5G系統(tǒng)對本地傳送網(wǎng)的技術(shù)要求探究

文/劉付仲偉

1. 5G系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)特性

5G網(wǎng)絡(luò)主要是面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行應(yīng)用的，該系統(tǒng)涉及到了多個(gè)不同的領(lǐng)域，具有連續(xù)廣域覆蓋、熱點(diǎn)高容量、低功耗大連接和低時(shí)延、可靠性高等多種應(yīng)用場景。前兩種場景在應(yīng)用時(shí)主要面向的是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，后兩種場景則主要面向物聯(lián)網(wǎng)以及垂直行業(yè)應(yīng)用。5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)合功能框架劃分可以分為接入地面、控制地面和轉(zhuǎn)發(fā)平面3個(gè)不同的功能層面，控制平面主要負(fù)責(zé)全局控制策略的生成，接入平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面則主要負(fù)責(zé)對各項(xiàng)策略的執(zhí)行。在具體應(yīng)用中，5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場景主要包含4個(gè)不同的方面，即連續(xù)廣域覆蓋場景、熱點(diǎn)高容量覆蓋場景、低功耗大連接場景和低時(shí)延高可靠場景，不同應(yīng)用場景面臨的性能挑戰(zhàn)也有所不同，對用戶體驗(yàn)速率、連接數(shù)密度、端到端時(shí)延、移動(dòng)性、流量密度和用戶峰值速率等都提出了不同的要求，而這也對5G系統(tǒng)本地傳送技術(shù)提出了更高的挑戰(zhàn)。

當(dāng)前，5G技術(shù)的發(fā)展對現(xiàn)有傳送網(wǎng)的應(yīng)用產(chǎn)生了巨大的沖擊，其主要是因?yàn)檫\(yùn)營商重點(diǎn)建設(shè)的內(nèi)容是光傳送網(wǎng)OTN、PTN等，這些技術(shù)在應(yīng)用期間還難以真正有效地滿足5G系統(tǒng)的傳輸需要。當(dāng)前，無論是全國范圍內(nèi)的一干、省內(nèi)二干，還是本地網(wǎng)傳輸設(shè)備中，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)所呈現(xiàn)出來的分布特點(diǎn)相對來說都顯得比較分散，包含的層級(jí)也比較多，如城域骨干層、匯聚層和接入層等。為了更好地滿足設(shè)備的使用需求，在本地傳送網(wǎng)技術(shù)中SDH應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)的應(yīng)用促使PTN網(wǎng)絡(luò)得以成功地構(gòu)建并不斷創(chuàng)新發(fā)展，其與許多業(yè)務(wù)都有著較強(qiáng)的適配性，可以為多種經(jīng)濟(jì)可靠的業(yè)務(wù)提供承載服務(wù)，這樣也更好地滿足了運(yùn)營商的多元化運(yùn)行需求。但是，該技術(shù)在應(yīng)用過程中也存在有不可避免的缺陷，如其難以滿足擴(kuò)展性和開放性的要求，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和優(yōu)化的成本相對來說比較高，而且技術(shù)在具體應(yīng)用實(shí)施時(shí)過程比較復(fù)雜，工程建設(shè)周期比較長，前期投入成本巨大，因此無法有效適應(yīng)5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營需求。

2. 5G系統(tǒng)對傳送網(wǎng)的功能需求

結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的情況來看，光傳送網(wǎng)位于5G網(wǎng)絡(luò)的控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面之間，屬于5G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò)，面對5G網(wǎng)絡(luò)其有著更為嚴(yán)苛的傳輸性能和組網(wǎng)功能要求，相對于傳統(tǒng)的3G和4G技術(shù)來說，其需要提供性能更加優(yōu)質(zhì)、性能更加靈活、運(yùn)營更具有智能的傳送技術(shù)，在具體的應(yīng)用中，其主要需要以下方面的技術(shù)需求：

2.1 大寬帶和高容量

進(jìn)入21世紀(jì)以來，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量呈現(xiàn)出爆炸式增長的趨勢，隨著4G技術(shù)誕生之后，5G技術(shù)也提上了日程，據(jù)相關(guān)研究表明，2010年-2030年移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將增長近2萬倍。相較于傳統(tǒng)的4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來說，5G網(wǎng)絡(luò)在帶寬和容量方面都更加的理想，它可以隨時(shí)隨地地為用戶提供100兆每秒以上的體驗(yàn)速率，局部熱點(diǎn)區(qū)域則需要滿足1G每秒的用戶體驗(yàn)速率，峰值速率則在10G每秒的峰值速率和10T每平方米的流量密度。在5G系統(tǒng)運(yùn)行過程中，海量數(shù)據(jù)流量需要傳送網(wǎng)技術(shù)為其提供更大的寬度和更高容量的基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò)，具體的傳送網(wǎng)絡(luò)包含有前傳網(wǎng)絡(luò)、回傳網(wǎng)絡(luò)以及核心網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)等，這樣才能滿足5G網(wǎng)絡(luò)的多元化使用需求。結(jié)合當(dāng)前的光傳送網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來看，當(dāng)前我國大部分地區(qū)光傳送網(wǎng)絡(luò)干線已經(jīng)全面進(jìn)入100G每秒的時(shí)代，并且開始朝著城域逐漸衍生，超過100G每秒尤其是400G每秒的光傳送技術(shù)也隨著高階調(diào)制、新型超低損耗或者是與大有效面積光纖、靈活柵格、低噪聲放大器等多元化技術(shù)的研究發(fā)展和不斷成熟，這也給5G系統(tǒng)傳送網(wǎng)技術(shù)提供了更加多元化的選擇。

2.2 低時(shí)延

5G系統(tǒng)在互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用中，對低延遲提出了更高甚至更苛刻的需求愿景。間隙延遲小于甚至1ms，終端延遲為ms級(jí)。該ms級(jí)低時(shí)延應(yīng)用場景的業(yè)務(wù)需求要求光傳輸網(wǎng)絡(luò)不僅能夠提供極低的傳輸時(shí)延，而且能夠提供極低的處理時(shí)延。通過現(xiàn)有光傳送網(wǎng)絡(luò)的端到端傳輸驗(yàn)證，光傳送網(wǎng)的端到端時(shí)延主要為光纖傳輸路徑引入的傳輸時(shí)，其中光傳送網(wǎng)的端到端時(shí)延大約在80%以上為光纖傳輸時(shí)延，因此是光傳送網(wǎng)中有效降低時(shí)延的重要方法之一，采用業(yè)務(wù)傳輸路徑最短方案進(jìn)行業(yè)務(wù)路徑規(guī)劃和開通，以滿足更多的應(yīng)用場景和需求。

2.3 高可靠

5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)類型也將更加豐富，同時(shí)，更多的應(yīng)用場景要求業(yè)務(wù)開通的時(shí)效性以及業(yè)務(wù)帶寬靈活可變等，這就要求光傳輸網(wǎng)絡(luò)也需要很高的傳輸可靠性保證。當(dāng)前，許多地區(qū)的傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)取得了OLP OMSP、OCH和ODUKSNCP保護(hù)方案不同層次的業(yè)務(wù)。與此同時(shí)，現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行大多數(shù)屬于環(huán)網(wǎng)絡(luò)，光傳輸網(wǎng)絡(luò)模型的網(wǎng)絡(luò)模式的主要路徑時(shí)滯差分通常比較大，所以不適合5G網(wǎng)絡(luò)的低延遲需求，也難以適應(yīng)5G網(wǎng)絡(luò)高可靠性的要求。因此，在具體的傳輸過程中，還需要進(jìn)一步對傳送網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，如可以借助光電混合交叉、網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)和智能控制功能等技術(shù)，有效提高光傳送網(wǎng)的可靠性以及業(yè)務(wù)健壯性，以便更好地構(gòu)建低時(shí)延和高可靠的傳送網(wǎng)絡(luò)。

2.4 靈活化

5G網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)類型必將會(huì)更加豐富，在多個(gè)應(yīng)用場景中應(yīng)用也要求業(yè)務(wù)開通的時(shí)效性不斷提升，業(yè)務(wù)帶寬靈活多變等，而這些都要求傳送網(wǎng)具備靈活多變承載貸款的動(dòng)態(tài)指派功能。近些年來，光傳送網(wǎng)為了滿足多元化的業(yè)務(wù)需求，引入了多種新技術(shù)，如ODUflex、GMP等技術(shù)，同時(shí)，其還結(jié)合了已有的ROADM、靈活柵格以及可變收發(fā)和電交叉等多種類型的技術(shù)，這些技術(shù)的應(yīng)用有效實(shí)現(xiàn)了靈活映射和復(fù)用，促使帶寬管道更加靈活多變。

2.5 智能化

5G網(wǎng)絡(luò)相較于傳統(tǒng)的4G和3G網(wǎng)絡(luò)來說智能化特點(diǎn)更加明顯是毋庸置疑的，為了滿足這一技術(shù)要求，需要支持軟件定義的網(wǎng)絡(luò)控制架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力的優(yōu)化升級(jí)。5G網(wǎng)絡(luò)將以SDN網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)技術(shù)，有效實(shí)現(xiàn)控制平面與轉(zhuǎn)發(fā)平面的分離，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)更加靈活、智能、高效、開放。在光傳輸網(wǎng)絡(luò)中引入SDN功能后，5G網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)勢包括以下幾個(gè)方面：首先，集中式控制的引入提高了控制平面的智能決策能力，提高了服務(wù)的部署效率和網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率；其次，借助虛擬網(wǎng)絡(luò)抽象技術(shù)和資源，以便更好地完成解耦的硬件和軟件，并通過開放和標(biāo)準(zhǔn)化接口控制器連接，簡化運(yùn)營管理，通過一個(gè)開放的網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用程序?qū)咏缑妫峁┛删庉嫷娜萘抗鈧鬏斁W(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，提供靈活的帶寬，如光學(xué)網(wǎng)絡(luò)VPN新定制的，增值和其他多樣化的業(yè)務(wù)需求。

3. 5G系統(tǒng)對本地傳送網(wǎng)技術(shù)要求發(fā)展的挑戰(zhàn)

在實(shí)際應(yīng)用中，作為承載網(wǎng)絡(luò)的傳送網(wǎng)，面對5G網(wǎng)絡(luò)大寬帶、高容量、低時(shí)延、高可靠、靈活化和智能化等承載需求，根據(jù)傳送網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢來看，在相關(guān)系統(tǒng)未來發(fā)展中，其可能面臨著以下方面的挑戰(zhàn)：

3.1 光傳輸技術(shù)方案選擇及實(shí)現(xiàn)

結(jié)合移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的典型承載需求來看，傳送網(wǎng)絡(luò)主要是由前傳網(wǎng)絡(luò)、回傳網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)部分組成的，結(jié)合當(dāng)前5G系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)的目標(biāo)來看，無論是前傳、回傳還是核心網(wǎng)傳輸，要想達(dá)到相應(yīng)的傳送目的，實(shí)際上對于傳送網(wǎng)來說其所面臨的技術(shù)方案選擇以及實(shí)現(xiàn)的挑戰(zhàn)都是極多的，尤以前傳網(wǎng)絡(luò)所面臨的挑戰(zhàn)最多，比如說，超大容量和高密集的無線接入導(dǎo)致前傳網(wǎng)絡(luò)的光纖直驅(qū)模式在5G網(wǎng)絡(luò)中難以有效普及和應(yīng)用。在相關(guān)技術(shù)具體的發(fā)展和應(yīng)用中，究竟該選擇何種滿足前傳性能和功能要求的傳輸技術(shù)、無線前傳網(wǎng)元之間的有效接口制式等還需要進(jìn)一步進(jìn)行深入的研究和探索。尤其是在當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)從整體上還沒有針對端到端性能指標(biāo)的明確劃分、無線網(wǎng)元前傳功能的分割還需進(jìn)一步明確的情況下，面向5G的傳輸方案選擇以及具體實(shí)現(xiàn)等仍然面臨著較大挑戰(zhàn)，在相關(guān)技術(shù)應(yīng)用過程中，存在的不確定因素相對來說是比較多的。

3.2 低時(shí)延和靈活化高性能方案的選擇及實(shí)現(xiàn)

如上文所述，從端到端ms量級(jí)的超低時(shí)延是5G網(wǎng)絡(luò)的典型性能需求，靈活化是5G網(wǎng)絡(luò)面向用戶相較于3G和4G網(wǎng)絡(luò)來說最為突出的特征之一，即5G網(wǎng)絡(luò)更加靈活多變。前文中已經(jīng)提到，光傳輸網(wǎng)絡(luò)中長距離網(wǎng)絡(luò)的主要時(shí)延是由物理光纖鏈路引起的。而光纖鏈路時(shí)延一般除了選擇更加理想的物理光纖鏈路之外，并沒有其他技術(shù)可以解決系統(tǒng)在使用期間存在的時(shí)延問題，因此，光傳送網(wǎng)降低時(shí)延的技術(shù)主要集中在節(jié)點(diǎn)處理方面，其中，最為主要的是墊層信號(hào)處理，比如說，當(dāng)前應(yīng)用比較頻繁的FEC和DSP等處理技術(shù)，這些技術(shù)的處理時(shí)延和傳輸性能呈現(xiàn)出反比的關(guān)系，在這種因素之下，如何在保證傳輸性能的同時(shí)進(jìn)一步降低處理時(shí)延所需要面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)是眾多專家和學(xué)者一直以來都在探索的重要話題。此外，為了更好地適應(yīng)5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)應(yīng)用的靈活化、光傳送網(wǎng)還需要提供承載帶寬的靈活化，需要采用多種技術(shù)對帶寬進(jìn)行調(diào)整，但是，在對帶寬進(jìn)行調(diào)整時(shí)不得不面對的一大難題就在于帶寬靈活調(diào)整的過程中，難以實(shí)現(xiàn)與5G業(yè)務(wù)實(shí)際應(yīng)用之間的靈活配合，這樣可能會(huì)影響最終時(shí)延以及靈活效果的展現(xiàn)。

3.3 傳送網(wǎng)與其他網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)和互通

5G系統(tǒng)在應(yīng)用期間涉及到了多種不同類型的技術(shù)，5G網(wǎng)絡(luò)的承載網(wǎng)絡(luò)除了傳統(tǒng)的光傳送網(wǎng)之外，還包含有IP承載網(wǎng)、無線承載網(wǎng)等，不同承載網(wǎng)的作用功能、使用需求等都存在一定的差異。在具體的5G網(wǎng)絡(luò)承載中怎樣實(shí)現(xiàn)不同承載網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)功能的合理分配并且實(shí)現(xiàn)無障礙溝通等，在實(shí)際工作中，仍然面臨有多方面的挑戰(zhàn)和困難，而在未來相關(guān)技術(shù)應(yīng)用過程中，還需要結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用需求，明確不同承載網(wǎng)的作用，保證5G系統(tǒng)所需要的核心承載網(wǎng)與其他輔助承載網(wǎng)之間互相協(xié)調(diào)和統(tǒng)一，這樣才能更好地發(fā)揮相關(guān)技術(shù)的作用優(yōu)勢，降低傳送網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)應(yīng)用產(chǎn)生的局限性，促使相關(guān)工作朝著更好的方向發(fā)展。

4. 5G系統(tǒng)對本地傳送網(wǎng)的技術(shù)要求發(fā)展思路

4.1 進(jìn)一步優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

過去的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)大多是基于層次化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，存在一定的局限性，難以有效滿足5G系統(tǒng)對傳送網(wǎng)技術(shù)的要求。目前，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)扁平化發(fā)展趨勢，這與IP的發(fā)展趨勢基本一致。因此，針對5G系統(tǒng)傳送網(wǎng)技術(shù)還需充分考慮如何在現(xiàn)有傳輸網(wǎng)絡(luò)和上層網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)互相適應(yīng)，促使相關(guān)技術(shù)得到更好的發(fā)展和應(yīng)用。做好了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、對網(wǎng)絡(luò)的扁平化發(fā)展實(shí)際上是極為有利的，其可以有效減少各類資源的浪費(fèi)，降低運(yùn)維成本。同時(shí)，政府部門還需做好引導(dǎo)工作，聯(lián)合各大企業(yè)加速5G部署，降低對設(shè)備廠家的依賴性，促使5G時(shí)代傳送網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出獨(dú)立發(fā)展的狀態(tài)，以便更好地滿足用戶多元化的需求，推動(dòng)相關(guān)工作朝著更好的方向發(fā)展。

4.2 靈活應(yīng)用PNT網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

當(dāng)前，在進(jìn)行移動(dòng)通信時(shí)運(yùn)營商多是借助PTN技術(shù)來承載LTE網(wǎng)絡(luò)的，該技術(shù)具有數(shù)據(jù)傳輸性能強(qiáng)，傳輸安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)其還可以獨(dú)立于客戶以及控制層面存在，可以對多種業(yè)務(wù)進(jìn)行靈活的承接。所以說，要想真正的發(fā)展好5G對本地傳送網(wǎng)的技術(shù)要求，還需結(jié)合實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸需要，靈活應(yīng)用和研發(fā)PNT網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

4.3 做好5G信號(hào)對廣電網(wǎng)絡(luò)傳播防干擾工作

5G作為一種新的系統(tǒng)，其在應(yīng)用時(shí)還存在有多種不穩(wěn)定的因素，其很容易對廣電信號(hào)產(chǎn)生干擾。針對這種問題，筆者認(rèn)為，一方面可以加裝抗5G干擾C頻段濾波器。在加裝C頻段濾波器仍不足以應(yīng)對5G干擾時(shí)，可根據(jù)5G干擾情況考慮以下方案：一是降低5G基站發(fā)射功率、調(diào)整5G系統(tǒng)最大輻射方向或下傾角（可增加0-8dB的隔離度）、更換5G基站位置等(需要相關(guān)通信運(yùn)營商配合）；二是在加裝C頻段濾波器基礎(chǔ)上，更換帶濾波能力的低噪聲（變頻）放大器（LNA/B）；三是加裝屏蔽網(wǎng)（可增加8-12dB的隔離度）。

5. 5G給視頻制作帶來的影響

5G是一項(xiàng)通用型技術(shù)，因?yàn)槠涞脱舆t、高帶寬、廣連接等技術(shù)特點(diǎn)，或?qū)?huì)促進(jìn)4K的爆發(fā)，帶來VR的快速發(fā)展，使得人工智能技術(shù)在廣電媒體行業(yè)有著更加廣泛的使用。由于5G網(wǎng)絡(luò)的低時(shí)延、高帶寬以及云服務(wù)高度的可擴(kuò)展性，使得高質(zhì)量視頻的傳輸和分享變得簡單可行，超高分辨率的視頻采集端并不需要進(jìn)行本地處理，而是直接通過5G網(wǎng)絡(luò)上傳，云端處理后再通過5G網(wǎng)絡(luò)分發(fā)。

目前，很多由廣電系主導(dǎo)的融媒體中心或演播室，紛紛通過擴(kuò)展演播室功能，使其具備更強(qiáng)的直播互動(dòng)能力。因此，基于虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等新一代演播室技術(shù)的交互沉浸式演播室應(yīng)運(yùn)而生，并且可以廣泛應(yīng)用于廣播電視演播室、新聞播報(bào)、體育賽事直播、電視綜藝節(jié)目等各種場景。

VR在媒體行業(yè)的應(yīng)用中，給我們帶來的或許是一種全新的敘事方式——不僅可以將整個(gè)新聞事件發(fā)生的環(huán)境毫無遺漏地進(jìn)行展現(xiàn)，而且其“沉浸”“在場”等特點(diǎn)可以讓受眾身臨其境，變成真正的“目擊者”，以第一人稱的視角去審視、理解新聞。

結(jié)語

總之，5G系統(tǒng)在應(yīng)用期間對于本地傳送網(wǎng)技術(shù)提出了大寬帶、高容量、低時(shí)延、高可靠、靈活管道和智能化等多方面的需求，這對于傳統(tǒng)的設(shè)備提出了更高的挑戰(zhàn)，為了更好地滿足這些傳輸需求，并解決當(dāng)前技術(shù)設(shè)備中存在的難題，還需要更多的資金以及技術(shù)人才投入，只有這樣才能真正推動(dòng)我國5G系統(tǒng)技術(shù)朝著更好的方向發(fā)展，滿足5G技術(shù)多元化的應(yīng)用需求，推動(dòng)相關(guān)工作的不斷發(fā)展和進(jìn)步。5G技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)給廣電行業(yè)帶來新的生機(jī)與活力，因此，對于廣電行業(yè)來說5G這條高速公路通向的是極具價(jià)值和前景的未來。