關于5G時代的傳輸網絡方案研究

王青明

（中國移動通信集團設計院有限公司新疆分公司，烏魯木齊 830027）

1 5G網絡概述

5G技術是4G技術的擴展，5G時代的來臨在傳輸承載等方面提出了更為嚴格的要求，采用新的空中接口技術，提供大帶寬、低時延和高精度的業(yè)務，主要的應用場景包括：增強型移動寬帶（eMBB）、大規(guī)模規(guī)模機器通信（mMTC）、高可靠低時延通信（uRLLC）。三個場景都需要5G網絡更加靠近用戶，5G網絡結構的變化，需要承載網在結構上、技術上進行優(yōu)化，來滿足5G網絡的新挑戰(zhàn)。5G網絡是一個多場景融合網絡和一個端到端的生態(tài)體系，它使萬物互聯(lián)成為可能，它在網絡通信、承載業(yè)務、終端等領域跨越式發(fā)展和創(chuàng)新，提供人與人、人與物以及物與物之間自由、高速、安全的連接。因此，5G傳輸承載網將在網絡帶寬、時延及時間精度上提出更高的要求。下面將針對這些需求進行分析。

2 5G承載網的需求

2.1 帶寬需求

5G網絡的實現(xiàn)，采用的頻段是3.3GHz-3.6GHz和4.8GHz-5.0GHz，提供100MHz-200MHz連續(xù)頻譜，這使得5G網絡基站對帶寬的要求大大提高，5G基站帶寬均值將超過1Gb/s，峰值更是超過10Gb/s，與4G相比，是其帶寬要求的10倍。對于流量的需求，主要是因為在5G網絡中，所采用的是超密集組網，而5G的站間距與4G相比較，顯得更為緊密。

2.2 時延需求

5G應用場景包括：增強型移動寬帶（eMBB）、大規(guī)模規(guī)模機器通信（mMTC）、高可靠低時延通信（uRLLC）三類，業(yè)務大致分為：移動通信、視頻業(yè)務、云計算、智能停車、工業(yè)控制、機器人協(xié)助、電子健康、公共安全、自動駕駛、高鐵和飛機等，在不同應用時延要求不同。

在3GPP標準組織所規(guī)定的5G時延的相關技術指標中，對增強型移動寬帶（eMBB）應用場景的移動終端時延規(guī)定在4ms，對高可靠低時延通信（uRLLC）應用場景的移動終端時延規(guī)定在0.5ms。對端到端時延為ms量級，這就意味著5G數據機房與5G基站之間的物理距離不能超過50Km。而要達到降低時延的目的，就需要對網絡的組建方式進行一定的改造和優(yōu)化

2.3 高精度

5G新的幀結構要求±390ns時間同步精度，針對超高精度時鐘同步，在系統(tǒng)上采用全面優(yōu)化時鐘布局，對系統(tǒng)內部時鐘信號時延進行精確測量和補償，提高同步系統(tǒng)內同步精度，要求±130ns時間同步精度，消除時鐘信號同步和發(fā)送的誤差；架構上采用全新時鐘芯片平臺方案和雙時鐘互備構架，為時間同步提供高穩(wěn)定、高可靠的時鐘源，可以承載單節(jié)點精度達到±5ns要求。

因此，在研究如何滿足5G技術指標的前提下，提高接入網在復雜場景下的整體接入性能，傳統(tǒng)網絡結構已經不能滿足5G需求，改變網絡結構勢在必行。網絡結構的變化將對承載網提出新的要求，提供高效靈活的控制轉發(fā)功能、支持高智能運營、開放網絡接入能力和提升整體網絡水平，這將是5G是商用的關鍵前提。

3 5G發(fā)展的承載網網絡演進探討

3.1 傳輸網結構扁平化，應用下移

傳輸網絡經過Mesh化、扁平化后，能夠更加靈活地實現(xiàn)業(yè)務的轉發(fā)和調度，應對ex2橫向流量的增加，減少業(yè)務的時延。

前期，三層網絡可下沉到地州核心生產樓的骨干匯聚設備，將縣城重要匯聚設備作為L2/L3橋接設備，傳輸路徑為接入-匯聚-骨干-匯聚-接入，相比4G網絡結構減少了跳數、接入距離較近。L2/L3設備上行采用口字型組網，單端口逐步滿足100G以上的大容量設備，為5G帶寬需求做準備。

后期，三層網絡可下沉到縣城重要匯聚設備，將普通匯聚設備作為L2/L3橋接設備，傳輸路徑為接入-匯聚-接入，跳點更少、接入距離更貼近用戶。L2/L3設備上行采用口字型組網，單端口逐步滿足400G以上的大容量設備，滿足5G帶寬需求。

匯聚層采用Mesh組網，帶寬支持400G或1T；接入層仍以環(huán)網形式接入，帶寬支持單環(huán)40G或100G。

3.2 SPN化的網絡結構

SPN（分片分組網）是在物理層、鏈路層和轉發(fā)控制層采用新技術，提出5G承載全新技術和架構，具備大帶寬、低時延、靈活智能等特點。

SPN新傳輸平面技術具備三個特點：第一，面向PTN演進升級、互通及4G與5G業(yè)務互操作，需兼容現(xiàn)有PTN網絡功能；第二，面向大帶寬和靈活轉發(fā)需求，需進行多層資源協(xié)調和融合L0～L3能力；第三，面向超低時延與垂直行業(yè)，需支持軟、硬隔離切片和融合TDM、分組交換能力。

SPN架構包括切片分組層（SPL）、切片通道層（SCL）、切片傳送層（STL）等組成，其中切片分組層是實現(xiàn)分組數據的路由處理、切片通道層是實現(xiàn)切片以太網通道的組網處理和切片傳送層是實現(xiàn)切片物理層編解碼及DWDM光傳送處理。

下一代傳輸網以5G承載為核心，兼顧家客、集客業(yè)務綜合承載，SPN是打造未來統(tǒng)一高效綜合業(yè)務傳輸網絡的優(yōu)選方案。

4 結束語

2G、3G、4G移動通信主要支持語音、短信、視頻等通信服務，而5G不僅滿足超高流量需求、高強度的連接需求和更高可靠低時延需求，而且還是面向未來數字世界的強大基礎設施平臺。因此本文結合具體的業(yè)務需求，提出了5G承載網傳輸解決方案，網絡結構扁平化和SPN網絡結構，滿足大帶寬、差異化時延、超高精度時間同步、網絡切片及未來網絡持續(xù)演進的需求。