移動網(wǎng)絡(luò)承載網(wǎng)的改造和升級方案

文/張森洪 章偉飛

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的成熟和5G時代的到來，中國通信面臨著各種機遇和挑戰(zhàn)，承載網(wǎng)作為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要部分，也將面臨技術(shù)的升級換代，PTN、IPRAN將面臨升級、OTN網(wǎng)絡(luò)將下沉，承載網(wǎng)將提供更大的帶寬、更小的時延、更靈活的配置。

1 LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及承載網(wǎng)方案

LTE是由3GPP組織制定的UMTS技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的長期演進，于2004年12月在3GPP多倫多會議上正式立項并啟動。LTE系統(tǒng)引入了OFDM和MIMO等關(guān)鍵技術(shù)，顯著提升了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率，下行峰值速率約100M-150Mbps，上行為50Mbps，并支持多種帶寬分配：1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz和20MHz等，系統(tǒng)容量和網(wǎng)絡(luò)覆蓋也顯著提升。

2013年12月4日，工信部分別向三大運營商頒發(fā)了4G運營牌照，拉開了我國4G建設(shè)運營的序幕。2013年-2017年中國移動新建LTE基站150萬個，TD-LTE用戶規(guī)模也超過7億。2019年，隨著5G建設(shè)初期開啟，運營商無線網(wǎng)投資重新進入增量周期。運營商將增設(shè)5G無線端，疊加做厚4G網(wǎng)絡(luò)，依托現(xiàn)有的站址資源、做厚網(wǎng)絡(luò)容量層。

當(dāng)前傳輸網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)LTE承載主要有兩種方式：PTN以及IPRAN。PTN依賴的是MPLS技術(shù)，MPLS技術(shù)可以提供二層業(yè)務(wù)，并對三層協(xié)議進行支持。而IPRAN則更多地偏向于對用戶IP和個性化的滿足，IPRAN路由器直接承載各類IP業(yè)務(wù)，通過偽線仿真技術(shù)的鑒別，保證用戶信息和數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴?/p>

TD-LTE中的E-NodeB基站總傳輸帶寬需求具體計算公式為：E-NodeB總帶寬需求=（S1用戶平面帶寬需求+X2用戶平面帶寬需求）×扇區(qū)數(shù)+S1控制平面帶寬需求+X2控制平面帶寬需求+其他開銷帶寬。

如表1所示計算的是一個TD-LTE基站的峰值傳輸帶寬需求，實際規(guī)劃中一般計算基站的保證帶寬需求。保證帶寬的計算有采用多種方式，可根據(jù)平均值和峰值配比進行計算。表1單扇區(qū)的3:1時隙時用戶面的峰值為104.5Mbps，平均值為26Mbps。按峰值、平均值1:2進行計算，S111基站需要的帶寬為：(104Mbps+2×26Mbps+3+1)×1.05=168Mbps。

中國移動城域傳送網(wǎng)建設(shè)指導(dǎo)意見中對于接入層的規(guī)范如下：城區(qū)PTN接入環(huán)應(yīng)以單層環(huán)或環(huán)帶短支鏈結(jié)構(gòu)為主，單個接入環(huán)上的基站站址數(shù)建議為6-8個，最大不超過10個；鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村區(qū)域，PTN接入環(huán)還可采用2級接入環(huán)帶短支鏈的結(jié)構(gòu)，單個接入環(huán)上的基站站址數(shù)建議為6-10個，最大不超過15個。

表1：TD-LTE基站傳輸帶寬需求

2 5G網(wǎng)絡(luò)及承載的挑戰(zhàn)

5G網(wǎng)絡(luò)是指在移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中的第五代網(wǎng)絡(luò)，與之前的四代移動網(wǎng)絡(luò)相比較而言，5g網(wǎng)絡(luò)在實際應(yīng)用過程中表現(xiàn)出更強的功能，并且理論上其傳輸速度能夠達到數(shù)十Gbps，這種速度是4G移動網(wǎng)絡(luò)的幾十倍。

5G承載網(wǎng)的建設(shè)任務(wù)將面臨巨大的挑戰(zhàn)，它要把地域分布非常廣泛的宏站，以及和DU、CU分離的無線網(wǎng)元與5G核心網(wǎng)連接起來，由于5G核心網(wǎng)常位于省干或城域核心機房，因此5G承載分成了省內(nèi)干線、城域核心層、匯聚層和接入層等。

5G第一個挑戰(zhàn)就是帶寬需求，根據(jù)5G低頻站和高頻站的典型配置參數(shù)，按照NGMN的基站帶寬計算方法，5G低頻站的峰值帶寬是4.6Gb，均值帶寬是2Gb；5G高頻站的峰值帶寬是13Gb，均值帶寬是5Gb[3]。5G低頻站將需用1個10GE接口，高頻站需要2個10GE接口或1個25GE接口。為了承載5G，接入環(huán)的線路速率將達到25G/50G/100G，匯聚核心層的帶寬需求將超過100G，匯聚核心層設(shè)備之間需多個100G/200G/400G鏈路互連。

第二個挑戰(zhàn)就是時延，3GPP要求eMBB業(yè)務(wù)用戶面時延小于4ms，控制面時延小于10ms；uRLLC業(yè)務(wù)用戶面時延小于0.5ms，控制面時延小于10ms。4G、5G前傳將采用光纖直驅(qū)，承載節(jié)點的處理時延20us～50us量級，要盡可能降低承載節(jié)點的時延。

第三個挑戰(zhàn)是高精度時間同步，5G 基本業(yè)務(wù)同步需求與4G相當(dāng)，均為3us；5G協(xié)同業(yè)務(wù)需求指標(biāo)：65ns/130ns/260ns/3us；少量百納秒量級的時間同步要求需基于前傳網(wǎng)實現(xiàn)網(wǎng)同步。

3 移動網(wǎng)絡(luò)承載網(wǎng)的改造和升級方案

5G承載網(wǎng)將需要帶寬、時延、同步三大性能指標(biāo)支撐，大帶寬主要體現(xiàn)在5G前傳、中傳、回傳三部分，超低時延的需求主要集中在前傳、中傳部分，對高精度時間同步，特別是基站間協(xié)同如載波聚合，主要集中在前傳和中傳部分。

對于5G承載網(wǎng)來說，靈活路由是基本要求。網(wǎng)絡(luò)中南北向流量為主，東西向流量較少，無需建立全mesh連接，帶寬、時延是核心競爭力，光層提升核心性能，增強路由轉(zhuǎn)發(fā)功能滿足靈活性需求。

5G中回傳承載方案，主要包括對PTN、OTN、IPRAN等現(xiàn)有技術(shù)框架的改造。從宏觀上來說，5G承載網(wǎng)是在4G承載網(wǎng)現(xiàn)有技術(shù)框架的基礎(chǔ)上，通過“技術(shù)升級、設(shè)備改造”的方式，通過新技術(shù)實現(xiàn)能力的全面強化。

OTN是以波分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)、在光層組織網(wǎng)絡(luò)的傳送網(wǎng)，是通過G.872、G.709、G.798等一系列ITU-T的建議所規(guī)范的新一代“數(shù)字傳送體系”。OTN在光網(wǎng)絡(luò)中一直扮演著重要的角色，它的透明傳送、完善的OAM、保護等功能，可以滿足新型業(yè)務(wù)對于業(yè)務(wù)質(zhì)量的要求。隨著5G新業(yè)務(wù)的發(fā)展，接入業(yè)務(wù)帶寬需求飛速增長，OTN下沉部署成為大勢所趨，構(gòu)建一個涵蓋城域接入層、匯聚層、核心層以及長途干線層的端到端OTN網(wǎng)絡(luò)，是未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢。

以國內(nèi)三大運營商的5G中回傳承載網(wǎng)方案為例，基本上都是在現(xiàn)有方案上進行加強和改良，同時實現(xiàn)OTN下沉，從而實現(xiàn)對5G的支持。

首先看實力最強的中國移動，移動提出了自主創(chuàng)新的SPN解決方案。SPN就是Slicing Packet Network，切片分組網(wǎng)。中國移動的4G承載網(wǎng)是基于PTN的，而SPN基于以太網(wǎng)傳輸架構(gòu)，繼承了PTN傳輸方案的功能特性，并在此基礎(chǔ)上進行了增強和創(chuàng)新。

SPN可以認為是在以太網(wǎng)上“升級”一個光接口，充分利用現(xiàn)在成熟的以太網(wǎng)生態(tài)鏈，實現(xiàn)比較高的性價比。移動竭力推動SPN的標(biāo)準(zhǔn)立項，還大力扶持SPN上下游產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。在它的努力下，SPN技術(shù)發(fā)展很快，產(chǎn)業(yè)鏈也日趨完整。

中國電信在5G承載領(lǐng)域主推M-OTN方案。M-OTN（Mobile-optimized OTN）是面向移動承載優(yōu)化的OTN技術(shù)。電信擁有非常完善和強大的OTN光傳送網(wǎng)絡(luò)，它在光傳輸網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施方面還是很有優(yōu)勢的，帶寬資源也非常充足。

中國聯(lián)通由于傳輸資源和建設(shè)資金的缺陷，希望利舊IPRAN系統(tǒng)，節(jié)約投資。但現(xiàn)有IPRAN技術(shù)是不可能滿足5G要求的，僅帶寬就無法承載5G網(wǎng)絡(luò)，所以聯(lián)通就研究起IPRAN2.0。IPRAN2.0在端口接入能力、交換容量方面有了明顯的提升。此外，該標(biāo)準(zhǔn)在切片承載技術(shù)、隧道技術(shù)、智能維護技術(shù)方面也有很大的改進和創(chuàng)新。中國聯(lián)通一直都在做IPRAN 2.0規(guī)范的功能驗證和性能測試，目前進展較為順利，正在穩(wěn)步推進中。

隨著5G時代的到來，中國通信面臨著各種機遇和挑戰(zhàn)，承載網(wǎng)建設(shè)作為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要部分，也將面臨著技術(shù)的升級換代，各運營商將結(jié)合各種的優(yōu)勢，部署各種新技術(shù)迎接新通信時代。