5G時(shí)代傳統(tǒng)寬帶網(wǎng)絡(luò)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

吳 俠

（廣東南方電信規(guī)劃咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司，深圳 518038）

5G是指第五代的移動(dòng)通信技術(shù)，從移動(dòng)通信發(fā)展上看，其從第一代模擬技術(shù)一直發(fā)展為4G技術(shù)，人們步入了無線寬帶時(shí)代。而在5G時(shí)代中，人們能夠享受到更好的服務(wù)，其延時(shí)率能夠達(dá)到毫秒級(jí)，下載高清電影只需幾秒鐘，這極大威脅了寬帶網(wǎng)絡(luò)的地位。因此分析5G時(shí)代傳統(tǒng)寬帶網(wǎng)絡(luò)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)十分必要。

1 5G網(wǎng)絡(luò)闡述

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年，5G網(wǎng)絡(luò)得到了快速的發(fā)展，并進(jìn)行了一系列的使用。相比于現(xiàn)階段人們所使用的4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率及通信速率得到了極大的提升，移動(dòng)通信從2G、3G、4G發(fā)展到5G，實(shí)際上已經(jīng)是整個(gè)信息通訊領(lǐng)域大革命時(shí)代的到來。5G包括了各類無線、網(wǎng)絡(luò)及IT技術(shù)的融合和集成，不同于以往的移動(dòng)通信換代，5G不僅是技術(shù)變革，更是產(chǎn)業(yè)融合、跨界拓展和生態(tài)重構(gòu)的新機(jī)遇，充滿想象空間[1]。

在5G時(shí)代，需要利用網(wǎng)絡(luò)切片，使用SDN/NFV等技術(shù)；對(duì)于無線網(wǎng)而言，要做到CU/DU及DU/AAU等分離，同時(shí)要重新構(gòu)建白盒與G傳送承載網(wǎng)等。與此同時(shí)，中國(guó)聯(lián)通也在積極試點(diǎn)運(yùn)行5G，緊緊抓住2020年的商用時(shí)間點(diǎn)，對(duì)eMBB應(yīng)用打造出了一個(gè)全新的視頻新生態(tài)，同時(shí)在上海建立起了eMTC網(wǎng)絡(luò)，并且此網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)階段全球最大的eMTC網(wǎng)絡(luò)。

1.2 主要技術(shù)

在5G網(wǎng)絡(luò)下，高頻傳輸技術(shù)是此網(wǎng)絡(luò)中的核心技術(shù)。當(dāng)下，人們所使用的4G網(wǎng)絡(luò)，其頻率大概在3GHz以下。由于我國(guó)網(wǎng)絡(luò)用戶的需求量逐漸增多，人們使用力度的增強(qiáng)，使網(wǎng)絡(luò)傳輸量急速上升，現(xiàn)階段4G網(wǎng)絡(luò)頻段無法滿足人們的使用需要。為了滿足人們的大量網(wǎng)絡(luò)傳輸需求，5G網(wǎng)絡(luò)需要提升至現(xiàn)在的10倍以上，只有這樣，才能夠符合人們?nèi)找嬖黾拥木W(wǎng)絡(luò)傳輸量。但是提升網(wǎng)絡(luò)頻率不是5G時(shí)代所要達(dá)到的目的，其最終目的是傳輸效率具有較高的穩(wěn)定性。

除此之外，5G網(wǎng)絡(luò)還要具有較強(qiáng)的干擾能力，其所需抵抗的干擾既有人為因素，同時(shí)也帶有外界惡劣環(huán)境對(duì)其造成的影響。在網(wǎng)絡(luò)虛擬化問題上，國(guó)外研究的較早，并且已經(jīng)形成了軟件定義網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)虛擬功能兩種。而我國(guó)在此問題研究上處于初始階段，通過此項(xiàng)研究，不但可以降低運(yùn)營(yíng)商的成本，研發(fā)更多高新技術(shù)，同時(shí)還能夠?yàn)槿藗兲峁┍憷岣吡诉\(yùn)營(yíng)商在系統(tǒng)上的升級(jí)、維護(hù)及售后處理等效率。對(duì)于現(xiàn)代科技公司而言，云服務(wù)不僅是重要技術(shù)手段，同時(shí)還是當(dāng)下社會(huì)急需的一種網(wǎng)絡(luò)功能，其需要上百個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的支持。公司規(guī)模越大，其平臺(tái)就越廣，云計(jì)算具有的超強(qiáng)計(jì)算能力及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)力，能夠使公司投入少量的資金獲取更多的回報(bào)，從而加強(qiáng)數(shù)據(jù)管理效率。在未來，人們的生活會(huì)與云計(jì)算之間產(chǎn)生緊密的關(guān)聯(lián)，同時(shí)5G網(wǎng)絡(luò)也能夠在云計(jì)算上得到更好的發(fā)展。

1.3 重要作用

首先，可以減少投入成本，提高工程建設(shè)效率。有關(guān)學(xué)者指出，在城市建設(shè)過程中，未來的5G網(wǎng)絡(luò)會(huì)使用厘米波與毫米波相結(jié)合的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，與現(xiàn)在物理基站相比，其每平方公里的覆蓋密度會(huì)高出幾倍，所覆蓋面積下的光纖連接數(shù)會(huì)增至幾十，甚至上百；固網(wǎng)的FTTH所覆蓋的用戶會(huì)達(dá)到上千，其光纖連接數(shù)會(huì)增至幾千，甚至上萬，由此可知，在未來FTTH光纖連接密度為5G的10倍以上，現(xiàn)存的FTTH光纖也完全有能力接受并容納5G。據(jù)相關(guān)測(cè)算，采取固移共享方式可以使運(yùn)營(yíng)商減少50%左右的投資成本[2]。

其次，具有良好的擴(kuò)展性。5G用戶數(shù)量逐漸增多，流量消耗數(shù)目的增加以及新業(yè)務(wù)應(yīng)用率的提升，使得5G網(wǎng)絡(luò)下的無線網(wǎng)容量需要逐漸擴(kuò)大，而在PON技術(shù)下的FTTH具備良好的升級(jí)能力與長(zhǎng)期演進(jìn)，相對(duì)與4G網(wǎng)絡(luò)，其能夠在同一光纖上提供超過幾十倍的容量空間。

然后，服務(wù)質(zhì)量較高。有關(guān)學(xué)者表示FTTH擁有較高質(zhì)量的QoS能力，可以有效支持語音、視頻及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，能夠?yàn)?G業(yè)務(wù)提供全面支持。

最后，實(shí)現(xiàn)同步部署，方便且高效。5G網(wǎng)絡(luò)需要在分組及物理層同步的基礎(chǔ)上進(jìn)行發(fā)展，但是在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，一般不存有可以接入的外部時(shí)鐘，又或是成本過高；而使用PON技術(shù)能夠有效解決以上問題，此技術(shù)不僅具備可適配的獨(dú)特架構(gòu)，同時(shí)還具有可以調(diào)控的同步算法。

2 5G時(shí)代傳統(tǒng)寬帶網(wǎng)絡(luò)面臨的機(jī)遇

2.1 從光纖上看

根據(jù)有關(guān)預(yù)測(cè)及分析，按照現(xiàn)有的3.5GHz頻段而言，因?yàn)槠漕l段較高且覆蓋率差，所以此頻段會(huì)與1.8GHz頻段相差14dB，并且其基站數(shù)量會(huì)是1.8GHz頻段的兩倍左右，若是再考慮毫米波的影響，其基站數(shù)量還會(huì)不斷增加。這說明如果5G網(wǎng)絡(luò)基站光纖數(shù)量為4G網(wǎng)絡(luò)的兩倍，那么5G網(wǎng)絡(luò)的基站建設(shè)會(huì)使用更多的光纖，其使用空間會(huì)高達(dá)幾億公里以上。另外，根據(jù)工信部所發(fā)布的數(shù)據(jù)來看，我國(guó)有限網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率已經(jīng)達(dá)到了88%，并且三大運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)用戶總數(shù)已高達(dá)3.84億，由于5G網(wǎng)絡(luò)的頻率較高，基站覆蓋面積小但成本高，若是想要達(dá)到更高的覆蓋率與用戶數(shù)量，需要經(jīng)過更多年的經(jīng)營(yíng)及布局。因此，對(duì)于傳統(tǒng)寬帶網(wǎng)絡(luò)來說，5G時(shí)代的來臨并不會(huì)將其完全替代。

2.2 從光模塊上看

與以上假設(shè)一致，若是5G網(wǎng)絡(luò)的基站按照三扇區(qū)進(jìn)行考慮，并且對(duì)網(wǎng)路架構(gòu)以大、大集中于不集中進(jìn)行考慮，5G網(wǎng)絡(luò)能夠承受千萬級(jí)的高速光模塊的用量，其速度可達(dá)25/50Gb/s。若是想要我國(guó)數(shù)據(jù)中心擁有更大的存儲(chǔ)及發(fā)展空間，高速光模塊的用量會(huì)持續(xù)增加。

2.3 從接入網(wǎng)系統(tǒng)上看

在5G網(wǎng)絡(luò)新架構(gòu)下，回傳容量與前傳容量會(huì)被擴(kuò)大幾十倍，甚至上百倍的Gb/s量級(jí)，不僅需要引進(jìn)25/50Gb/s無源WDM，同時(shí)還要引進(jìn)有源的WDMOTN/M-OTN、SPN與WDMPON，此些技術(shù)的引用，需要大量的可調(diào)激光器、WDM以及高速光模塊。除此之外，eCPRI系統(tǒng)會(huì)變?yōu)榈讓咏涌谥鲗?dǎo)技術(shù)，并且還要使用FlexE接口能夠支持的網(wǎng)絡(luò)切片，與EVPN、SR等簡(jiǎn)化控制協(xié)議，從而提升調(diào)度的靈活性[3]。值得一提的是，使用SDN架構(gòu)能夠有效實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的自動(dòng)化及調(diào)整的靈活性。

2.4 從 FTTH 上看

隨著5G時(shí)代的悄然來臨，一些業(yè)內(nèi)的學(xué)者開始思考5G網(wǎng)絡(luò)是否會(huì)取代FTTH網(wǎng)絡(luò)，相關(guān)專家指出，5G網(wǎng)絡(luò)并不會(huì)將FTTH網(wǎng)絡(luò)取代掉，反而會(huì)為FTTH網(wǎng)絡(luò)帶來更多的發(fā)展機(jī)遇。具體解釋為，5G網(wǎng)絡(luò)的頻譜較高且穿墻能力不強(qiáng)，就連毫米波信號(hào)都無法傳統(tǒng)外墻，更不用提達(dá)到個(gè)人用戶家庭內(nèi)部。所以，在5G時(shí)代，為了能夠?qū)崿F(xiàn)有效穿透能力，需要布置能夠進(jìn)入用戶家庭內(nèi)部ONT中的FTTH網(wǎng)絡(luò)?？梢哉f，利用WiFi為用戶提供網(wǎng)絡(luò)支持的方式可能依舊會(huì)占據(jù)主導(dǎo)位置。

除此之外，5G時(shí)代的來臨，也使得城域網(wǎng)及骨干網(wǎng)擴(kuò)大了其容量，得到了有效的升級(jí)。據(jù)猜測(cè)，5G流量在城域網(wǎng)中會(huì)逐漸別進(jìn)固網(wǎng)流量，而其在骨干網(wǎng)中的流量占比會(huì)得到大幅度的提升。與此同時(shí)，光網(wǎng)與IP網(wǎng)同樣需要擴(kuò)大容量并升級(jí)，此時(shí)意味著，光網(wǎng)2.0時(shí)代開始新的發(fā)展。

3 5G時(shí)代傳統(tǒng)寬帶網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)

因?yàn)?G的傳輸速率較高、頻段較高，所以對(duì)于光纖網(wǎng)絡(luò)容量及連接密度提出了更高的要求，并且一些業(yè)務(wù)還需要較低的延時(shí)率。與此同時(shí)，5G網(wǎng)絡(luò)出了連接上會(huì)對(duì)光纖造成挑戰(zhàn)，同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸媒質(zhì)以及功能等都發(fā)生了重要的變化，這表示了在5G時(shí)代，光纖設(shè)施需要面對(duì)眾多挑戰(zhàn)。

有關(guān)學(xué)者指出，光纖設(shè)施所面對(duì)的挑戰(zhàn)大致分為兩種，一是5G標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)下引入了先進(jìn)的運(yùn)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與新接口，這需要光纖網(wǎng)絡(luò)要按照4G網(wǎng)絡(luò)延時(shí)率的 對(duì)10倍4G速率予以支持，這對(duì)寬帶網(wǎng)絡(luò)造成了巨大的壓力。二是5G時(shí)代，為了確保網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)具有較強(qiáng)的可行性，需要光纖網(wǎng)絡(luò)由架構(gòu)至技術(shù)進(jìn)行全面創(chuàng)新，進(jìn)而對(duì)日益增長(zhǎng)的光纖設(shè)施成本進(jìn)行良好的控制。很顯然，最能夠有效控制其成本增長(zhǎng)的方式就是對(duì)現(xiàn)存FTTH光纖設(shè)施進(jìn)行充分利用，包括其機(jī)房機(jī)柜、光纜、管道管孔、ODN以及光纖等，從而實(shí)現(xiàn)固話移動(dòng)資源的共享。

此外，中國(guó)電信在光網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中已經(jīng)進(jìn)入了2.0時(shí)代，其標(biāo)志著傳輸鏈路實(shí)現(xiàn)了光纖化，并朝著400Gb/s進(jìn)行發(fā)展；接入網(wǎng)線也已實(shí)現(xiàn)部分光纖化，并正在逐步推進(jìn)線段光化。而中國(guó)聯(lián)通400WDM的骨干網(wǎng)已經(jīng)用于商用，且G.654.E光纖已被正式商用。中國(guó)移動(dòng)也在努力的實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)部署，其每年都會(huì)集采大量的光纖光纜。此些舉措為寬帶網(wǎng)絡(luò)帶來了一些挑戰(zhàn)。

4 結(jié)束語

綜上所述，5G時(shí)代的來臨不僅促進(jìn)了傳統(tǒng)寬帶網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，同時(shí)也為其帶來了許多要應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)。5G網(wǎng)絡(luò)的存在，促進(jìn)了傳統(tǒng)寬帶網(wǎng)絡(luò)的光纖、光模塊、從接入網(wǎng)系統(tǒng)以及FTTH網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，并且其在未來會(huì)與4G網(wǎng)絡(luò)并存；其挑戰(zhàn)為5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸、下載速度更快，網(wǎng)絡(luò)延遲低，會(huì)搶占較多的寬帶用戶。