5G網正逐漸成熟，對於5G的傳輸有哪些解決方案？

1 引言
目前5G技術發展非常迅速，國內三大運營商都已經著手5G佈局，2017年6月25日，在廣州大學城，中國移動首個5G基站正式開通，這也標誌著5G網路應用逐漸開啟。在5G正式部署之前，如何實現5G網路高標準的承載需求，同時結合現有網路架構，最大程度地節省建設投資，已經成為整個光通訊行業關注的重心和研究熱點，因此，本文接下來將提出多種傳輸承載方案，並對各種傳輸方案的優缺點及其適用範圍進行探討。
2 5G對承載網路的需求及挑戰
“5G”即第五代行動通訊技術，ITU已將5G標準正式命名為IMT-2020，是目前正在推進的“4G”的延伸，但業界普遍認為5G與4G截然不同，5G不僅是一次技術的更新，更是一個全新技術，是真正實現泛在、智慧、融合、高速、綠色的強大通訊網路，是無線接入技術的演進和革命。
5G使萬物互聯成為可能，提供人與人、人與物以及物與物之間高速、安全、自由的連線，也將驅動更多新的業務場景，典型的應用場景包括廣覆蓋、高接入密度、高接入速率、突發流量和低時延等，這些應用將帶領我們進入人工智慧時代。
（1）連續廣域覆蓋：以保證使用者移動性和業務連續性為目標，為使用者提供無縫高速業務體驗，如無人駕駛；
（2）熱點高容量：主要面向區域性熱點區域，可以為使用者提供1 Gbps使用者體驗速率，數十Gbps峰值速率，滿足網路極高的流量密度需求；單位面積吞吐量顯著提升，熱點區域數十Tbps/km2的流量密度需求，如虛擬辦公；
（3）低功耗大連線：以感測和資料採集為目標的應用場景，具有小資料包、低功耗、海量連線等特點，要求網路具備超千億連線的支援能力，滿足100萬/km2連線數密度指標要求，還要保證終端的超低功耗和超低成本，如物聯網、智慧城市；
（4）低時延高可靠：對時延和可靠性具有極高的指標要求，需要為使用者提供毫秒級的端到端時延和接近100%的業務可靠性保證，如車聯網。
針對5G的主要應用場景，總結承載網路主要面臨以下需求及挑戰如表1所示：
表1 IMT-2020釋出的5G主要場景與關鍵效能挑戰

廣覆蓋、高容量將要求5G的基站更加小型化，便於安裝於各種場景，同時具備更強大的功能；低功耗要求5G網路綠色低碳節能，比如續航能力是4G網路的100倍，終端可用5到10年；而低時延、高可靠、大頻寬等網路需求，需要5G網路架構將進一步扁平化，它將是功能強大的基站疊加一個大伺服器叢集。
5G的業務需求及網路架構的變化將對網路功能提出新的要求，直接影響承載網路的的技術指標，如頻寬、時延、時鐘精度和可靠性等，因此研究如何在滿足5G技術指標的前提下，進行5G時代光傳送網的技術演進尤為重要，這將是5G是否能推廣應用的關鍵前提。
3 5G傳輸方案探討
本節將重點討論5G建設初期傳輸網路技術選擇和組網方案的選擇。
3.1 方案一：端到端分組增強型OTN組網方案
如圖1所示，5G傳輸接入層採用100 G波分組網，匯聚層採用T級別波分的組網方式。

圖1 波分組網5G承載方案
（1）組網方案
1）前傳方案：基站透過裸纖與DU（Distribute Unit，分佈單元）連線，滿足未來移動使用者大頻寬、低時延、高可靠資訊傳送需求。
基站流量預測：5G基站頻寬均值將超過1 G，峰值或超10 G；對S111站型，CIR/PIR將達到4 G/16 G。
2）中傳方案：DU匯聚基站後接入物理網光交配線端子；物理網光交匯聚DU上行光纜後，DU透過物理網光交成環，物理網光交再透過主幹光纜或波分裝置上傳至局端CU（Centralized Unit，集中單元）。
接入層流量預測：按每接入環6個站，一個站達到峰值頻寬計算，接入環頻寬將達到40 G，考慮到5G基站的密集程度，100 G組網可能性更大；
3）回傳方案：CU透過100 G~T級別波分或中繼光纜回傳至5G核心網。
匯聚層流量預測：匯聚層波分環考慮到將匯聚多個接入環，則有可能達到T級別組網。
（2）方案一優點
1）大頻寬：融合分組技術及超100 G光傳送技術，能有效支撐5G網路千倍接入速率；
2）低時延：融合形態，靈活實現業務穿通節點光層直通，應對5G端到端超低時延的巨大挑戰；
3）物理鏈路高安全：DU至光纖物理網光交採用雙上行，物理網光交至MS-OTN也採用雙上行連線，極大地提高了DU裝置的安全性；
4）大容量、少節點：透過MS-OTN匯接DU後再接入CU（無線接入控制裝置），可以有效收斂上行光纜，節省CU埠，並使CU覆蓋較大的地域面積，減少CU部署點位，有效降低裝置組網、傳輸線路、維護等需求；
5）線路頻寬易升級：MS-OTN裝置只需插卡，線路頻寬可輕鬆從100 G擴充套件至400 G，裝置不換、機房不改、平滑擴充套件，實現“超100 G”頻寬。
（3）方案一缺點
1）投資大：需搭建兩張高速率高效能的OTN環網，在利用現網OTN裝置的基礎上，仍需新增較多節點，投資巨大；
2）網路較複雜：新建較多的MS-OTN裝置用以5G基站資訊傳輸，增加了網路的複雜性。
3.2 方案二：固移融合承載方案
固移融合5G承載方案如圖2所示：



圖2 固移融合5G承載方案
（1）組網方案
1）前傳方案：基站透過裸纖與DU連線，滿足未來移動使用者大頻寬、低時延資訊傳送需求；室內小基站（RRU+DC部分）可與ONU整合，易於部署。
2）中傳方案：
◆DU匯聚基站光纜後接入OLT裝置PON口；
◆OLT下沉至小區後，同時接入有線PON業務及無線5G基站；
◆物理網光交匯聚OLT上行光纜後，透過主幹光纜裝置上行至局端CU。
3）回傳方案：CU透過中繼光纜回傳至5G核心網。
（2）方案二優點
1）組網簡單：利用現有網路結構，升級OLT裝置，增加物理網光交數量，即可完成組網；
2）固移融合：有線、無線綜合承載，提高裝置利用效率，有效節省機房空間，節約能耗，且有線無線業務頻寬、效能等實現同步升級；
3）大頻寬傳輸：除採用超10 G甚至100 G PON OLT裝置進行DU裝置承載外，全程光鏈路直達，支援5G超大頻寬應用；
4）物理鏈路高安全：DU（5G無線接入單元）至OLT採用雙上行，OLT至物理網光交也儘量採用雙上行連線，且物理網光交呈環狀結構，極大地提高了DU裝置的安全性；
5）線路頻寬易升級：OLT裝置可實現平滑升級，裝置不換、機房不改、平滑擴充套件，實現“超100 G”頻寬；
6）節省物理網光纖資源：採用OLT裝置作為CU、DU之間的匯聚點，可以起到大幅匯聚基站上行光纜的作用，降低對光纖物理網資源的消耗。
（3）方案二缺點
1）需克服OLT時延較大問題：由於OLT的上行採用TDMA（分時多工）方式，因此上行資訊流時延暫時無法滿足5G的超低時延需求。因此，如採用OLT融合承載無線及有線業務，需要對OLT時延進行最佳化，或者透過端到端QoS保障5G基站業務傳輸低時延、高可靠和大頻寬的需求；
2）CU覆蓋範圍有限：由於DU透過光纖物理網直接匯接到CU，且光纖物理網單環上僅能帶4~6個光交，密集城區每個光交覆蓋半徑為1 km左右，這意味著CU覆蓋範圍內能接入的基站數量受覆蓋面積限制而容量有限，不能最大限度地發揮CU的效能。
3.3 其他傳輸方案
除以上兩種方案外，還可以採用以下方案：
（1）方案三：以方案一為基本網路架構，結合方案二，具體是將接入層的MS-OTN裝置作為綜合接入裝置，MS-OTN同時接入基站以及OLT裝置，基站完成無線接入，OLT裝置完成有線接入。
（2）方案四：以方案二為基本網路架構，將OLT裝置用超低時延交換機替代，採用三層交換機或路由器進行回傳。
（3）方案五：以方案二為基本網路架構，將OLT裝置用高速IPRAN裝置替代。
（4）方案六：以方案三為基本網路架構，暫時不建設接入層的MS-OTN環，DU直接透過光纖物理網接入CU。此方案佔用纖芯資源較多，適用於少量補點，不適用於大規模建設。
在實際的建設過程中，具體採取何種傳輸組網方案，主要取決於以下條件：
（1）CU的定位：CU在網路層級中的定位，即CU位置的選擇、覆蓋的範圍、接入使用者規模等。如果CU在匯聚層面，覆蓋廣、容量大，採用方案一更合理；反之，如果CU在接入匯聚層面，位置與4G BBU機房位置類似，則可採用方案五。
（2）資金投入：投資的大小也對網路架構的選擇起到重要的影響作用，方案一、方案三投資巨大，但網路架構清晰、合理，能滿足5G傳輸各項指標。方案二、三、五投資較低，適用於試點階段或少量補點建設。
（3）技術進步：技術的進步也可以改變網路建設方式，例如OLT裝置能解決時延、同步，IPRAN裝置能解決頻寬等技術難題，5G網路的接入方式將更加豐富。
實際建設時，還是應根據具體的情況，靈活選取組網方式，以期能達到網路最優、投資最省的效果。
4 結束語
5G正在逐步成熟，給傳送網路帶來的不僅是流量的攀升，低時延、高可靠、靈活智慧等要求都是對現有網路架構的挑戰，因此本文結合具體的建設需求，提供了多種傳輸解決方案。隨著5G標準的進一步明確，筆者認為傳送網目前還需要重點關注CU的定位、網路層級、覆蓋密度，這將決定匹配何種傳輸組網方案更為合理，並按最優的承載方案提前準備光纖和機房資源，為迎接5G的部署做好充分的準備工作。