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摘要： 5G时代下，5G业务和网络架构发生了很大的变化，作为承载网络的传送网面临巨大挑战，本文针对5G带来的各个网络层次的承载需求，分析对应的传送网解决思路。
关键词： 5G RAN OTN/WDM
1、引言
物联网、人工智能、云计算等新兴产业的高速发展，无不需要具有极高速率、极大容量和极低时延的通信基础网络进行支撑，显然，4G网络已无法当此大任， 5G的出现，肩负着历史重担，是通信技术的一次跳跃式发展，将助力人类进入一个万物互联的新世界。据推测，2020年5G网络将正式商用，5G商用，承载先行，作为承载网络的传送网，将面临巨大的挑战。
2、5G对传送网的影响和需求分析
（1）承载结构的变化
5G网络对RAN（Radio AccessNetwork，无线接入网）体系架构进行改进。从 4G/LTE 网络的 BBU（Building Baseband Unit，室内基带单元）、RRU（Remote Radio Unit 远端射频模块） 两级结构将演进到 CU（Centralized Unit，集中单元）、 DU（Distribute Unit，分布单元） 和 AAU (Active Antenna Unit，有源天线处理单元) 三级结构，如下图所示。
相应的承载网也分成三部分，AAU 和 DU 之间是前传，DU和 CU 之间是中传，CU 以上是回传。
核心网下移以及云化是 5G 网络的另一重大变化。4G 时代，核心网部署位置较高，一般在网络骨干核心层，无法满足5G业务超低时延的需求。5G网络中，在核心网下沉的基础上，EPC（EvolvedPacket Core，演进型分组核心网）拆分成 New Core 和 MEC 两部分，分别部署在城域核心和城域汇聚节点。
承载网的组网结构也应做出相应调整，如下图所示。
（2）超大带宽需求
5G 基站采用更高频段、更宽频谱和新的空口技术，带宽需求大幅提升，预计将达到 LTE的 10 倍以上。典型的 5G 单个 S111 基站的带宽需求估算如下：
关键指标前传中传&回传(峰值/均值)
5G 早期站型：Sub6G/100MHz3*25Gbps5Gbps/3Gbps
5G 成熟期站型：超高频/800MHz3*25Gbps20Gbps/9.6Gbps
从单站的带宽需求可以看出，在 5G 传送承载网的接入、 汇聚层需要引入 25G /50G 速率接口，而核心层则需要引入 100G 及以上速率的接口。
（3）超低时延需求
5G时代的重要业务场景之一称为uRLLC (Ultra Reliable & Low Latency Communication，高可靠低时延通信)：主要场景包括无人驾驶汽车、工业互联及自动化等，要求极低时延和高可靠性。
为了满足 5G 低时延的需求，光传送网需要对设备时延和组网架构进行进一步的优化。
1) 在设备时延方面：可以考虑采用更大的时隙（如从 5Gbps 增加到 25Gbps）、减少复用层级、减小或取消缓存等措施来降低设备时延，达到 1us 量级甚至更低。
2) 在组网架构方面：可以考虑树形组网取代环形组网，降低时延。
（4）IP 寻址和转发功能需求
5G 阶段将采用超密集组网，站间协同比 4G 更为密切，站间流量比重也将超过 4G 时代的 X2 流量。5G网络中，CU与核心网之间、相邻 CU 之间、CU与DU之间都有连接需求且归属关系并不固定，因此要求中传和回传网络具备简化的IP寻址和转发功能。
（5）高精度时间同步需求
高精度的时钟同步有利于协同业务的增益，但是同步精度受限于无线空口帧长度，5G的空口帧长度1ms比4G空口帧10ms小10倍，从而给同步精度预留的指标也会缩小，具体指标尚待确定。
3、面向5G的传送网解决方案
5G 承载网络由前传（AAU-DU）、中传（DU-CU）、回传（CU-核心网）三部分组成，需满足5G业务超大带宽、超低时延的需求。
（1）5G前传（AAU-DU）承载方案
1）光纤直连
光纤直连方案实现简单，但随着5G网络基站数量、载频数量的急剧增加，光纤资源的占用量极为庞大，仅适用于光纤资源非常丰富的区域。
2）无源 WDM 方案
无源WDM方案充分发挥光纤的无限容量，在一对纤芯中为每个AAU分配不同的波长，大大的节省了光纤资源。但同时也存在一定的局限性，表现为：波长规划和管控复杂；缺少OAM机制和保护机制；支持 25Gb/s 速率的无源WDM光模块还有待成熟；故障定位困难等。
3）基于集中光源的新型无源DWDM方案
新型无源方案的特点为：AAU/RRU侧插入的光模块不含光源，因此所有光模块完全一样，不区分波长，称之为无色化或无源化，极大降低了成本，提高了可靠性和维护便利性；在综合接入节点（CO）设置集中光源并向各个无源模块节点输送直流光信号（不带调制），无源光模块通过接收来自集中光源的连续光波并加以调制成为信号光后返回CO节点实现上行。新型无源方案具有节省光纤、成本低、方便接入等优点，同时提升了可靠性和运维管理能力，可作为5G前传承载优选方案之一。
4）有源OTN方案
OTN网络在核心汇聚层已广泛部署，技术非常成熟，运维管理经验丰富。使用接入型OTN设备作为5G前传承载，组网方式灵活，支持点对点和环型组网，拥有高效的OAM管理，完善的保护和自动倒换机制以及强大的综合业务支撑能力。当前有源OTN方案的成本仍相对较高，需尽快降低支持25Gb/s速率的小型OTN设备成本，未来可采用非相关超频技术或低成本可插拔光模块实现。
（2）5G中传/回传（DU-CU/CU-核心网）承载方案
5G 中传和回传对于承载网在带宽、组网灵活性、网络切片等方面需求基本一致，因此可以采用统一的承载方案。OTN网络超大带宽、超低时延的特性完全契合中传/回传的承载需求。
基于 OTN 的 5G 中传/回传承载方案可以细分为以下两种组网方式：
1）分组增强型 OTN+IPRAN/PTN方案
在该方案中，利用增强路由转发功能的分组增强型OTN设备组建中传网络，中间的OTN设备可根据需要配置为ODUk穿通模式，保证5G承载对低时延和带宽保障的需求。在回传部分，则继续延用现有的IPRAN（电信、联通）/PTN（移动）承载架构。IP RAN/PTN需要引入25GE、50GE、 100GE等高速接口技术。网络结构如下图所示：
2）端到端分组增强型 OTN 方案
该方案全程采用增强路由转发功能的分组增强型OTN设备实现，可以避免分组增强型OTN与IP RAN/PTN的互联互通和跨专业协调的问题，从而更好地发挥分组增强型OTN强大的组网能力和端到端的维护管理能力。
由于5G时代带来的庞大的数据量，核心层的带宽需求在初期就将超过 6T，成熟期将超过 17T，核心层OTN需要引入200G/400G速率接口。
4、结束语
5G 将开创了通信领域的新纪元，而5G时代已经越来越近了。5G带给承载网络最大挑战是海量的带宽增长，传送网只有通过不断的技术创新，实现传输技术性能飞跃和成本的降低，方能适应 5G 的网络承载需求，支撑起人类的新时代文明。
参考文献：
[1]中国电信CTNet2025网络重构开放实验室，《5G时代光传送网技术白皮书》，2017年9月
论文作者:杨涛,陈启章
论文发表刊物:《防护工程》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/6
标签：无源论文; 网络论文; 需求论文; 方案论文; 时延论文; 带宽论文; 回传论文; 《防护工程》2017年第36期论文;