5G承載網(wǎng)結(jié)構(gòu)和需求分析

　　摘要：本文首先闡述了5G無線網(wǎng)、核心網(wǎng)的變化對承載網(wǎng)的影響，對5G承載網(wǎng)的的光纖需求做了對比，然后分析光纖的各種承載方案，最后給出了移動城域網(wǎng)中傳和回傳網(wǎng)絡(luò)的帶寬計算模型。

　　本文源自科學(xué)與技術(shù)【2020年第23期】《科學(xué)與技術(shù)》雜志堅持以科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力的思想為宗旨。以馬克思列寧主義、毛澤東思想、鄧小平理論和“三個代表”重要思想為指導(dǎo)，促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的繁榮和發(fā)展，促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的普及和推廣，促進(jìn)科學(xué)技術(shù)人才的成長和提高，促進(jìn)科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟的結(jié)合，致力為讀者打造成一份學(xué)術(shù)性、知識性和動態(tài)性的雜志。

　　關(guān)鍵詞：承載網(wǎng);5G;光纖;帶寬

　　概述

　　隨著我國5G試驗網(wǎng)的推進(jìn)，5G承載網(wǎng)的建設(shè)越來越受到各大運營商的關(guān)注。與4G承載網(wǎng)相比，5G承載網(wǎng)從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)帶寬上都發(fā)生了很大的變化，因此研究5G承載網(wǎng)架構(gòu)和帶寬的變化，提前規(guī)劃5G承載網(wǎng)對5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)有著非常重要的意義。

　　5G承載網(wǎng)的架構(gòu)演進(jìn)

　　5G無線網(wǎng)和核心網(wǎng)的架構(gòu)變化導(dǎo)致對承載網(wǎng)的需求也發(fā)生了變化，下面分別給出分析。

　　2.1無線網(wǎng)的變化對承載網(wǎng)的影響

　　4G無線網(wǎng)的BBU網(wǎng)元在5G時代發(fā)生了很大的變化， BBU物理層的一部分下移到AAU，下移后前傳接口由10Gbit/s的CPRI變成了25Gbit/s的eCPRI;BBU的一部分非實時功能上移到CU，CU的集中部署為未來無線網(wǎng)絡(luò)的云化做好了準(zhǔn)備;分離出CU后，BBU剩下的部分為DU，從承載網(wǎng)的角度看，AAU到DU部分是前傳，DU到CU的部分是中傳，CU往核心網(wǎng)的部分是回傳。

　　2.2核心網(wǎng)的變化對承載網(wǎng)的影響

　　5G時代，業(yè)務(wù)分為大連接的MMTC、大帶寬的eMBB和低時延的uRLLC3類業(yè)務(wù)，后兩種業(yè)務(wù)要求核心網(wǎng)從省中心下沉到地市核心乃至地市邊緣節(jié)點。

　　核心網(wǎng)的下沉使4G時代的“大接入、小核心”承載網(wǎng)架構(gòu)演變?yōu)?G時代的“小接入、大核心”的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，5G時代的承載網(wǎng)除了移動接入的承載外，還有核心網(wǎng)之間內(nèi)部流量的承載，這部分承載可以被視為DC之間流量的承載。5G時代核心網(wǎng)到公網(wǎng)的出口可以在地市的核心或邊緣節(jié)點，因此對于本地節(jié)點的訪問，無需迂回到省中心節(jié)點，這樣既可以節(jié)約帶寬，又能降低時延。

　　5G承載網(wǎng)前傳部分對光纖數(shù)量需求

　　下面分析5G前傳對光纖的需求，并將其與固網(wǎng)光寬對光纖的需求做比較。

　　3.1移動前傳的光纖需求

　　4G基站工作在800MHz、1.8GHz、2.1GHz和2.6GHz共4個頻點，5G低頻基站工作在3.5GHz或4.9GHz頻點，未來還可能有28GHz或更多的高頻點，考慮到基站頻點的平均情況，假設(shè)5G+4G共站的情況下平均每站4個載頻，假設(shè)一個綜合接入機房集中放置20個物理基站的BBU/DU，那么該綜合接入機房前傳光纖的數(shù)量計算如下：前傳光纖芯數(shù)=每RRU纖芯數(shù)x每基站扇區(qū)數(shù)x載頻數(shù)x基站數(shù)=2x3x4x20=420芯光纜，即便基站前傳全部采用單纖雙向的技術(shù)以節(jié)約纖芯，從綜合接入機房出局的主干光纜也需要有240芯。

　　3.2有線光寬的光纖需求

　　假如綜合接入機房放置的OLT設(shè)備覆蓋周邊8000個家庭用戶，按固定光寬PON口下平均40個用戶共享一根主干光纖，則主干光纜的芯數(shù)將達(dá)到200芯;兩者相比較可見，5G階段移動前傳光纖的需求量將可能超過固定光寬的纖芯需求。因此5G時代接入主干光纜的規(guī)劃需要考慮5G時代的纖芯需求;未來5G成熟期，尤其是引入高頻點后，5G將迎來新的接入光纖建設(shè)高潮。

　　5G前傳的設(shè)備解決方案

　　在光纖稀缺的地區(qū)，5G前傳可以采用無源粗波分、有源OTN或WDM-PON的方式解決。無源粗波分技術(shù)在4G中已經(jīng)使用，只是其速率在10Gbit/s以下，5G時期速率需提升到25Gbit/s;有源波分可以采用睿頻技術(shù)，將10Gbit/s、25Gbit/s的芯片超頻到50Gbit/s、/100Gbit/s速率以降低接口成本，或者可以采用25Gbit/s的彩光技術(shù)，同樣需要降低成本;WDM-PON類似于點對點波分技術(shù)，只是將放在單個基站的合/分波器放在光寬ODN的分光器的位置以便服務(wù)于多個基站，WDM-PON不同于TWDM-PON，前者波長數(shù)量大，沒有時分復(fù)用，主要提供帶寬需求大的波長業(yè)務(wù)，如基站前傳，后者波長數(shù)量少，既有波分復(fù)用也有時分復(fù)用，主要用于光寬用戶的帶寬提速。

　　5G移動城域承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及帶寬需求

　　根據(jù)5G基站建設(shè)模型，假設(shè)某本地網(wǎng)有10000個基站、1000個綜合接入機房，DU采用小集中的方式部署，每個綜合接入機房帶有10個物理基站;考慮5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模應(yīng)用的成熟期，5G核心網(wǎng)下沉至城域網(wǎng)的核心DC和邊緣DC，城域邊緣節(jié)點20個，每個城域邊緣節(jié)點帶50個綜合接入節(jié)點;城域核心出口節(jié)點1對(2個)，該對核心節(jié)點帶20個城域邊緣節(jié)點。假設(shè)在城域網(wǎng)的核心節(jié)點和匯聚節(jié)點部署CDN和MEC將流量本地化，節(jié)點的下聯(lián)和上聯(lián)帶寬的比例為5:1，即80%的流量只需訪問本地的節(jié)點，僅20%的流量需要去更高的網(wǎng)絡(luò)層面訪問。

　　由以上分析可見，5G承載網(wǎng)的中傳總帶寬高達(dá)25Tbit/s，匯聚和核心層面總帶寬分別為5Tbit/s和1Tbit/s;相對4G網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)無線側(cè)帶寬的增大雖然造成中傳/回傳帶寬大大增加，但由于核心網(wǎng)的下沉以及CDN和MEC的部署，減緩了回傳和城域出口的帶寬增長趨勢;前傳網(wǎng)絡(luò)總帶寬需求高達(dá)750Tbit/s，是帶寬需求最大的層面，因此前傳的承載應(yīng)主要以光纖為主，以避免對設(shè)備組網(wǎng)造成過大的壓力。

　　總結(jié)

　　5G對承載網(wǎng)建設(shè)的投資需求取決于5G覆蓋的厚度和廣度，考慮到4G會長期與5G共存，5G初期很可能是單頻點的熱點覆蓋，因此承載網(wǎng)的建設(shè)只需滿足單一頻率下的部分熱點即可，采用非獨立組網(wǎng)。隨著5G的推出及其向萬物互聯(lián)的演進(jìn)，移動網(wǎng)的流量占比將逐步提升，未來有望接近甚至超過固定寬帶的水平;從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上看，5G核心網(wǎng)的下沉也使得城域移動IP網(wǎng)和IP城域網(wǎng)架構(gòu)越來越類似，這兩張網(wǎng)未來有可能逐步融合成一張綜合的IP城域承載網(wǎng)。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]萬芬余蕾.《5G時代的承載網(wǎng)》.北京：人民郵電出版社。

　　[2]張傳福.《5G移動通信系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)》.北京：電子工業(yè)出版社。

　　作者簡介：

　　李海舟，現(xiàn)就職于中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司玉林市分公司云網(wǎng)運營中心，主要研究無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化;

　　李性南，現(xiàn)就職于中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司玉林市分公司云網(wǎng)運營中心，主要研究無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和優(yōu)化;