5G前傳傳輸解決方案對(duì)比及綜合造價(jià)分析

施家驊

1 5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及前傳層的變化

為實(shí)現(xiàn)功能的分離和設(shè)備的彈性部署，5G將基站功能分為CU（集中單元）、DU（分布式單元）及AAU（射頻單元）三個(gè)模塊，AAU與DU間的電路鏈接稱為前傳層，承載著未經(jīng)壓縮處理的5G射頻信號(hào)。

5G前傳層最主要的變化是采用了新的前傳接口標(biāo)準(zhǔn)eCPRI協(xié)議。根據(jù)eCPRI v1.1版本協(xié)議[2]，在5G典型天線配置下，前傳接口帶寬需達(dá)到25 GB/s，傳輸時(shí)延需小于100 μs，相對(duì)4G所采用的CPRI協(xié)議，帶寬增長(zhǎng)了25倍的同時(shí)，時(shí)延僅為其1/10。5G前傳層傳輸面對(duì)的另一個(gè)變化是基站密度的大幅提高，這意味著前傳層將消耗大量的纖芯資源，因此大規(guī)模的纖芯需求成為5G前傳建設(shè)的難點(diǎn)。本文接下來(lái)將對(duì)幾種5G前傳傳輸解決方案進(jìn)行對(duì)比，并分析其綜合造價(jià)。

2 5G前傳傳輸解決方案對(duì)比

目前業(yè)界主要的5G前傳傳輸解決方案為以下四類(lèi)：

2.1 裸纖直連方案

裸纖直連是解決5G前傳最為簡(jiǎn)單有效的辦法，具有組網(wǎng)簡(jiǎn)單、無(wú)設(shè)備技術(shù)要求、在光纖資源豐富的場(chǎng)景下開(kāi)通快捷等優(yōu)點(diǎn)。但是纖芯消耗的速度驚人，無(wú)法提供系統(tǒng)層面的保護(hù)，故障定位較為困難，并且在光纖資源及管道資源緊缺的情況下，開(kāi)站成本非常高昂。

2.2 SPN方案

SPN是一種基于網(wǎng)絡(luò)分片的傳輸技術(shù)方案，通過(guò)在物理層之上設(shè)立Shim層，實(shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)交換和不同業(yè)務(wù)間的物理隔離。作為時(shí)分復(fù)用技術(shù)，它的時(shí)延在5 μs以內(nèi)，但受限于光電元器件技術(shù)發(fā)展，SPN僅能提供50 GB/100 GB的線路帶寬，相比25 GB的前傳需求，光纖復(fù)用能力有限。

2.3 無(wú)源WDM方案

無(wú)源WDM技術(shù)可在單纖芯內(nèi)復(fù)用出最多16條波長(zhǎng)通道，并且只會(huì)引入ns級(jí)的時(shí)延。但目前最大容量的彩光模板僅為10 GE，僅能滿足5G發(fā)展初期階段的前傳接口的帶寬。因?yàn)?5 GB/s規(guī)格的彩光模塊并不在光器件的技術(shù)發(fā)展路線中，所以如果缺乏運(yùn)營(yíng)商的強(qiáng)力推動(dòng)，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)模供應(yīng)。

2.4 OTN方案

相比WDM方案，OTN技術(shù)可提供50 GE/100 GE的單波道帶寬，單系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)40波的復(fù)用，具備完善的QAM能力，同時(shí)可提供足夠大的彩光模塊，時(shí)延經(jīng)優(yōu)化后也可達(dá)到μs級(jí)，可滿足5G前傳的各項(xiàng)性能要求，但是高速率光器件的成本仍然偏高，使得OTN方案造價(jià)要明顯高于其他方案。

3 傳輸接入方案綜合建設(shè)成本建模及分析

3.1 5G無(wú)線設(shè)備部署的場(chǎng)景模型

依照5G的部署路線圖，2022年前為5G的初期階段，以部署小于10 GB/s前傳帶寬的小規(guī)模天線陣列低頻AAU為主，2022年后逐步應(yīng)用高頻段及大規(guī)模天線陣列后，其前傳帶寬的需求將達(dá)到25 GB/s及以上水平。

與4G相似，5G的部署策略著重于為深覆蓋創(chuàng)新通信應(yīng)用形態(tài)，而非廣覆蓋滿足基本通信需求。因此區(qū)域人口密度決定了基站的覆蓋密度，而三大類(lèi)覆蓋場(chǎng)景下DU將采用不同的部署位置與覆蓋面積以平衡基站接入和業(yè)務(wù)回傳間的需求，參考運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)總體規(guī)劃[3]及廠商的配置建議，5G無(wú)線設(shè)備部署的場(chǎng)景模型及特征參數(shù)如表1所示：

表1 5G無(wú)線設(shè)備部署的場(chǎng)景模型

3.2 傳輸接入方案綜合造價(jià)建模及分析

為分析不同場(chǎng)景下各類(lèi)傳輸接入方案的綜合造價(jià)，模型考慮三個(gè)主要構(gòu)成元素：AAU側(cè)傳輸設(shè)備成本、DU側(cè)傳輸設(shè)備成本、光纖綜合成本?；诟鲝S商對(duì)傳輸接入設(shè)備的估價(jià)，接入設(shè)備成本及性能特征如表2所示：

表2 傳輸接入方案成本及性能特征

為實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一計(jì)算，針對(duì)本模型設(shè)置條件如下：

（1）目前技術(shù)支持的DU下帶AAU數(shù)量為30，本模型僅考慮同一DU下帶AAU數(shù)量不超過(guò)30的情況；

（2）光纖綜合成本采用某省會(huì)城市綜合管溝在8年的傳輸接入設(shè)備生命期的租賃價(jià)格及288芯接入光纜造價(jià)進(jìn)行概要折算；

（3）由于接入纖芯場(chǎng)景較為豐富（直埋、管道、架空），暫不考慮纖芯管道造價(jià)；

（4）由于單纖雙向技術(shù)可用于所有技術(shù)場(chǎng)景，所以本模型不考慮單纖雙向技術(shù)引起的成本變化。

各種模型表達(dá)如下：

（1）通用模型：

基站綜合造價(jià)=(AAU端設(shè)備成本+DU端設(shè)備成本+2條纖芯成本)×基站數(shù)量

（2）裸纖模型：

基站綜合造價(jià)=(0+0+2條纖芯成本)×基站數(shù)量

（3）SPN模型：

基站綜合造價(jià)=(AAU端設(shè)備成本+DU端設(shè)備成本)×[基站數(shù)量/2, 向上取整]+2條纖芯成本×[基站數(shù)量/2, 向上取整]

（4）無(wú)源WDM模型：

基站綜合造價(jià)=(AAU端設(shè)備成本+DU端設(shè)備成本)×[基站數(shù)量/16, 向上取整]+2條纖芯成本×[基站數(shù)量/16, 向上取整]

（5）OTN模型：

基站綜合造價(jià)=(AAU端設(shè)備成本+DU端設(shè)備成本)+2條纖芯成本

模型說(shuō)明如下：

（1）SPN模型：每增加2個(gè)AAU即增加一套傳輸設(shè)備及一對(duì)纖芯成本，AAU數(shù)量超出10個(gè)，DU側(cè)需要更換為30下帶端口的設(shè)備。

（2）無(wú)源WDM模型：每增加16個(gè)AAU即一對(duì)纖芯成本，AAU數(shù)量超出10個(gè)，DU側(cè)需要更換為30下帶端口的設(shè)備。并且現(xiàn)階段無(wú)源WDM的帶寬能力僅能滿足5G初期的需求，隨5G成熟期AAU升級(jí)需同步替換，因此造價(jià)采用3年的生命期進(jìn)行了等效折算。

（3）OTN模型：每增加40個(gè)AAU即一對(duì)纖芯成本，針對(duì)本模型僅需2條纖芯，AAU數(shù)量超出10個(gè)，DU側(cè)需要更換為30下帶端口的設(shè)備。

鑒于以上假設(shè)，計(jì)算AAU數(shù)量由1逐步增長(zhǎng)到30，以密集城區(qū)為例四類(lèi)技術(shù)方案的造價(jià)如表3所示。

由圖1可以見(jiàn)到，SPN技術(shù)受限于可提供的帶寬，不僅使用時(shí)間短并且價(jià)格極高，不適合用于大規(guī)模建設(shè)。

去掉SPN技術(shù)，其他三類(lèi)技術(shù)造價(jià)趨勢(shì)圖如圖2所示。

由圖2可以見(jiàn)到，OTN技術(shù)造價(jià)在前期相對(duì)較高，后期與裸纖造價(jià)相當(dāng)；WDM造價(jià)較為低廉，前期稍高于裸纖，后期價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯。

所以，根據(jù)模型的估算可得出以下結(jié)論：

（1）裸纖技術(shù)方案普適性最強(qiáng)，投資使用最為靈活，故而對(duì)于纖芯資源豐富的區(qū)域建議使用裸纖直連的方式完成前傳覆蓋。

表3 傳輸接入方案造價(jià)建模結(jié)果（密集城區(qū)）

圖1 傳輸接入方案造價(jià)變化趨勢(shì)圖

圖2 傳輸接入方案造價(jià)變化趨勢(shì)圖

（2）長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，OTN技術(shù)成本前期投資較大，后期逼近裸纖成本，得益于后續(xù)OTN技術(shù)的快速發(fā)展因素，其價(jià)錢(qián)可能會(huì)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上有較大減幅，故而對(duì)于纖芯資源較為緊張的區(qū)域，建議使用OTN技術(shù)進(jìn)行覆蓋。

（3）WDM技術(shù)較之于其他方案，其價(jià)格優(yōu)勢(shì)非常明顯，但受限于其可提供的帶寬，按照目前規(guī)劃，僅可用于5G初期，可能會(huì)導(dǎo)致后期網(wǎng)絡(luò)大量調(diào)整及替換，暫不推薦使用。

（4）SPN技術(shù)由于其光模塊技術(shù)仍有待規(guī)模驗(yàn)證，且可提供帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于已大規(guī)模商用的OTN技術(shù)，并且其切片等新功能有待標(biāo)準(zhǔn)的完善，目前造價(jià)方面無(wú)優(yōu)勢(shì)，暫不推薦使用。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)傳輸接入綜合造價(jià)模型工具，將設(shè)備和纖芯資源對(duì)于5G基站造價(jià)的影響納入統(tǒng)一的評(píng)價(jià)體系當(dāng)中進(jìn)行對(duì)比，得出目前較為推薦的可用于解決前傳的技術(shù)方案為OTN技術(shù)與裸纖直連技術(shù)。對(duì)光纖資源豐富、DU分散設(shè)置的場(chǎng)景，推薦使用光纖直連技術(shù)，對(duì)于DU及AAU相對(duì)集中放置的場(chǎng)景，特別是多頻復(fù)用的密集覆蓋區(qū)域，推薦使用OTN 技術(shù)。至于WDM技術(shù)與SPN技術(shù)是否在前傳層具備良好的適用性，仍需持續(xù)關(guān)注光模塊的技術(shù)發(fā)展及SPN標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的成熟。