5G回傳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)探討

耿亮 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究所傳送與接入組項(xiàng)目經(jīng)理

張德朝 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究所傳送與接入組項(xiàng)目經(jīng)理

王世光 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究所傳送與接入組項(xiàng)目經(jīng)理

王磊 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究所傳送與接入組技術(shù)經(jīng)理

5G回傳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)探討

耿亮 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究所傳送與接入組項(xiàng)目經(jīng)理

張德朝 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究所傳送與接入組項(xiàng)目經(jīng)理

王世光 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究所傳送與接入組項(xiàng)目經(jīng)理

王磊 中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究所傳送與接入組技術(shù)經(jīng)理

結(jié)合5G具體的應(yīng)用場(chǎng)景和標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展，分析了目前5G關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)及其對(duì)傳輸?shù)囊螅?duì)5G、特別是5G小基站的回傳技術(shù)和組網(wǎng)方案進(jìn)行了探討。

5G 回傳 PON

1 引言

隨著4GLTE技術(shù)在全球的成熟推廣與部署，面向2020年的第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）已經(jīng)逐漸成為學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的熱門研究方向。國(guó)際組織對(duì)5G的研究最早由ITU-R發(fā)起，于2012年成立了IMT-2020項(xiàng)目，從此將5G技術(shù)在產(chǎn)業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)化的工作推上了歷史舞臺(tái)。我國(guó)主導(dǎo)的IMT-2020（5G）推進(jìn)組作為中國(guó)5G技術(shù)研究和開展國(guó)際交流合作的主要平臺(tái)成立于2013年2月，并于2014年5月和2015年5月分別發(fā)布了《5G愿景與需求白皮書》和《5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)白皮書》，從5G的應(yīng)用場(chǎng)景、技術(shù)指標(biāo)需求、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和功能特性等方面全面分析了未來5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)和面臨的挑戰(zhàn)。NGMN也于2015年3月發(fā)布了5G網(wǎng)絡(luò)白皮書。目前，各國(guó)5G相關(guān)技術(shù)的研究組織已經(jīng)逐漸完成場(chǎng)景和需求的分析，并逐步開始推進(jìn)具體技術(shù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的初期工作。

2 5G傳輸技術(shù)指標(biāo)需求

表1給出了《5G愿景與需求白皮書》和《NGMN白皮書》發(fā)布的與傳輸相關(guān)的幾點(diǎn)關(guān)鍵指標(biāo)需求。

相比4G移動(dòng)通信系統(tǒng)，5G的單基站帶寬提升了數(shù)十倍，部分業(yè)務(wù)時(shí)延要求縮小為1/5，連接密度增大了1000倍（4GLTE一般為2000/km2）。為了滿足這些需求，5G網(wǎng)絡(luò)需要提供從接入終端到業(yè)務(wù)平臺(tái)端到端的網(wǎng)絡(luò)能力，涉及到傳送網(wǎng)、IP承載網(wǎng)、核心網(wǎng)等多個(gè)網(wǎng)絡(luò)層面的協(xié)作。而作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，回傳網(wǎng)絡(luò)無疑在端到端的網(wǎng)絡(luò)性能保障中扮演著極重要的角色。

表1 5G網(wǎng)絡(luò)性能技術(shù)指標(biāo)需求

3 5G典型應(yīng)用場(chǎng)景

與以往的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)革新不同，5G不再是單純的空口調(diào)制及多址技術(shù)的進(jìn)步，其革新體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)端到端的整體變革。這些變革歸根結(jié)底是由新業(yè)務(wù)場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)的。5G典型的應(yīng)用場(chǎng)景包括高接入速率、高接入密度、突發(fā)流量和低時(shí)延等幾個(gè)特征。

●高接入速率

高接入速率的應(yīng)用場(chǎng)景包括高清視頻（8K）、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等單用戶接入帶寬要求極高的典型業(yè)務(wù)。如8K高清視頻的接入帶寬可達(dá)1Gbit/s以上，而未來引入3D圖像處理技術(shù)的視頻業(yè)務(wù)（如虛擬現(xiàn)實(shí)），帶寬需求將會(huì)超過1Gbit/s。需要指出的是，與目前以下行流量為主的點(diǎn)播類視頻業(yè)務(wù)不同，虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)類業(yè)務(wù)將會(huì)產(chǎn)生大量由終端用戶發(fā)起的上行流量，這意味著以下行流量為絕對(duì)主導(dǎo)的模型可能發(fā)生改變。

針對(duì)涵蓋高接入速率的新業(yè)務(wù)場(chǎng)景，包括IMT-2020（5G）推進(jìn)組和NGMN在內(nèi)的5G研究組織均將峰值帶寬的需求定在了數(shù)十Gbit/s，這就要求5G回傳網(wǎng)絡(luò)具備超大帶寬的接入能力。

●高接入密度

支持大量物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)是5G網(wǎng)絡(luò)的重要特征之一，將引入大量傳感器、可穿戴設(shè)備等新型接入終端，接入終端的種類豐富，數(shù)量龐大，使得單位面積接入設(shè)備的數(shù)量成千倍地增長(zhǎng)，構(gòu)成高密度接入網(wǎng)絡(luò)。5G的應(yīng)用場(chǎng)景還包括在辦公場(chǎng)所、商場(chǎng)等人員密集的場(chǎng)所提供Gbit/s級(jí)別的接入體驗(yàn)。典型的應(yīng)用如虛擬辦公，視頻信息廣播等。這些應(yīng)用不但接入密度大，而且單用戶帶寬高，直接導(dǎo)致該區(qū)域的流量密度可能達(dá)到數(shù)十Tbit/s/km2。

隨著基站部署密度的增加，回傳網(wǎng)絡(luò)將面臨傳輸資源不足、組網(wǎng)架構(gòu)等多方面的問題。超高密度組網(wǎng)帶來的一大難題是選址的范圍進(jìn)一步縮小，并引發(fā)部署條件進(jìn)一步苛刻，因此單一的回傳技術(shù)很難滿足多樣的接入場(chǎng)景，未來的回傳網(wǎng)絡(luò)將面臨多種傳輸媒介共存的融合組網(wǎng)架構(gòu)。

●靈活調(diào)度突發(fā)流量

能夠靈活調(diào)配網(wǎng)絡(luò)資源應(yīng)對(duì)突發(fā)流量也是5G網(wǎng)絡(luò)的一大特征，如體育賽事場(chǎng)館、音樂盛會(huì)或節(jié)日慶典等僅在特定區(qū)域和特定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生密集流量的場(chǎng)景。在這樣的突發(fā)場(chǎng)景中，按峰值帶寬部署和分配網(wǎng)絡(luò)和帶寬資源將造成較低的資源使用效率和較高的部署成本。為解決這一難題，5G要求網(wǎng)絡(luò)具備較強(qiáng)的可擴(kuò)展性。

對(duì)回傳網(wǎng)而言，這個(gè)問題需要從網(wǎng)絡(luò)部署和資源動(dòng)態(tài)分配兩個(gè)方面考慮：一是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持新設(shè)備在特定區(qū)域快捷的部署或帶寬的靈活擴(kuò)展；二是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備端到端靈活調(diào)度帶寬資源的能力，即在產(chǎn)生突發(fā)流量時(shí)，可以將網(wǎng)絡(luò)的帶寬資源定向分配。這樣就可以在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)突發(fā)流量區(qū)域接入能力的提升和調(diào)整。

4 小基站回傳技術(shù)研究

LTE小基站目前已開始規(guī)模商用，5G時(shí)代高速率、高密度等需求將使基站部署密度增大，單基站的覆蓋范圍更小，小基站部署的占比將明顯提升，利用小基站高速接入小范圍內(nèi)流量的場(chǎng)景將更為重要。本章重點(diǎn)闡述一體化皮站（覆蓋半徑10～20m，發(fā)送功率＜100mW）和飛站（覆蓋半徑20～50m，發(fā)送功率10～500mW）兩種主要的小基站的回傳網(wǎng)絡(luò)技術(shù)選擇和組網(wǎng)方案。

宏基站由于其分布相對(duì)稀疏且通常需要考慮高可靠性，主要采用PTN技術(shù)接入。小基站目前的主要回傳技術(shù)在接入網(wǎng)層面可選擇的技術(shù)有PTN和PON技術(shù)，城域網(wǎng)層面可經(jīng)過CMNet或PTN網(wǎng)絡(luò)。

一體化皮站和飛站回傳組網(wǎng)方案主要有3種，如圖1所示。方案1采用PON技術(shù)接入，經(jīng)過BRAS上聯(lián)至CMNET；方案2采用PTN技術(shù)接入，城域匯聚層組網(wǎng)方式與方案1相同；方案3采用PON或PTN技術(shù)，但經(jīng)過匯聚層PTN、核心層PTN設(shè)備直接上聯(lián)至小基站核心網(wǎng)。由于一體化皮站/飛站分布相對(duì)集中、數(shù)量大、密度高且覆蓋范圍小，保護(hù)的重要性相對(duì)較低，故方案1是較理想的回傳技術(shù)方案。

圖1 小基站回傳組網(wǎng)方案

在小基站的部署環(huán)境中，GPS安裝和信號(hào)獲取難度較大，空口同步是解決小基站同步的一種可選方案，但由于空口同步存在多級(jí)級(jí)聯(lián)誤差累積以及網(wǎng)絡(luò)考慮同步的規(guī)劃復(fù)雜度高等問題，采用1588v2地面?zhèn)鬏斒且环N必要的同步解決方案，這就要求PON設(shè)備支持1588v2時(shí)間同步。目前，PON均已具備支持1588v2技術(shù)的能力，考慮到未來小基站回傳將成為PON技術(shù)面臨的主要接入對(duì)象之一，因此建議近期應(yīng)用的OLT設(shè)備直接具備同步功能，后續(xù)不需要再進(jìn)行硬件替換或軟件升級(jí)。

端到端QoS是采用PON和CMNet進(jìn)行小基站回傳的有力保障。保障端到端QoS可實(shí)現(xiàn)小基站低時(shí)延、高可靠傳輸，小基站、ONU、OLT、CMNet和小基站核心網(wǎng)設(shè)備需要協(xié)同QoS機(jī)制。小基站和EPC核心網(wǎng)設(shè)備需要支持QCI與VLAN、DSCP之間的映射，中間網(wǎng)絡(luò)根據(jù)此二層或三層標(biāo)識(shí)進(jìn)行同等優(yōu)先級(jí)處理。PON設(shè)備上行根據(jù)VLAN實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)QoS。CMNet設(shè)備向上根據(jù)PON設(shè)備VLAN標(biāo)識(shí)、向下根據(jù)小基站核心網(wǎng)設(shè)備的DSCP標(biāo)識(shí)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)規(guī)劃，避免CMNet擁塞而造成時(shí)延過大的問題。

5 結(jié)束語

未來5G對(duì)回傳網(wǎng)絡(luò)提出了巨大的挑戰(zhàn)。在高接入速率、高接入密度和靈活配置的要求下，本文分析了5G對(duì)回傳網(wǎng)絡(luò)的需求，并探討了一體化皮站/飛站為主的小基站回傳技術(shù)選擇和組網(wǎng)方案。

1 IMT2020(5G)推進(jìn)組.5G愿景與需求白皮書.2014,5

2 IMT2020(5G)推進(jìn)組.5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)白皮書.2015,5

3 NGMN.NGMN 5G白皮書.2015,3

愛立信“6扇區(qū)”創(chuàng)新解決方案增強(qiáng)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋

日前，愛立信率先提出業(yè)界領(lǐng)先的“6扇區(qū)+高增益天線”創(chuàng)新解決方案，用于增強(qiáng)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋，并攜手中國(guó)移動(dòng)多個(gè)省公司成功進(jìn)行了現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)。試點(diǎn)結(jié)果顯示，該創(chuàng)新解決方案可在不增加站址的情況下幫助運(yùn)營(yíng)商明顯提高TDLTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

在與中國(guó)移動(dòng)多個(gè)省份合作進(jìn)行的現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)項(xiàng)目中，該創(chuàng)新解決方案，可增加覆蓋面積超過50%，弱覆蓋樣點(diǎn)比例降低31%，區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量提高了11%，并且6扇區(qū)可以讓頻譜效率得到大幅提升，效率提升50%以上。從試點(diǎn)結(jié)果可以看出，相比傳統(tǒng)的解決方案，愛立信“6扇區(qū)+高增益天線”創(chuàng)新解決方案在增強(qiáng)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題上體現(xiàn)出明顯的技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。

愛立信助力巴蒂電信擴(kuò)容印度的3G網(wǎng)絡(luò)

近日，印度領(lǐng)先的電信服務(wù)提供商巴蒂電信與愛立信進(jìn)一步加強(qiáng)合作關(guān)系，簽署了一份為期4年的協(xié)議，愛立信將幫助巴蒂電信擴(kuò)容印度8個(gè)本地網(wǎng)的3GWCDMA網(wǎng)絡(luò)。該協(xié)議包括在其中3個(gè)本地網(wǎng)上的UMTS 2100MHz和UMTS 900MHz頻段部署3G服務(wù)，與此同時(shí)，愛立信將為WCDMA無線接入網(wǎng)提供安裝和性能管理服務(wù)。

愛立信印度公司總裁PaoloColella表示：“印度消費(fèi)者正在迅速接納智能手機(jī)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)并將其作為信息和娛樂的來源。我們幫助巴蒂電信擴(kuò)容其3G WCDMA網(wǎng)絡(luò)，從而，使他們可以滿足印度用戶對(duì)卓越的數(shù)據(jù)服務(wù)日益增長(zhǎng)的需求。”

Discussions on Mobile Backhaul for 5G Network

The key technical features and the requirements on transport of 5G network are investigated according to development of standards and the specific use cases.The decision of technologies and network planning strategies for the backhaul of 5G,especially the small cells,are discussed.

5G,backhaul,PON

2015-08-20）