5G傳輸網(wǎng)建設需求與組網(wǎng)技術解析

蘇 楠，趙 斌

（中國廣電四川網(wǎng)絡股份有限公司，四川 成都 610042）

0 引 言

隨著以第五代無線通信技術為核心的網(wǎng)絡架構在廣播電視領域的建設與應用，信號傳輸速率、效率均得到了極大提升，為智慧臺站的建設打下堅實基礎。5G傳輸網(wǎng)是交換網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和支撐網(wǎng)的基礎網(wǎng)絡，并承擔著連接5G無線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)的功能，具備靈活調度、組網(wǎng)保護和管理控制等功能，同時提供帶寬、時延、同步以及可靠性等方面的性能保障[1]。結合5G傳輸網(wǎng)的應用場景與運用方式，如何高效發(fā)揮5G通信網(wǎng)絡技術優(yōu)勢，進一步提升網(wǎng)絡運行能力，需要深入解析5G傳輸網(wǎng)的建設需求及組網(wǎng)技術。

1 5G傳輸網(wǎng)建設的基本需求

1.1 前傳組網(wǎng)

與4G通信網(wǎng)絡技術相比，5G通信網(wǎng)絡技術對承載網(wǎng)絡在帶寬、時延、同步、可靠性以及靈活性等方面提出了更多的需求。依據(jù)第三代合作伙伴計劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP）的規(guī)范定義和業(yè)界的發(fā)展方向，作為承載網(wǎng)的重要組成部分，集中式無線接入網(wǎng)（Centralized Radio Access Network，C-RAN）架構下5G前傳組網(wǎng)建設的需求包括以下幾點：一是數(shù)據(jù)接口和速率，標準化25 Gb/s增強型通用公共無線電接口（enhanced Common Public Radio Interface，eCPRI）是主流技術選擇；二是時延，應具備低時延特性，前傳時延單向不超過100 μs；三是同步，應支持同步信號傳輸，滿足5G通信網(wǎng)絡基本業(yè)務±1.5 μs的同步要求；四是光功率預算，支持5G通信網(wǎng)絡前傳技術方案所對應的鏈路光功率預算要求；五是管理，支持設備管理、業(yè)務配置和監(jiān)測、故障診斷等管理功能。此外，單纖雙向傳輸技術等有利于節(jié)約前傳網(wǎng)絡的光纖用量，降低成本[2]。

現(xiàn)階段，前傳組網(wǎng)的設計與建設主要是通過運用信息化系統(tǒng)設計實現(xiàn)集“傳、享、調、控”等于一體的智慧系統(tǒng)。該指揮系統(tǒng)能夠有效兼容原分系統(tǒng)的業(yè)務模式，并支持業(yè)務拓展、數(shù)據(jù)調用、遠程控制以及智慧運維等功能，所有業(yè)務工作能夠在智慧系統(tǒng)內獨立完成。

1.2 回傳協(xié)同

回傳（Backhaul）指無線接入網(wǎng)連接到核心網(wǎng)的部分，有效協(xié)同是信號回傳的最終目標[3]。相比4G通信網(wǎng)絡，5G通信網(wǎng)絡能夠通過不斷調整傳輸節(jié)點，大幅提升網(wǎng)元間的互傳流量，并在所有的節(jié)點上安裝虛擬機，通過接口對外實現(xiàn)回傳協(xié)同。此外，通過回傳協(xié)同，能夠始終保持在網(wǎng)絡信號傳輸過程中不經(jīng)過核心節(jié)點，即所需的無源光纖網(wǎng)絡（Passive Optical Network，PON）組件數(shù)量少，從而減少相應的故障點，較好地降低了網(wǎng)絡維護難度與成本。

1.3 低時延

1.3.1 5G前傳組網(wǎng)時

HARQ LOOP的架構下，在5G通信網(wǎng)絡技術應用場景中實現(xiàn)超高可靠和超低時延通信（ultra Reliable Low Latency Communications，uRLLC）需要將時延限制在0.5 ms以內，這是5G傳輸網(wǎng)設計建設的重要需求之一[4]。

1.3.2 5G回傳組網(wǎng)時

5G通信網(wǎng)絡控制信道的增強移動寬帶（enhanced Mobile Broadband，eMBB）業(yè)務需要將時延限制在10 ms以內，在自動化和智能化要求更高的業(yè)務領域，時延標準逐步提高至在1 ms以內。

2 5G建設的實踐設想

5G通信網(wǎng)絡建設中最具代表性的是5G微波廣播電視干線的設計與建設，通過5G微波技術的模塊化優(yōu)勢，打造綜合業(yè)務數(shù)據(jù)承載網(wǎng)，實現(xiàn)傳統(tǒng)微波干線的改造，有效支撐智慧廣電建設。5G微波傳輸干線網(wǎng)的拓撲結構如圖1所示。

圖1 5G微波傳輸干線網(wǎng)的拓撲

在5G微波傳輸干線網(wǎng)的建設中，通過應用分體式架構，可以將基帶業(yè)務單元部署于機柜，將射頻單元上塔，兩者的結合處以同軸電纜相連接，綜合業(yè)務經(jīng)處理后可直接混傳[5]。該建設實踐設想可以通過信號處理技術有效降低功率損耗，且便于軟硬件的拓展。5G傳輸網(wǎng)微波模塊的基礎架構如圖2所示。

圖2 5G傳輸網(wǎng)的微波模塊的基礎架構

現(xiàn)階段，國內約75%的5G傳輸網(wǎng)微波模塊已經(jīng)逐步升級至為分體式，大幅提升技術運維便利性和智能性的同時，為5G傳輸網(wǎng)組網(wǎng)技術的推廣應用奠定了基礎。

3 5G傳輸網(wǎng)組網(wǎng)的技術解析

由于廣電業(yè)務綜合性的現(xiàn)實情況，在實際5G通信網(wǎng)絡應用場景中對于各種組網(wǎng)模式的標準化尚未統(tǒng)一，尤其在前傳、回傳等方面。因此，5G傳輸網(wǎng)組網(wǎng)技術應用的選擇需要側重于解決接口標準化問題。

3.1 前 傳

3.1.1 光纖直驅

該技術以點到點的接入方式解決電信號無法長距離傳輸?shù)膯栴}，即通過光纖連接路由器完成集中承載、調度、傳送[6]。該技術在傳統(tǒng)4G通信網(wǎng)絡的前傳組網(wǎng)中較常使用，但實際運行中系統(tǒng)管理不及時以及運營成本較高等情況比較嚴重，因此對于網(wǎng)絡穩(wěn)定性要求更高的數(shù)據(jù)傳輸場景適用性不強。

3.1.2 Open-WDM

通過部署中等波分復用（Micro Wave Division Multiplexing，MWDM）彩光模塊、局端半有源波分復用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）設備及板卡、遠端無源合分波器、可實現(xiàn)服務器級集中式網(wǎng)管的網(wǎng)管系統(tǒng)，可有效解決5G傳輸網(wǎng)前傳組網(wǎng)無管控、無保護、故障定位難、業(yè)務維護難的痛點，同時也破解了前傳資源管理、光纖資源緊張、低成本需求等難題。技術路線如圖3所示。

圖3 5G前傳C-RAN場景下Open-WDM的技術路線

利用半有源波分Open-WDM技術實現(xiàn)前傳組網(wǎng)，具有以下優(yōu)點：一是光傳輸系統(tǒng)只需要1+1熱備份，系統(tǒng)備份簡單、可靠性高，節(jié)約光纖資源的同時也保證了網(wǎng)絡建設的可行性；二是支持無源WDM與有源WDM間的多級連接，主用/備用光纖合理搭配、組網(wǎng)方式更加靈活，適用于當用戶接入信息點分散，光纖資源比較短缺的場景；三是實現(xiàn)了主用/備用信號傳輸鏈路的分離，能夠有效降低信號間的串擾以及對終端的影響，從而減輕了技術運維的工作量，并提高了重點區(qū)域的網(wǎng)絡安全性[7]。

3.2 回 傳

根據(jù)5G傳輸網(wǎng)的回傳需求，回傳組網(wǎng)技術主要區(qū)分為2個方面。一方面是ODU Flex+Flex O。為有效應對CU和核心網(wǎng)之間的網(wǎng)絡連接問題，提高接口數(shù)據(jù)傳輸速率，采用靈活通道、靈活接口技術實現(xiàn)回傳組網(wǎng)，支持可變速率的客戶端需求。另一方面是Flex E。以Shim以太網(wǎng)結構為基礎，對傳輸網(wǎng)前傳與中傳組網(wǎng)的分接、復接等部分進行以太網(wǎng)增強技術處理，自動調整不同的Client接口數(shù)據(jù)可以根據(jù)客戶端通道，為5G傳輸網(wǎng)綜合性業(yè)務的智能隔離創(chuàng)造條件[8]。

4 結 論

為了滿足5G傳輸網(wǎng)的設計與建設要求，提升網(wǎng)絡實際運行能力，需要有效梳理5G傳輸網(wǎng)的建設需求，并進一步解析前傳及回傳組網(wǎng)技術。通過對5G傳輸網(wǎng)建設實踐的設想，實現(xiàn)在關鍵點上5G技術的應用創(chuàng)新，進而為5G技術在廣電領域應用的全面推廣奠定堅實的基礎。