共建共享模式下5G前傳承載方案研究

張國新，魏可欣，魏賢虎

(1.中通服咨詢設計研究院有限公司，南京 210019； 2.蘇州大學，江蘇 蘇州 215031)

0 前 言

第五代移動通信技術(The 5th Generation Mobile Communication Technology，5G)是最新一代商用部署的無線移動通信技術，在網絡架構方面有較大創新，峰值速率較第四代移動通信技術(The 4th Generation Mobile Communication Technology，4G)有十倍的提升，毫秒級的信息傳輸時延和千億級的鏈路連接能力，成為了數字經濟時代萬物互聯和人機之間深度交互的重要基礎。 5G作為一種通用技術,將在全球范圍內構建經濟社會中各行業數字化向信息技術轉變的關鍵基礎性技術配套設施，推動傳統領域的數字化、網絡化和信息智能化的升級，成為下一個萬億規模的國家戰略性新興產業和經濟增長的新動力。

2019年9月，中國電信和中國聯通聯合公布，計劃采用共建共享的模式組織5G網絡的建設，共同打造新一代信息通信服務基礎設施，創新商業模式和業態，促進產業融合創新和產業生態圈的發展，共建網絡強國。5G共建共享給5G承載網絡建設方案，特別是5G前傳技術方案的選擇帶來了深遠的影響。本文將對5G前傳網絡架構以及承載需求進行分析，提出5G前傳建設方案選擇建議，并給出相關建設指導原則。

1 5G前傳技術架構

基于 5G無線接入網(Radio Access Network，RAN)架構的變化，5G前傳主要用于提供無線側網元設備有源天線單元(Active Antenna Unit，AAU)與集中單元(Centralized Unit，CU)/分布單元(Distributed Unit，DU)兩者之間的數據傳送。5G前傳主要有兩種部署場景，分別為分布式RAN(Distributed-RAN，D-RAN)和集中式RAN(Centralized-RAN，C-RAN)，其中C-RAN場景根據集中的基站規模差異可進一步細分為C-RAN小集中和C-RAN大集中這兩種模式。結合中國電信和中國聯通現有本地網光纜網架構及基站部署情況，可將5G RAN的組網方式分為以下3種部署場景，對應承載網絡分段示意如圖1所示。

圖1 面向不同 RAN 部署架構的承載網絡分段

(1) C-RAN大集中：選取一般機樓/接入匯聚機房進行CU/DU統一部署，相應機樓/機房通常位于匯聚層中繼光纜與接入主干層光纜的交界處，大集中模式下覆蓋的基站數量一般為10～60個。

(2) C-RAN小集中：選取接入局所進行CU/DU 統一部署，一般位于接入主干層光纜與配線層光纜交界處，小集中模式下連接基站數一般為5～10個。

(3) D-RAN：選取宏站機房進行CU/DU 分布部署，覆蓋的基站數為 1～3個。

為降低機房要求、節約機房投資和提升部署效率，在共建共享建設模式下，5G RAN組網方式原則上以C-RAN為主。當前5G前傳主流技術方案主要包括光纖直驅、無源粗波分復用(Coarse Wavelength Division Multiplexing,CWDM)、中粗波分復用(Middle Wavelength Division Multiplexing,MWDM)和細波分復用(Little Wavelength Division Multiplexing,LWDM)等。在C-RAN組網模式下，CWDM方案相較光纖直驅方案，顯而易見的優點是節省主干光纖，大幅降低了初期建網成本；MWDM和LWDM方案相對于CWDM方案而言，在設備可維護管理性和可靠性方面有一定的優勢，但產業鏈成熟度有所欠缺且技術成本較高，同等接入能力情況下，MWDM和LWDM方案成本至少為CWDM方案的兩倍以上。電信聯通共建共享模式下，對于5G基站的建設成本有比較高的管控要求，綜合考慮建網成本及技術成熟度，CWDM方案成為5G規模建設階段的首選方案。

2 5G前傳承載實施方案

2.1 5G前傳承載需求分析

5G前傳的承載需求主要表現在帶寬、時延和時間同步3個方面。在帶寬方面，Sub6 Gbit/s/100 MHz前傳接口帶寬需求為3×25 Gbit/s；在時延方面，國際標準化組織要求前傳雙向時延在100 μs以內；在時間同步方面，5G基本業務時間同步要求在+/-1.5 μs以內。共建共享模式下，前傳承載需求相對于獨立組網主要體現在帶寬和光纖需求方面。共建共享時，相應的基站支持200 MHz頻譜能力，可以采用200 MHz獨立載波或共享載波方式使用相應頻譜資源。對于200 MHz獨立載波或共享載波基站，CU/DU都需要配置6個25 Gbit/s增強性通用公共無線電接口(enhanced Common Public Radio Interface，eCPRI)，相較100 MHz基站來說，光纖的需求數量翻倍。

5G基站建設分為兩種場景：場景1只采用200 MHz獨立/共享載波進行3.5 Gbit/s基站部署，CU/DU配置6個25 Gbit/s前傳接口；場景2采用200 MHz獨立/共享載波3.5 Gbit/s基站+2.1 Gbit/s基站進行基站部署，3.5 Gbit/s基站CU/DU配置6個25 Gbit/s前傳接口，2.1 Gbit/s基站CU/DU配置3個10 Gbit/s前傳接口。兩種不同場景對應的承載需求如表1所示，場景2對應的承載方案示意圖如圖2所示。

表1 前傳承載需求

圖2 共建共享5G基站前傳架構示意圖

2.2 5G前傳承載實施方案

在進行現網部署時，應結合5G的基站規劃目標以及當前網絡的光纜資源現狀情況，合理選擇相應站點的前傳承載方案，降低網絡綜合建設成本。對于采用D-RAN場景部署的基站，AAU與CU/DU位于同站址，建議配置單纖雙向白光模塊，采用光纖直連方案進行承載。對于采用C-RAN場景部署的基站，選擇CWDM方案可以有效節約基站引入光纜和接入主干光纜的纖芯消耗，節約建設投資。在C-RAN模式下進行5G基站建設時，如出現光纜纖芯資源不足的情況，主要存在以下兩種場景：

場景1：基于現有天面疊加且基站光纜空余可用纖芯資源較少(200 MHz獨立/共享載波3.5 Gbit/s基站、現有基站光纜空余3/4～7芯可用，200 MHz獨立/共享載波3.5 Gbit/s基站+2.1 Gbit/s基站、現有基站光纜空余3/4～10芯可用)，可以考慮兩種前傳承載方案，分別為“單纖雙向光模塊+新建引入光纜”和“CWDM方案”，采用C-RAN模式部署時，“CWDM方案”相對于“單纖雙向光模塊+新建引入光纜方案”，光纖資源需求較少、白光模塊與CWDM成本相差不大，總體綜合建設成本相對低，在此場景下接入光纜纖芯資源不足時，原則上應采用CWDM方案進行部署。

場景2：基于現有天面疊加且基站光纜基本無空余可用纖芯資源(空余2芯及以下)，分兩種情況：

(1) 對于基站引入光纜總芯數不低于12芯的站點，可考慮采用將原有4G基站光纖直連改CWDM、組織2G/3G基站退網等方式騰退空余纖芯，用于5G基站組網，在網絡建設時可根據各站點實際情況靈活選擇相應纖芯騰退方案。如騰退后空余纖芯數能達到3/4芯，則5G前傳應選擇CWDM方案，可考慮采用4G與5G混傳的方式進行組網，選用10 Gbit/s+25 Gbit/s混合配置的CWDM設備。

(2) 對于基站引入光纜總芯數低于12芯的站點，或無法通過騰退方式具備3/4芯空余可用纖芯的站點，直接采用光纜新建方案，新建一條基站引入光纜就近接入光纜交接箱，距離綜合業務接入節點或CU/DU集中點較近時可直接接入綜合業務接入節點或CU/DU集中點。

3 無源波分建設指導原則

為了保障無源波分建設工程實施效率，提高無源波分設備的可維護管理性，進一步加強有線無線專業的配合，打造技術先進、覆蓋廣、體驗好和管理高效的5G前傳網絡，對以往無源波分部署過程中出現的問題進行了歸納總結，并形成了相關指導原則，主要包括波長使用原則、CWDM光模塊選擇和項目工程管理要求等3方面內容。

(1) 波長使用原則

近期200 MHz獨立/共享載波基站采用2套6波25 Gbit/s CWDM系統疊加的方案，為便于維護管理、統一標準，5G基站部署時，第1、2和3扇區AAU側的光發送分別使用1 271、1 291和1 311 nm波長的光模塊，第1、2和3扇區DU側的光發送分別使用1 331、1 351和1 371 nm波長的光模塊，1 271和1 331 nm、1 291和1 351 nm、1 311和1 371 nm成對使用，此方案下AAU和BBU每扇區波長選擇參考如表2及圖3所示。

表2 200 MHz獨立/共享載波3.5 Gbit/s基站CWDM波長使用原則

圖3 200 MHz獨立/共享載波3.5 Gbit/s基站CWDM承載方案示意圖

對于3.5 Gbit/s基站和2.1 Gbit/s基站協同組網的場景，需采用12波長10 Gbit/s+25 Gbit/s混傳CWDM系統，為了提高無源波分系統可靠性、降低器件成本，建議前6波配置25 Gbit/s光模塊用于3.5 Gbit/s基站承載，后6波配置10 Gbit/s光模塊用于2.1 Gbit/s基站承載。混傳系統前6個25 Gbit/s波道的波長使用原則與6波25 Gbit/s CWDM系統的波長使用原則保持一致；對于后6個波長，第1、2和3扇區RRU的光發送分別使用1 471、1 491和1 511 nm的光模塊，第1、2和3扇區BBU的光發送分別使用1 531、1 551和1 571 nm的光模塊，1 471和1 531 nm、1 491和1 551nm、1 511和1 571 nm成對使用，此方案下AAU和BBU每扇區波長選擇參考如表3及圖4所示。

表3 200 MHz獨立/共享載波3.5 Gbit/s基站+2.1 Gbit/s基站(新建錨點)波長使用原則

圖4 200 MHz獨立/共享載波3.5 Gbit/s基站+2.1 Gbit/s基站CWDM承載方案示意圖

(2) CWDM光模塊選擇

25 Gbit/s CWDM光模塊根據最大傳輸距離，主要有10和15 km光模塊。根據綜合業務接入區規劃，綜合業務局站覆蓋半徑一般都在2 km以內，因此一般站點采用10 km光模塊即可，個別偏遠站點可考慮采用15 km光模塊。10 Gbit/s CWDM光模塊根據最大傳輸距離，主要有10、20和40 km光模塊。一般站點采用10 km光模塊即可，個別偏遠站點可考慮采用20 km光模塊。

(3) 項目工程管理要求

用于5G前傳的CWDM設備應與無線主設備同時立項、聯合實施。為節省光纜資源，降低網絡建設總體成本，快速響應移動網建設需求，應加強有線和無線專業的配合，保證光纜資源及時滿足基站開通要求。為提高前傳線路可靠性，應盡量提供不同路由的接入主干光纜供5G前傳使用。

應根據場景因地制宜地選擇建設方案，建設方案中應明確CWDM光模塊、CWDM復用器/解復用器的選擇及相關安裝要求；CWDM光模塊分為半色標和全色標兩種。半色標的CWDM光模塊符合工業溫度(-40～+85 ℃)的要求，安裝在AAU側。全色標的CWDM光模塊符合商業溫度(0～+70 ℃)的要求，安裝在DU側。根據波長使用原則，明確AAU側和DU側CWDM光模塊的對應關系，對應安裝。CWDM復用/解復用器按照設備標識成對使用，禁止混插，同時要保證CWDM光模塊與CWDM復用/解復用器端口一一對應，避免錯連。施工過程中，無線主設備施工單位同步安裝、調測和驗收，按照相應流程和標準完成安裝，確保收發兩端波長一一對應。

4 結束語

綜上所述，在電信聯通共建共享模式下，降低綜合建設成本是網絡建設的基礎，在實際網絡部署時應結合現網光纜纖芯資源使用情況和業務發展需求，在網絡規劃、設計和施工等環節做好充分論證，堅持網絡綜合成本最低的原則。

在5G前傳網絡建設中，CWDM方案具有明顯的優勢。在纖芯資源緊張的區域，新建光纜難度較大或綜合建設成本較高時，建議5G前傳承載采用無源波分方案，可有效節約網絡建設成本、縮短建設周期、減少機房動力改造投資和降低網絡運營成本。

根據近兩年電信聯通共建共享的工程實踐經驗，總結分析了無源波分建設指導原則，該指導原則具有很好的借鑒及推廣價值，不僅解決了5G前傳場景對光纜纖芯資源的消耗問題，也兼顧了4G網絡共址共建的需求，社會效益明顯。