更加復(fù)雜多變[4]。

針對(duì)5G整體業(yè)務(wù)發(fā)展，CU、DU逐步采用分設(shè)，形成CU云部署，引發(fā)大量中傳需求，5G承載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將逐步做到扁平化，隨著MEC的下沉，帶來末端接入帶寬增大。

4.1 前傳部分

按照目前前期新建5G S111基站三個(gè)AAU 25G接入計(jì)算，現(xiàn)行市場(chǎng)25G彩光模塊單價(jià)約700元，1∶6無源波分器單價(jià)約270元。

纖芯使用量≤12的情況下前傳建設(shè)成本投資：

(1)光纖直達(dá)方案：12芯光纜，按照1KM接入光纜計(jì)算，城區(qū)內(nèi)建設(shè)成本約為5000元。

(2)無源波分方案：12芯光纜，6波合分波器，按照1km接入光纜計(jì)算，建設(shè)成本約為5000+(700×6+270×2)=9740元。

投資造價(jià)比：5000∶9740=1∶1.948

單芯造價(jià)：

(1)光纖直達(dá)方案：5000/12=416.67元

(2)無源波分方案：(5000+(700×6+270×2))/(11+6)=572.94元。

纖芯使用量12～18芯之間：

投資比：10000∶9740=1∶0.974

前期建設(shè)基本以單址單站形式建設(shè)，若采用無源波分方案顯然建設(shè)成本較高，維護(hù)成本增加。而采用光纖直達(dá)更適合，中后期隨著5G基站的密集建設(shè)，會(huì)出現(xiàn)同址多站現(xiàn)象，前傳承載根據(jù)基站/室分的建設(shè)密度及時(shí)調(diào)整，同址基站/室分達(dá)到3個(gè)時(shí)，無源波分方案更節(jié)省建設(shè)成本，成為最優(yōu)建設(shè)方式。同時(shí)無源波分產(chǎn)品伴隨的市場(chǎng)需求快速增長(zhǎng)，光模塊產(chǎn)能大量提升，彩光模塊價(jià)格降落到250元以下時(shí)，中后期采用無源波分方案，既能節(jié)省建設(shè)成本，又能盤活現(xiàn)有資源，保護(hù)固有資產(chǎn)，滿足新建基站業(yè)務(wù)的需求。

4.2 中、回傳方案

5G中后期接入層以100GE環(huán)路為主，匯聚/骨干層將以200GE/400GE口字型為主，縮短邊緣用戶UE至核心網(wǎng)路徑，減少中間網(wǎng)元設(shè)備跳接點(diǎn)，提高網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，增大節(jié)點(diǎn)間帶寬。

中后期隨著網(wǎng)絡(luò)的成熟，mMTC、uRLLC等各類5G行業(yè)應(yīng)用類業(yè)務(wù)發(fā)展尤為突出，伴隨著MEC邊緣計(jì)算逐步下沉，引發(fā)DC云數(shù)據(jù)中心大規(guī)模部署，從而直接影響到回傳帶寬和時(shí)延的需求。為解決此類承載問題，可以為DC數(shù)據(jù)中心單獨(dú)設(shè)置承載網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)，采用波分系統(tǒng)承載，DC數(shù)據(jù)中心之間大顆粒業(yè)務(wù)采用OTN/ROADM方式承載，由邊緣DC數(shù)據(jù)中心直達(dá)核心DC數(shù)據(jù)中心，提高整體網(wǎng)絡(luò)利用率。減少時(shí)延。將空閑出來前期SPN/STN等承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源，用于跨區(qū)域業(yè)務(wù)的發(fā)展的需求。

電信聯(lián)通共享共建方面，由前期的核心層互通，逐步變?yōu)閰R聚層互通，匯聚層以50GE/100GE帶寬為主，減少核心層帶寬壓力，降低業(yè)務(wù)時(shí)延，每個(gè)匯聚環(huán)路承建方對(duì)共享方提供雙路互聯(lián)互通通道，形成口字型組網(wǎng)。

5 結(jié)語(yǔ)

5G承載是端到端系統(tǒng)的基礎(chǔ)保障，是整個(gè)5G產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的根本。2020年伴隨著5G基站大量建設(shè)，各類5G業(yè)務(wù)對(duì)傳送網(wǎng)帶來更大的挑戰(zhàn)。要關(guān)注承載技術(shù)的發(fā)展與更新，推進(jìn)分階段建設(shè)完善5G承載網(wǎng)，增進(jìn)與各類業(yè)務(wù)的發(fā)展融合，使之成為高效、簡(jiǎn)化、安全的智能化網(wǎng)絡(luò)。