【摘要】為了研究如何實現5G網絡的高效承載，先描述了5G典型應用場景對承載網絡的需求及挑戰，再根據5G的應用需求提出了多種傳輸承載方案，并著重分析了各種傳輸方案的優缺點，對不同方案的適用范圍進行了探討。
【關鍵詞】5G傳輸方案 波分組網 固移融合
doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2018.01.000 中圖分類號：TN914.3 文獻標志碼：A 文章編號：1006-1010(2018)01-0000-00
引用格式：趙文姝,何杰,周秀方. 關于5G網絡多種傳輸方案的探[J]. 移動通信, 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技術發展非常迅速，國內三大運營商都已經著手5G布局，2017年6月25日，在廣州大學城，中國移動首個5G基站正式開通，這也標志著5G網絡應用逐漸開啟。在5G正式部署之前，如何實現5G網絡高標準的承載需求，同時結合現有網絡架構，最大程度地節省建設投資，已經成為整個光通信行業關注的重心和研究熱點，因此，本文接下來將提出多種傳輸承載方案，并對各種傳輸方案的優缺點及其適用范圍進行探討。
2 5G對承載網絡的需求及挑戰
“5G”即第五代移動通信技術，ITU已將5G標準正式命名為IMT-2020，是目前正在推進的“4G”的延伸，但業界普遍認為5G與4G截然不同，5G不僅是一次技術的更新，更是一個全新技術，是真正實現泛在、智能、融合、高速、綠色的強大通信網絡，是無線接入技術的演進和革命。
5G使萬物互聯成為可能，提供人與人、人與物以及物與物之間高速、安全、自由的連接，也將驅動更多新的業務場景，典型的應用場景包括廣覆蓋、高接入密度、高接入速率、突發流量和低時延等，這些應用將帶領我們進入人工智能時代。
（1）連續廣域覆蓋：以保證用戶移動性和業務連續性為目標，為用戶提供無縫高速業務體驗，如無人駕駛；
（2）熱點高容量：主要面向局部熱點區域，可以為用戶提供1 Gbps用戶體驗速率，數十Gbps峰值速率，滿足網絡極高的流量密度需求；單位面積吞吐量顯著提升，熱點區域數十Tbps/km2的流量密度需求，如虛擬辦公；
（3）低功耗大連接：以傳感和數據采集為目標的應用場景，具有小數據包、低功耗、海量連接等特點，要求網絡具備超千億連接的支持能力，滿足100萬/km2連接數密度指標要求，還要保證終端的超低功耗和超低成本，如物聯網、智慧城市；
（4）低時延高可靠：對時延和可靠性具有極高的指標要求，需要為用戶提供毫秒級的端到端時延和接近100%的業務可靠性保證，如車聯網。
針對5G的主要應用場景，總結承載網絡主要面臨以下需求及挑戰如表1所示：
表1 IMT-2020發布的5G主要場景與關鍵性能挑戰
廣覆蓋、高容量將要求5G的基站更加小型化，便于安裝于各種場景，同時具備更強大的功能；低功耗要求5G網絡綠色低碳節能，比如續航能力是4G網絡的100倍，終端可用5到10年；而低時延、高可靠、大帶寬等網絡需求，需要5G網絡架構將進一步扁平化，它將是功能強大的基站疊加一個大服務器集群。
5G的業務需求及網絡架構的變化將對網絡功能提出新的要求，直接影響承載網絡的的技術指標，如帶寬、時延、時鐘精度和可靠性等，因此研究如何在滿足5G技術指標的前提下，進行5G時代光傳送網的技術演進尤為重要，這將是5G是否能推廣應用的關鍵前提。
3 5G傳輸方案探討
本節將重點討論5G建設初期傳輸網絡技術選擇和組網方案的選擇。
3.1 方案一：端到端分組增強型OTN組網方案
如圖1所示，5G傳輸接入層采用100 G波分組網，匯聚層采用T級別波分的組網方式。
圖1 波分組網5G承載方案
（1）組網方案
1）前傳方案：基站通過裸纖與DU（Distribute Unit，分布單元）連接，滿足未來移動用戶大帶寬、低時延、高可靠信息傳送需求。
基站流量預測：5G基站帶寬均值將超過1 G，峰值或超10 G；對S111站型，CIR/PIR將達到4 G/16 G。
2）中傳方案：DU匯聚基站后接入物理網光交配線端子；物理網光交匯聚DU上行光纜后，DU通過物理網光交成環，物理網光交再通過主干光纜或波分設備上傳至局端CU（Centralized Unit，集中單元）。
接入層流量預測：按每接入環6個站，一個站達到峰值帶寬計算，接入環帶寬將達到40 G，考慮到5G基站的密集程度，100 G組網可能性更大；
3）回傳方案：CU通過100 G~T級別波分或中繼光纜回傳至5G核心網。
匯聚層流量預測：匯聚層波分環考慮到將匯聚多個接入環，則有可能達到T級別組網。
（2）方案一優點
1）大帶寬：融合分組技術及超100 G光傳送技術，能有效支撐5G網絡千倍接入速率；
2）低時延：融合形態，靈活實現業務穿通節點光層直通，應對5G端到端超低時延的巨大挑戰；
3）物理鏈路高安全：DU至光纖物理網光交采用雙上行，物理網光交至MS-OTN也采用雙上行連接，極大地提高了DU設備的安全性；
4）大容量、少節點：通過MS-OTN匯接DU后再接入CU（無線接入控制設備），可以有效收斂上行光纜，節省CU端口，并使CU覆蓋較大的地域面積，減少CU部署點位，有效降低設備組網、傳輸線路、維護等需求；
5）線路帶寬易升級：MS-OTN設備只需插卡，線路帶寬可輕松從100 G擴展至400 G，設備不換、機房不改、平滑擴展，實現“超100 G”帶寬。
（3）方案一缺點
1）投資大：需搭建兩張高速率高性能的OTN環網，在利用現網OTN設備的基礎上，仍需新增較多節點，投資巨大；
2）網絡較復雜：新建較多的MS-OTN設備用以5G基站信息傳輸，增加了網絡的復雜性。
3.2 方案二：固移融合承載方案
固移融合5G承載方案如圖2所示：
圖2 固移融合5G承載方案
（1）組網方案
1）前傳方案：基站通過裸纖與DU連接，滿足未來移動用戶大帶寬、低時延信息傳送需求；室內小基站（RRU+DC部分）可與ONU集成，易于部署。
2）中傳方案：
◆DU匯聚基站光纜后接入OLT設備PON口；
◆OLT下沉至小區后，同時接入有線PON業務及無線5G基站；
◆物理網光交匯聚OLT上行光纜后，通過主干光纜設備上行至局端CU。
3）回傳方案：CU通過中繼光纜回傳至5G核心網。
（2）方案二優點
1）組網簡單：利用現有網絡結構，升級OLT設備，增加物理網光交數量，即可完成組網；
2）固移融合：有線、無線綜合承載，提高設備利用效率，有效節省機房空間，節約能耗，且有線無線業務帶寬、性能等實現同步升級；
3）大帶寬傳輸：除采用超10 G甚至100 G PON OLT設備進行DU設備承載外，全程光鏈路直達，支持5G超大帶寬應用；
4）物理鏈路高安全：DU（5G無線接入單元）至OLT采用雙上行，OLT至物理網光交也盡量采用雙上行連接，且物理網光交呈環狀結構，極大地提高了DU設備的安全性；
5）線路帶寬易升級：OLT設備可實現平滑升級，設備不換、機房不改、平滑擴展，實現“超100 G”帶寬；
6）節省物理網光纖資源：采用OLT設備作為CU、DU之間的匯聚點，可以起到大幅匯聚基站上行光纜的作用，降低對光纖物理網資源的消耗。
（3）方案二缺點
1）需克服OLT時延較大問題：由于OLT的上行采用TDMA（時分復用）方式，因此上行信息流時延暫時無法滿足5G的超低時延需求。因此，如采用OLT融合承載無線及有線業務，需要對OLT時延進行優化，或者通過端到端QoS保障5G基站業務傳輸低時延、高可靠和大帶寬的需求；
2）CU覆蓋范圍有限：由于DU通過光纖物理網直接匯接到CU，且光纖物理網單環上僅能帶4~6個光交，密集城區每個光交覆蓋半徑為1 km左右，這意味著CU覆蓋范圍內能接入的基站數量受覆蓋面積限制而容量有限，不能最大限度地發揮CU的效能。
3.3 其他傳輸方案
除以上兩種方案外，還可以采用以下方案：
（1）方案三：以方案一為基本網絡架構，結合方案二，具體是將接入層的MS-OTN設備作為綜合接入設備，MS-OTN同時接入基站以及OLT設備，基站完成無線接入，OLT設備完成有線接入.
（2）方案四：以方案二為基本網絡架構，將OLT設備用超低時延交換機替代，采用三層交換機或路由器進行回傳。
（3）方案五：以方案二為基本網絡架構，將OLT設備用高速IPRAN設備替代。
（4）方案六：以方案三為基本網絡架構，暫時不建設接入層的MS-OTN環，DU直接通過光纖物理網接入CU。此方案占用纖芯資源較多，適用于少量補點，不適用于大規模建設。
在實際的建設過程中，具體采取何種傳輸組網方案，主要取決于以下條件：
（1）CU的定位：CU在網絡層級中的定位，即CU位置的選擇、覆蓋的范圍、接入用戶規模等。如果CU在匯聚層面，覆蓋廣、容量大，采用方案一更合理；反之，如果CU在接入匯聚層面，位置與4G BBU機房位置類似，則可采用方案五。
（2）資金投入：投資的大小也對網絡架構的選擇起到重要的影響作用，方案一、方案三投資巨大，但網絡架構清晰、合理，能滿足5G傳輸各項指標。方案二、三、五投資較低，適用于試點階段或少量補點建設。
（3）技術進步：技術的進步也可以改變網絡建設方式，例如OLT設備能解決時延、同步，IPRAN設備能解決帶寬等技術難題，5G網絡的接入方式將更加豐富。
實際建設時，還是應根據具體的情況，靈活選取組網方式，以期能達到網絡最優、投資最省的效果。
4 結束語
5G正在逐步成熟，給傳送網絡帶來的不僅是流量的攀升，低時延、高可靠、靈活智能等要求都是對現有網絡架構的挑戰，因此本文結合具體的建設需求，提供了多種傳輸解決方案。隨著5G標準的進一步明確，筆者認為傳送網目前還需要重點關注CU的定位、網絡層級、覆蓋密度，這將決定匹配何種傳輸組網方案更為合理，并按最優的承載方案提前準備光纖和機房資源，為迎接5G的部署做好充分的準備工作。
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作者簡介
趙文姝：學士畢業于四川師范大學通信工程專業，曾受聘為四川大學錦城學院客座講師、中國電信光接入網講師，現任四川通信科研規劃設計有限責任公司光傳送網技術專家，曾主持云南電信2013年有線網絡規劃、四川電信2014年至2017年有線網絡規劃、光網絡演進及寬帶鄉村等重要項目。
何杰：一級建造師，學士畢業于西南交通大學工商管理專業，現任四川通信科研規劃設計有限責任公司光傳送網技術專家，負責并參與各地省級、本地網級有線接入網滾動規劃及專項規劃等重要項目。
周秀方：建造師，學士畢業于重慶郵電大學，現任四川通信科研規劃設計有限責任公司光傳送網專家，從事光傳送網規劃、咨詢、研究工作，曾參與四川、重慶、內蒙等全國多個省市的電信、聯通等運營商網絡滾動規劃，參與四川電信千兆城市、寬帶鄉村等重要建設項目。
