5G 網(wǎng)絡(luò)中接入光纜網(wǎng)的建設(shè)及組網(wǎng)

陳 玲

（中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司武漢市分公司，湖北 武漢 430000）

1 5G 網(wǎng)絡(luò)功能需求

5G 網(wǎng)絡(luò)需要提供更快的網(wǎng)絡(luò)傳輸速度。隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的普及與應(yīng)用，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的要求越來越高。5G 網(wǎng)絡(luò)需要滿足大規(guī)模并行處理的需求，以便在短時(shí)間內(nèi)傳輸大量數(shù)據(jù)，使人們可以更快地下載和上傳文件、觀看高清視頻、進(jìn)行實(shí)時(shí)游戲等。

5G 網(wǎng)絡(luò)需要提供更穩(wěn)定的連接。傳統(tǒng)的4G 網(wǎng)絡(luò)在高密度人群或高流量區(qū)域通常會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞和信號(hào)不穩(wěn)定的問題。因此，5G 網(wǎng)絡(luò)需要具備更好的信號(hào)覆蓋和容量管理能力，以確保在高密度區(qū)域或高流量時(shí)段下，用戶依然可以享受穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接，為用戶提供更流暢的通信體驗(yàn)，也為各種應(yīng)用場景提供更穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)支持[1]。

5G 網(wǎng)絡(luò)需要支持更廣泛的應(yīng)用場景。除傳統(tǒng)的通信需求外，5G 網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)滿足物聯(lián)網(wǎng)、智能交通、智能城市等新興應(yīng)用領(lǐng)域的需求。例如，5G 網(wǎng)絡(luò)可以支持大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接，應(yīng)用于智能家居、智慧醫(yī)療及智能工業(yè)等領(lǐng)域。同時(shí)，5G 網(wǎng)絡(luò)的低延遲特性可以為自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程手術(shù)及虛擬現(xiàn)實(shí)等應(yīng)用提供支持。

2 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括3 個(gè)關(guān)鍵組件，即用戶設(shè)備（User Equipment，UE）、無線接入網(wǎng)絡(luò)（Radio Access Network，RAN）和核心網(wǎng)絡(luò)（Core Network，CN）。其中，UE 指終端設(shè)備，如智能手機(jī)、計(jì)算機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等。UE 通過RAN 與基站進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和接收；RAN 是連接用戶設(shè)備和核心網(wǎng)絡(luò)的橋梁，由一系列基站和小區(qū)組成，負(fù)責(zé)管理無線信號(hào)的傳輸和接收。其采用了新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如毫米波通信、大規(guī)模多輸入多輸出和波束賦形等技術(shù)，以提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更廣泛的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍；CN 是5G 網(wǎng)絡(luò)的中樞，負(fù)責(zé)處理并管理數(shù)據(jù)的傳輸和路由。CN 由多個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成，包括用戶數(shù)據(jù)管理（User Data Management，UDM）節(jié)點(diǎn)、會(huì)話管理（Slice Management Function，SMF）節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（Data Network，DN）節(jié)點(diǎn)以及用戶面功能（User Plane Function，UPF）節(jié)點(diǎn)等，其具備更高的靈活性和可擴(kuò)展性，可以支持各種應(yīng)用場景和服務(wù)需求[2]。

3 5G 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

3.1 中繼層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

5G 中繼層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要包括宏站、微站和室內(nèi)分布式天線系統(tǒng)（Direct Attached Storage，DAS）3 種形式。其中，宏站是指傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的基站，在5G 中繼層網(wǎng)絡(luò)中仍然扮演著重要角色，用于覆蓋廣闊的區(qū)域、提供較大的覆蓋范圍；微站是為了提高密集城市區(qū)域的覆蓋和容量而設(shè)計(jì)的，通常部署在建筑物、街燈或交通信號(hào)燈等基礎(chǔ)設(shè)施上，以增強(qiáng)信號(hào)覆蓋能力；室內(nèi)DAS 系統(tǒng)主要用于提供室內(nèi)覆蓋和容量，適用于人口密集的商業(yè)中心、地鐵站等場所。

在5G 中繼層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，宏站、微站和室內(nèi)DAS 系統(tǒng)之間需要進(jìn)行良好的協(xié)同工作，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的無縫覆蓋和流量的平滑切換。通過合理的規(guī)劃和優(yōu)化，使宏站、微站和室內(nèi)DAS 系統(tǒng)相互補(bǔ)充，形成一個(gè)高效的覆蓋網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，5G 中繼層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)需要考慮波束賦形、干擾管理和用戶關(guān)聯(lián)等技術(shù)，以提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和容量，降低網(wǎng)絡(luò)的能耗和成本。

3.2 接入層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在5G 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，接入層網(wǎng)絡(luò)主要由2 個(gè)關(guān)鍵組成部分，即無線接入網(wǎng)和傳輸網(wǎng)。無線接入網(wǎng)負(fù)責(zé)與用戶設(shè)備之間的無線通信；傳輸網(wǎng)則負(fù)責(zé)將用戶數(shù)據(jù)傳輸至核心網(wǎng)絡(luò)。接入層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 接入層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

無線接入網(wǎng)采用了一系列新的技術(shù)和協(xié)議，如大規(guī)模多輸入多輸出、波束賦形和毫米波等技術(shù)，以提供更高的帶寬和更好的信號(hào)覆蓋。在接入層網(wǎng)絡(luò)中，無線接入基站扮演著重要角色，它們分布在各個(gè)區(qū)域，用于連接用戶設(shè)備并提供無線接入服務(wù)。這些基站通過光纖傳輸介質(zhì)與傳輸網(wǎng)相連，將用戶數(shù)據(jù)傳輸至核心網(wǎng)絡(luò)[3]。

傳輸網(wǎng)負(fù)責(zé)將用戶數(shù)據(jù)從無線接入網(wǎng)傳輸至核心網(wǎng)絡(luò)，確保數(shù)據(jù)的可靠性和低時(shí)延。在5G 組網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，傳輸網(wǎng)采用了多種傳輸技術(shù)，如光纖、微波和毫米波等。光纖作為主要的傳輸介質(zhì)，具有高帶寬和低時(shí)延的特點(diǎn)，能夠滿足5G 高速傳輸?shù)男枨蟆Ｎ⒉ê秃撩撞▌t用于解決一些特殊場景下的傳輸問題，如長距離傳輸和非視距傳輸?shù)取?/p>

3.3 用戶層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

5G 用戶層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用了虛擬化技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)功能從傳統(tǒng)的硬件設(shè)備中剝離出來，以軟件的形式在云端進(jìn)行管理和運(yùn)行。這種虛擬化的方式使網(wǎng)絡(luò)更加靈活、可擴(kuò)展，使其能夠根據(jù)用戶需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。同時(shí)，虛擬化可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的共享和優(yōu)化利用，提高網(wǎng)絡(luò)性能和效率。

5G 用戶層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)引入了邊緣計(jì)算的概念，將計(jì)算和存儲(chǔ)資源放置在靠近用戶的邊緣節(jié)點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的近距離處理和響應(yīng)，以降低網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲，提高用戶體驗(yàn)。此外，邊緣計(jì)算支持更多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的智能物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

5G 用戶層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中使用了多層次的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括基站、小區(qū)、無線接入網(wǎng)以及無線核心網(wǎng)等。基站作為用戶終端和網(wǎng)絡(luò)之間連接的橋梁，負(fù)責(zé)無線信號(hào)的傳輸和覆蓋。小區(qū)是基站的集合體，用于形成一個(gè)覆蓋范圍較大的無線通信區(qū)域；無線接入網(wǎng)負(fù)責(zé)將用戶數(shù)據(jù)從小區(qū)傳輸至核心網(wǎng)，以提供高速的無線接入服務(wù)；無線核心網(wǎng)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的路由、轉(zhuǎn)發(fā)和管理[4]。

4 5G 接入光纜網(wǎng)建設(shè)

4.1 5G 接入光纜網(wǎng)架構(gòu)原則與架構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1.1 架構(gòu)原則

5G 網(wǎng)絡(luò)對(duì)接入光纜網(wǎng)的要求較為嚴(yán)格，且需要根據(jù)不同類型的業(yè)務(wù)需求進(jìn)行規(guī)劃和建設(shè)。在連接光纜網(wǎng)時(shí)，按照統(tǒng)一制定和分期建立的原則進(jìn)行規(guī)劃，以有效確立物理網(wǎng)絡(luò)，滿足5G 網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)要求。針對(duì)不同的業(yè)務(wù)需求，將連接光纜網(wǎng)劃分為公眾連接網(wǎng)、企業(yè)連接網(wǎng)、基地連接網(wǎng)等。這樣可以根據(jù)用戶群體和應(yīng)用場景設(shè)計(jì)并部署相應(yīng)的光纜網(wǎng)絡(luò)，從而更好地滿足其需求。采用區(qū)分組網(wǎng)的方式獨(dú)立完成企業(yè)連接網(wǎng)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)纖芯配置不均或調(diào)制困難的問題，影響光纜資源的利用率。為避免這些問題，通信運(yùn)營商可以在規(guī)劃階段充分考慮不同業(yè)務(wù)的特點(diǎn)，合理設(shè)計(jì)光纜網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以提高資源的利用率和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率。在實(shí)際建設(shè)中，需要充分考慮技術(shù)和商業(yè)的相關(guān)因素，確保5G 網(wǎng)絡(luò)接入光纜網(wǎng)的建設(shè)和組網(wǎng)能夠兼顧性能、成本和未來發(fā)展等需求，以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造和適應(yīng)新業(yè)務(wù)發(fā)展需求的目標(biāo)。

4.1.2 架構(gòu)設(shè)計(jì)

5G 網(wǎng)絡(luò)接入光纜網(wǎng)的架構(gòu)模式有3 層架構(gòu)和2 層架構(gòu)2 種架構(gòu)。在這2 種架構(gòu)模式中，主干光纜通常采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，配線采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，引入光纜則采用樹形結(jié)構(gòu)。5G 基站的建設(shè)需要充分利用4G 基站的纖芯資源，若光纜資源不足，可以對(duì)5G 基站進(jìn)行擴(kuò)建，使其與有線業(yè)務(wù)或政府企業(yè)業(yè)務(wù)共用主干，以成功接入光纜網(wǎng)。一旦5G 基站接入光纜后，就可實(shí)現(xiàn)資源的高效共享。在采用C-RAN 模式的5G 基站中，為優(yōu)化整體架構(gòu)，需要在引入光纜時(shí)保證其具有3 芯，并采用單纖雙向光模塊；而在D-RAN 模式下的5G 基站需要引入具有4 芯纖芯的光纜，同時(shí)根據(jù)基站的實(shí)際情況額外預(yù)留2 芯用于保護(hù)基站運(yùn)行的安全性[5]。

對(duì)于5G 基站是否選擇C-RAN 組網(wǎng)模式、是否在基站周圍新建24 芯引入光纜、纖芯資源的分配等問題，都需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行綜合考慮和規(guī)劃。以下是幾種理論與實(shí)踐相結(jié)合的建設(shè)方案。

第一種，C-RAN 組網(wǎng)模式。若采用C-RAN 組網(wǎng)模式，需確保基站能夠高效運(yùn)行，且需要在基站周圍的光交接箱處新建24 芯引入光纜，并將其連接到集中單元/分布單元（Centralized Unit/Distributed Unit，CU/DU）集中點(diǎn)，以提高纖芯資源的利用率，確保基站之間的通信和數(shù)據(jù)傳輸。

第二種，D-RAN 組網(wǎng)模式。在D-RAN 組網(wǎng)模式下，相鄰的拉遠(yuǎn)站可以同時(shí)接入主干光節(jié)點(diǎn)，從而選擇方向不同的纖芯，提高纖芯資源的利用率。此時(shí)，5G 基站可以適當(dāng)?shù)厥褂霉怖w芯，以實(shí)現(xiàn)資源共享和靈活部署。

無論采用哪種組網(wǎng)模式，5G 基站接入光纜網(wǎng)都需要根據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源和基站分布情況優(yōu)化配置纖芯資源，并綜合考慮各種因素，如網(wǎng)絡(luò)容量、帶寬需求、基站密度以及未來擴(kuò)展規(guī)劃等，以制定出更加合理和精細(xì)化的基站傳輸接入網(wǎng)建設(shè)方案。

4.2 5G 光纜網(wǎng)引入服務(wù)化功能設(shè)計(jì)

5G 光纜的服務(wù)化功能設(shè)計(jì)可以從以下幾個(gè)方面入手。

第一，網(wǎng)絡(luò)定制化。為滿足不同用戶的需求，5G 光纜網(wǎng)需要提供網(wǎng)絡(luò)定制化功能。這可以通過配置不同的傳輸和接入方式來實(shí)現(xiàn)，如在核心網(wǎng)、傳輸網(wǎng)和用戶網(wǎng)之間建立虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（Virtual Private Network，VPN），以便用戶根據(jù)需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訪問和數(shù)據(jù)傳輸。

第二，集中控制。5G 光纜網(wǎng)需要具備集中控制功能，以提高資源管理和利用效率。這可以通過分離CU/DU 和控制面/用戶面（Control Plane/User Plane，CP/UP）來實(shí)現(xiàn)，以避免資源浪費(fèi)和冗余使用，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性。CU/DU負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸和分發(fā)，而CP/UP 負(fù)責(zé)集中控制和管理資源。

第三，分層設(shè)計(jì)。5G 光纜網(wǎng)應(yīng)采用分層設(shè)計(jì)，將網(wǎng)絡(luò)按前傳、中傳和回傳3 部分進(jìn)行劃分。前傳部分負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從有源天線傳輸?shù)椒植紗卧袀鞑糠重?fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從分布單元傳輸?shù)郊袉卧貍鞑糠謩t負(fù)責(zé)在集中單元和CN 之間來回傳輸數(shù)據(jù)。這種分層設(shè)計(jì)可以使網(wǎng)絡(luò)更加清晰、簡明，提高網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率和質(zhì)量。

第四，開放式接口。5G 光纜網(wǎng)需要具備開放式接口，以兼容不同的軟件和硬件。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，可以采用標(biāo)準(zhǔn)化的接口和協(xié)議，如OpenFlow 和NETCONF 等，以提升網(wǎng)絡(luò)的靈活性、可擴(kuò)展性。

4.3 優(yōu)化5G RAN 組網(wǎng)場景模式

傳統(tǒng)的無線接入網(wǎng)絡(luò)往往存在覆蓋范圍窄、容量有限等問題，而通過基站引入光纜可以有效提升基站的接入能力，擴(kuò)大覆蓋范圍，提高網(wǎng)絡(luò)的容量。同時(shí)，光纜具有高帶寬和低延遲的特點(diǎn)，可以為5G 網(wǎng)絡(luò)提供更加穩(wěn)定和高效的傳輸支持，滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸和低時(shí)延通信的需求。5G RAN 組網(wǎng)場景模式優(yōu)化的關(guān)鍵引入C-RAN 架構(gòu)和D-RAN 架構(gòu)。C-RAN架構(gòu)通過光纜連接遠(yuǎn)程無線單元（Remote Radio Unit，RRU）與中央處理器（Central Processing Unit，CPU）實(shí)現(xiàn)基站的虛擬化和集中化處理，以減少基站之間的干擾，提高網(wǎng)絡(luò)的整體性能；而D-RAN 架構(gòu)通過光纜連接相鄰的基站，實(shí)現(xiàn)基站之間的資源共享和協(xié)同工作，從而提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和容錯(cuò)性。

5 結(jié) 論

文章深入探究了5G 網(wǎng)絡(luò)中接入光纜網(wǎng)的建設(shè)及組網(wǎng)，旨在為相關(guān)人員提供借鑒和參考。接入光纜網(wǎng)的建設(shè)和組網(wǎng)是5G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中不可或缺的一部分，為5G 網(wǎng)絡(luò)的高速、低延遲通信提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，為人們帶來了更加便捷、高效的數(shù)字化生活體驗(yàn)。未來，隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的不斷普及和完善，人們將享受到更加多樣化、智能化的應(yīng)用與服務(wù)。