關(guān)于5G網(wǎng)絡(luò)多種傳輸方案的探討

晁曉宏，強 甲

（中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

1 5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)概述

5G技術(shù)是基于第四代移動通信技術(shù)研發(fā)出來的，國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）已經(jīng)將5G技術(shù)命名為IMT-2020，它是4G技術(shù)的延伸與拓展。在通信領(lǐng)域內(nèi)，人們認為5G技術(shù)與4G技術(shù)截然不同，是一個全新的技術(shù)，意味著融合、智能、泛在、高速以及綠色，是無線接入技術(shù)的演進[1]。5G技術(shù)提出與應(yīng)用之后，為萬物互聯(lián)提供了新的可能，能夠滿足人與人、人與物以及物與物之間的安全、高速連接，也能夠產(chǎn)生更多的新型業(yè)務(wù)場景，包括廣覆蓋、高接入密度、高接入速率等，這些將帶領(lǐng)人們更好地進入人工智能時代。

2 基于5G的傳輸網(wǎng)絡(luò)部署特性

在5G技術(shù)的支持下，信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的部署呈現(xiàn)出的特點如表1所示。

表1 信息傳輸網(wǎng)絡(luò)的部署特性

其中，連續(xù)廣域覆蓋特征的主要功能是保證用戶的移動性和業(yè)務(wù)的連續(xù)性，能夠為用戶提供高速無縫銜接的業(yè)務(wù)體驗，如無人駕駛與無人值守等。熱點高容量特性是一種面向局部熱點區(qū)域的技術(shù)特征，能夠充分滿足不同人群對網(wǎng)絡(luò)傳輸速率和流量的要求，具有高密度與高流量特點。5G技術(shù)引入之后，傳輸網(wǎng)絡(luò)的單位面積信息吞吐量明顯有所提升，能夠支持虛擬學(xué)習(xí)、虛擬辦公等。低功耗大連接特性促使5G技術(shù)的傳輸網(wǎng)絡(luò)能夠充分滿足以數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的應(yīng)用場景需求，其功耗較低、數(shù)據(jù)包體積較小，能夠進行海量連接，具備超千億連接的支持能力，能夠滿足1×106/km2的密度指標(biāo)要求，能保證服務(wù)終端的超低功耗與成本，支持物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市系統(tǒng)的運行。低時延高可靠特性促使5G技術(shù)的傳輸網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)泳哂休^高時延要求與可靠性要求的終端，為用戶提供毫秒級的傳輸服務(wù)與100%的業(yè)務(wù)可靠保障，支持車輛網(wǎng)的運行與數(shù)據(jù)傳輸。

根據(jù)上述4種特性分析可以發(fā)現(xiàn)，在5G技術(shù)支持下，傳輸網(wǎng)絡(luò)的部署呈現(xiàn)基站小型號、場景多元化、功能豐富化以及功耗超低化的特征，且具有鮮明的綠色低碳環(huán)保特征，能夠充分滿足人們的多種需求。相較于4G傳輸網(wǎng)絡(luò)，5G傳輸網(wǎng)絡(luò)的續(xù)航能力是其100倍，終端的使用周期可達到5～10年。在未來的發(fā)展與部署中，5G傳輸網(wǎng)絡(luò)的扁平化是主要趨勢，如設(shè)置不同類型的OTN組網(wǎng)[2]。

3 關(guān)于5G網(wǎng)絡(luò)多種傳輸方案的強化應(yīng)用措施

綜合考量上述兩種不同的傳輸網(wǎng)絡(luò)部署方案形式，無論是哪個方案，其均具有自身獨特的優(yōu)勢，也存在不足。為了更好地發(fā)揮基于5G技術(shù)的傳輸網(wǎng)絡(luò)部署特性，體現(xiàn)其低功耗、低容量以及低時延的技術(shù)特點，建議要靈活選擇不同的方案，且在應(yīng)用環(huán)節(jié)加強綜合保障措施，進一步保證5G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性與可行性，提升5G傳輸網(wǎng)絡(luò)功能，營造良好的傳輸網(wǎng)絡(luò)環(huán)境[3]。

3.1 加強技術(shù)引入

為了強化5G網(wǎng)絡(luò)傳輸方案的落實成效，建議要積極引入先進技術(shù)，借助先進的5G技術(shù)完善傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。在實際過程中，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要依靠DWDM承載，但隨著網(wǎng)絡(luò)通信傳輸穩(wěn)定性的提升，傳統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)無法滿足人們的實際需求，也無法滿足5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)需要。因此技術(shù)人員要靈活運用承載技術(shù)，根據(jù)5G通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的不同形式，適當(dāng)創(chuàng)新承載技術(shù)應(yīng)用方法，分析傳輸網(wǎng)絡(luò)搭建節(jié)點，提升網(wǎng)絡(luò)技術(shù)性能。之后，在應(yīng)用SDH技術(shù)的基礎(chǔ)上搭配使用PTN技術(shù)，形成優(yōu)勢互補，以提升SDH數(shù)據(jù)傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)配適能力以及信息運載性能與傳輸能力。這樣能夠保證5G通信在不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的數(shù)據(jù)傳輸速率，充分體現(xiàn)5G通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)性能[4]。

3.2 部署多元化方案

根據(jù)上述的5G傳輸網(wǎng)絡(luò)部署特性分析，為了更好地發(fā)揮5G技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，滿足不同的網(wǎng)絡(luò)傳輸需求，從兩個角度入手提出相應(yīng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)部署方案，以此應(yīng)對不同傳輸網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境與運行需求，實現(xiàn)強化部署傳輸網(wǎng)絡(luò)方案的目的。

3.2.1 以O(shè)TN干線為核心

如圖1所示，在部署5G網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)構(gòu)的過程中，可以將5G技術(shù)接入100G波分組網(wǎng)中，采用T級別波分在匯聚層完成組網(wǎng)任務(wù)。本次傳輸網(wǎng)絡(luò)的部署分為以下3個部分。一是前傳層，在基站中將裸纖與分布單元（Distribute Unit，DU）相連接，提升傳輸速率，以此滿足用戶對大寬帶和可靠性低時延的信息傳輸需求[5]。預(yù)估分析不同時間節(jié)點的流量數(shù)值，掌握流量變化情況。二是中傳層，DU匯聚基站之后，在物理網(wǎng)層接入光交配線端子。當(dāng)物理網(wǎng)光在DU上行光纜匯聚后，可以通過物理網(wǎng)光交成環(huán)，之后物理網(wǎng)光交通過主干線光纜上傳到Centralized Unit集中單元位置。預(yù)測接入層的數(shù)據(jù)流量，每接入連接6個基站，就需要對基站峰值寬帶進行計算。當(dāng)接入寬帶達到40G，就需要考慮到5G的基站密度需求，建議連接100G組網(wǎng)。三是回傳層，在完成前方傳輸和中傳之后，CU通過100G級別波分回傳到5G核心網(wǎng)絡(luò)中。對匯聚層的流量進行預(yù)測，極有可能達到T級別組網(wǎng)。

圖1 波分組網(wǎng)5G承載結(jié)構(gòu)

波分組網(wǎng)5G承載具有大寬帶、低時延以及高安全性的優(yōu)勢，5G承載網(wǎng)的各級網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間通過光模塊和光纖連接。其中，基站與DU之間的連接被定義為前傳；DU與CU之間的連接被定義為中傳；CU與城域核心網(wǎng)之間的連接被定義為回傳[6]。本方案中的DU接入光纖物理網(wǎng)光交和物理網(wǎng)光交到MS-OTN采用雙上行的連接方法，能夠大大提升DU設(shè)備的運行安全性。另外，由于本方案部署下的傳輸網(wǎng)絡(luò)容量較大，且是按照通過MS-OTN匯接DU后再接入CU的思路部署，能夠有效節(jié)約上行光纜，減少不必要的CU端口，有更少的節(jié)點，大大降低了設(shè)備維護需求。本方案需要先后搭建兩張高速率OTN環(huán)網(wǎng)，且新增一些技術(shù)輔助，由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，前期投資較大。

3.2.2 以固移融合為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)核心

第一步，在基站連接裸纖與DU，以此滿足移動用戶的大寬帶需求，滿足低延時傳送需求。在小基站位置接入光網(wǎng)絡(luò)單元（Optical Network Unit，ONU）集成，為之后的網(wǎng)絡(luò)部署奠定基礎(chǔ)。第二步，在DU匯聚基站光纜，之后接入光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）設(shè)備的PON口，OLT下沉后同時接入5G基站與PON業(yè)務(wù)。在物理光網(wǎng)交匯聚OLT上行光纜，之后通過主干光纜設(shè)備上行到局端。第三步，利用CU通過中繼光纜傳輸回5G核心網(wǎng)絡(luò)[7]。

如圖2所示，固移融合5G承載方案的傳輸網(wǎng)絡(luò)部署結(jié)構(gòu)較為簡單，利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對OLT設(shè)備進行升級，通過加大物理光網(wǎng)交的規(guī)格，完成組網(wǎng)任務(wù)。其優(yōu)勢在于以下5點。一是能夠同時承載有線與無線，大大提升了網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的利用率，節(jié)省更多的空間，降低設(shè)備運行的能源消耗。二是能夠?qū)崿F(xiàn)全程光鏈路直達，支持5G的超大寬帶使用。三是采用DU接入OLT的方法，設(shè)計結(jié)構(gòu)為雙上行，同時設(shè)計OLT接入物理光網(wǎng)交的結(jié)構(gòu)為雙上行，呈現(xiàn)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，大大提升了DU的安全性與可靠性。四是OLT具有更多的升級空間，能夠滿足設(shè)備拓展的需求，實現(xiàn)“超100G”的寬帶運行。五是將OLT設(shè)備作為CU和DU之間的匯聚，能夠大幅度匯聚基站的上行光纜，節(jié)省光纖物理網(wǎng)資源的消耗，提高資源利用率。其不足在于以下兩點。一是OLT設(shè)備作為傳輸網(wǎng)絡(luò)的主要內(nèi)容，需要重點部署。OLT設(shè)備功能較多，通常存在延時較大的問題，這是由于OLT的上行采用TDMA方案，上行信息流時延無法滿足5G的超時延需求[8]。基于這種情況，需要在實際部署環(huán)節(jié)將OLT進行時延優(yōu)化，以此保證滿足5G需求。二是在網(wǎng)絡(luò)部署中，DU需通過光纖物理網(wǎng)匯聚到CU位置，此時光纖物理網(wǎng)的密集區(qū)域中，每個光交覆蓋半徑約為1 km，這意味著CU的覆蓋范圍限制性較強，不能在最大程度上發(fā)揮CU的作用[9]。

圖2 固移融合5G承載

3.3 優(yōu)化5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

為了強化5G網(wǎng)絡(luò)傳輸方案的落實成效，建議優(yōu)化5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提升5G通信網(wǎng)絡(luò)的整體運行能力，維護網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定狀態(tài)。在傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中，按照不同層次搭建5G通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[10]。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)形式無法滿足通信需求，需要改進5G通信網(wǎng)絡(luò)的部署方案。為了更好地實現(xiàn)5G傳輸網(wǎng)絡(luò)部署方案，必須要加強對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級。技術(shù)人員還可以借助5G技術(shù)優(yōu)勢弱化通信網(wǎng)絡(luò)對傳統(tǒng)設(shè)備的依賴，完善路由系統(tǒng)搭建需求，調(diào)整PTN網(wǎng)絡(luò)運營的核心層，構(gòu)建其與本地網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通橋梁，這樣既能夠提升5G傳輸網(wǎng)絡(luò)運行的抗風(fēng)險能力與運行穩(wěn)定性，也能夠節(jié)省更多的后續(xù)設(shè)備維護費用和保養(yǎng)費用，提高網(wǎng)絡(luò)建設(shè)資源利用率。

4 結(jié) 論

隨著現(xiàn)代社會網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，對數(shù)據(jù)傳輸容量、速率、穩(wěn)定性以及安全性的要求逐漸提高。借助5G技術(shù)優(yōu)化部署通信網(wǎng)絡(luò)傳輸方案，是進一步滿足人們的需求并推動信息通信技術(shù)發(fā)展的有效方法。在今后的5G傳輸網(wǎng)絡(luò)部署中，建議工作人員結(jié)合實際部署需求與外部信息通信環(huán)境，考慮不同部署方案的特征與功能，展開對不同結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中信息傳輸穩(wěn)定性、時效、速度的研究，優(yōu)化設(shè)計，最終形成具有較強應(yīng)用價值的傳輸網(wǎng)絡(luò)部署方案，提升5G傳輸網(wǎng)絡(luò)功能性，為我國通信行業(yè)的健康發(fā)展提供支持。