关于5G网络多种传输方案的探讨

溯溪而上

【摘要】为了研究如何实现5G网络的高效承载，先描述了5G典型应用场景对承载网络的需求及挑战，再根据5G的应用需求提出了多种传输承载方案，并着重分析了各种传输方案的优缺点，对不同方案的适用范围进行了探讨。

【关键词】5G传输方案    波分组网    固移融合

doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2018.01.000      中图分类号：TN914.3      文献标志码：A      文章编号：1006-1010(2018)01-0000-00

引用格式：赵文姝,何杰,周秀方. 关于5G网络多种传输方案的探[J]. 移动通信, 2017,42(1): 00-00.

Discussion on Multiple Transmission Schemes of 5G Network

ZHAO Wenshu, HE Jie, ZHOU Xiufang

(Sichuan Communication Design Co., Ltd., Chengdu 610041, China)

[Abstract] 5G is coming , How to carry the 5G network efficiently is a problem that needs to be thought ahead of time.Firstly, describe the network requirements and challenges of typical application scenarios, according to the application requirements of 5G put forward a variety of transmission bearing scheme, and analyzes the advantages and disadvantages of various transmission schemes, the applicable scope of different schemes are discussed.

[Key words] 5G transmission scheme    wave division network    the fusion of wired network and wireless network

1   引言

目前5G技术发展非常迅速，国内三大运营商都已经着手5G布局，2017年6月25日，在广州大学城，中国移动首个5G基站正式开通，这也标志着5G网络应用逐渐开启。在5G正式部署之前，如何实现5G网络高标准的承载需求，同时结合现有网络架构，最大程度地节省建设投资，已经成为整个光通信行业关注的重心和研究热点，因此，本文接下来将提出多种传输承载方案，并对各种传输方案的优缺点及其适用范围进行探讨。

2   5G对承载网络的需求及挑战

“5G”即第五代移动通信技术，ITU已将5G标准正式命名为IMT-2020，是目前正在推进的“4G”的延伸，但业界普遍认为5G与4G截然不同，5G不仅是一次技术的更新，更是一个全新技术，是真正实现泛在、智能、融合、高速、绿色的强大通信网络，是无线接入技术的演进和革命。

5G使万物互联成为可能，提供人与人、人与物以及物与物之间高速、安全、自由的连接，也将驱动更多新的业务场景，典型的应用场景包括广覆盖、高接入密度、高接入速率、突发流量和低时延等，这些应用将带领我们进入人工智能时代。

（1）连续广域覆盖：以保证用户移动性和业务连续性为目标，为用户提供无缝高速业务体验，如无人驾驶；

（2）热点高容量：主要面向局部热点区域，可以为用户提供1 Gbps用户体验速率，数十Gbps峰值速率，满足网络极高的流量密度需求；单位面积吞吐量显著提升，热点区域数十Tbps/km2的流量密度需求，如虚拟办公；

（3）低功耗大连接：以传感和数据采集为目标的应用场景，具有小数据包、低功耗、海量连接等特点，要求网络具备超千亿连接的支持能力，满足100万/km2连接数密度指标要求，还要保证终端的超低功耗和超低成本，如物联网、智慧城市；

（4）低时延高可靠：对时延和可靠性具有极高的指标要求，需要为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证，如车联网。

针对5G的主要应用场景，总结承载网络主要面临以下需求及挑战如表1所示：

表1    IMT-2020发布的5G主要场景与关键性能挑战

广覆盖、高容量将要求5G的基站更加小型化，便于安装于各种场景，同时具备更强大的功能；低功耗要求5G网络绿色低碳节能，比如续航能力是4G网络的100倍，终端可用5到10年；而低时延、高可靠、大带宽等网络需求，需要5G网络架构将进一步扁平化，它将是功能强大的基站叠加一个大服务器集群。

5G的业务需求及网络架构的变化将对网络功能提出新的要求，直接影响承载网络的的技术指标，如带宽、时延、时钟精度和可靠性等，因此研究如何在满足5G技术指标的前提下，进行5G时代光传送网的技术演进尤为重要，这将是5G是否能推广应用的关键前提。

3   5G传输方案探讨

本节将重点讨论5G建设初期传输网络技术选择和组网方案的选择。

3.1  方案一：端到端分组增强型OTN组网方案

如图1所示，5G传输接入层采用100 G波分组网，汇聚层采用T级别波分的组网方式。

图1    波分组网5G承载方案

（1）组网方案

1）前传方案：基站通过裸纤与DU（Distribute Unit，分布单元）连接，满足未来移动用户大带宽、低时延、高可靠信息传送需求。

基站流量预测：5G基站带宽均值将超过1 G，峰值或超10 G；对S111站型，CIR/PIR将达到4 G/16 G。

2）中传方案：DU汇聚基站后接入物理网光交配线端子；物理网光交汇聚DU上行光缆后，DU通过物理网光交成环，物理网光交再通过主干光缆或波分设备上传至局端CU（Centralized Unit，集中单元）。

接入层流量预测：按每接入环6个站，一个站达到峰值带宽计算，接入环带宽将达到40 G，考虑到5G基站的密集程度，100 G组网可能性更大；

3）回传方案：CU通过100 G~T级别波分或中继光缆回传至5G核心网。

汇聚层流量预测：汇聚层波分环考虑到将汇聚多个接入环，则有可能达到T级别组网。

（2）方案一优点

1）大带宽：融合分组技术及超100 G光传送技术，能有效支撑5G网络千倍接入速率；

2）低时延：融合形态，灵活实现业务穿通节点光层直通，应对5G端到端超低时延的巨大挑战；

3）物理链路高安全：DU至光纤物理网光交采用双上行，物理网光交至MS-OTN也采用双上行连接，极大地提高了DU设备的安全性；

4）大容量、少节点：通过MS-OTN汇接DU后再接入CU（无线接入控制设备），可以有效收敛上行光缆，节省CU端口，并使CU覆盖较大的地域面积，减少CU部署点位，有效降低设备组网、传输线路、维护等需求；

5）线路带宽易升级：MS-OTN设备只需插卡，线路带宽可轻松从100 G扩展至400 G，设备不换、机房不改、平滑扩展，实现“超100 G”带宽。

（3）方案一缺点

1）投资大：需搭建两张高速率高性能的OTN环网，在利用现网OTN设备的基础上，仍需新增较多节点，投资巨大；

2）网络较复杂：新建较多的MS-OTN设备用以5G基站信息传输，增加了网络的复杂性。

3.2  方案二：固移融合承载方案

固移融合5G承载方案如图2所示：

图2    固移融合5G承载方案

（1）组网方案

1）前传方案：基站通过裸纤与DU连接，满足未来移动用户大带宽、低时延信息传送需求；室内小基站（RRU+DC部分）可与ONU集成，易于部署。

2）中传方案：

◆DU汇聚基站光缆后接入OLT设备PON口；

◆OLT下沉至小区后，同时接入有线PON业务及无线5G基站；

◆物理网光交汇聚OLT上行光缆后，通过主干光缆设备上行至局端CU。

3）回传方案：CU通过中继光缆回传至5G核心网。

（2）方案二优点

1）组网简单：利用现有网络结构，升级OLT设备，增加物理网光交数量，即可完成组网；

2）固移融合：有线、无线综合承载，提高设备利用效率，有效节省机房空间，节约能耗，且有线无线业务带宽、性能等实现同步升级；

3）大带宽传输：除采用超10 G甚至100 G PON OLT设备进行DU设备承载外，全程光链路直达，支持5G超大带宽应用；

4）物理链路高安全：DU（5G无线接入单元）至OLT采用双上行，OLT至物理网光交也尽量采用双上行连接，且物理网光交呈环状结构，极大地提高了DU设备的安全性；

5）线路带宽易升级：OLT设备可实现平滑升级，设备不换、机房不改、平滑扩展，实现“超100 G”带宽；

6）节省物理网光纤资源：采用OLT设备作为CU、DU之间的汇聚点，可以起到大幅汇聚基站上行光缆的作用，降低对光纤物理网资源的消耗。

（3）方案二缺点

1）需克服OLT时延较大问题：由于OLT的上行采用TDMA（时分复用）方式，因此上行信息流时延暂时无法满足5G的超低时延需求。因此，如采用OLT融合承载无线及有线业务，需要对OLT时延进行优化，或者通过端到端QoS保障5G基站业务传输低时延、高可靠和大带宽的需求；

2）CU覆盖范围有限：由于DU通过光纤物理网直接汇接到CU，且光纤物理网单环上仅能带4~6个光交，密集城区每个光交覆盖半径为1 km左右，这意味着CU覆盖范围内能接入的基站数量受覆盖面积限制而容量有限，不能最大限度地发挥CU的效能。

3.3  其他传输方案

除以上两种方案外，还可以采用以下方案：

（1）方案三：以方案一为基本网络架构，结合方案二，具体是将接入层的MS-OTN设备作为综合接入设备，MS-OTN同时接入基站以及OLT设备，基站完成无线接入，OLT设备完成有线接入.

（2）方案四：以方案二为基本网络架构，将OLT设备用超低时延交换机替代，采用三层交换机或路由器进行回传。

（3）方案五：以方案二为基本网络架构，将OLT设备用高速IPRAN设备替代。

（4）方案六：以方案三为基本网络架构，暂时不建设接入层的MS-OTN环，DU直接通过光纤物理网接入CU。此方案占用纤芯资源较多，适用于少量补点，不适用于大规模建设。

在实际的建设过程中，具体采取何种传输组网方案，主要取决于以下条件：

（1）CU的定位：CU在网络层级中的定位，即CU位置的选择、覆盖的范围、接入用户规模等。如果CU在汇聚层面，覆盖广、容量大，采用方案一更合理；反之，如果CU在接入汇聚层面，位置与4G BBU机房位置类似，则可采用方案五。

（2）资金投入：投资的大小也对网络架构的选择起到重要的影响作用，方案一、方案三投资巨大，但网络架构清晰、合理，能满足5G传输各项指标。方案二、三、五投资较低，适用于试点阶段或少量补点建设。

（3）技术进步：技术的进步也可以改变网络建设方式，例如OLT设备能解决时延、同步，IPRAN设备能解决带宽等技术难题，5G网络的接入方式将更加丰富。

实际建设时，还是应根据具体的情况，灵活选取组网方式，以期能达到网络最优、投资最省的效果。

4   结束语

5G正在逐步成熟，给传送网络带来的不仅是流量的攀升，低时延、高可靠、灵活智能等要求都是对现有网络架构的挑战，因此本文结合具体的建设需求，提供了多种传输解决方案。随着5G标准的进一步明确，笔者认为传送网目前还需要重点关注CU的定位、网络层级、覆盖密度，这将决定匹配何种传输组网方案更为合理，并按最优的承载方案提前准备光纤和机房资源，为迎接5G的部署做好充分的准备工作。

参考文献：

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[10] 耿亮,张德朝,王世光,等. 5G回传网络技术探讨[J]. 电信网技术, 2015,9(9): 15. ★

作者简介

赵文姝：学士毕业于四川师范大学通信工程专业，曾受聘为四川大学锦城学院客座讲师、中国电信光接入网讲师，现任四川通信科研规划设计有限责任公司光传送网技术专家，曾主持云南电信2013年有线网络规划、四川电信2014年至2017年有线网络规划、光网络演进及宽带乡村等重要项目。

何杰：一级建造师，学士毕业于西南交通大学工商管理专业，现任四川通信科研规划设计有限责任公司光传送网技术专家，负责并参与各地省级、本地网级有线接入网滚动规划及专项规划等重要项目。

周秀方：建造师，学士毕业于重庆邮电大学，现任四川通信科研规划设计有限责任公司光传送网专家，从事光传送网规划、咨询、研究工作，曾参与四川、重庆、内蒙等全国多个省市的电信、联通等运营商网络滚动规划，参与四川电信千兆城市、宽带乡村等重要建设项目。

作者：赵文姝 何杰 周秀方   来源：《移动通信》2018年1月