面向5G C-RAN的傳送網(wǎng)建設(shè)策略探討

陶 源，宋海濱（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司陜西分公司，陜西西安710065）

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)的不斷發(fā)展，C-RAN的概念也在不斷地演進(jìn)完善。C-RAN是具有“集中化、協(xié)作化、云計(jì)算化”特征的“綠色節(jié)能”的無線接入網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。針對(duì)5G高頻段、大帶寬、多天線、海量連接和低時(shí)延等需求，通過引入集中和分布單元（CU/DU）的功能重構(gòu)，及下一代前傳網(wǎng)絡(luò)接口NGFI的前傳架構(gòu)，5G C-RAN的概念在進(jìn)一步發(fā)展演進(jìn)。

在4G時(shí)代無線網(wǎng)的建設(shè)中，龐大的建設(shè)規(guī)模造成前傳網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳輸?shù)馁Y源要求過高，已經(jīng)遠(yuǎn)超傳輸網(wǎng)的資源承載能力和建設(shè)能力，由此造成C-RAN在中國(guó)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用受到一定限制，發(fā)展速度緩慢。近年來，隨著無源波分技術(shù)和CPRI壓縮技術(shù)的引入和發(fā)展，對(duì)于光纖資源消耗過多的問題提出了有效的解決方案。

面向5G時(shí)代，基于集中/分布單元（CU/DU）的兩級(jí)架構(gòu)也已經(jīng)被業(yè)界所認(rèn)可，這一網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與無線云化共同構(gòu)成了5G C-RAN的2個(gè)基本要素，C-RAN的應(yīng)用范圍在5G時(shí)期將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。本文將針對(duì)目前S省移動(dòng)傳送網(wǎng)現(xiàn)狀，從C-RAN部署的機(jī)房選擇、部署模式、城域傳送網(wǎng)演進(jìn)策略等方面進(jìn)行探討分析。

1 C-RAN部署的機(jī)房選擇

結(jié)合目前某運(yùn)營(yíng)本地網(wǎng)匯聚機(jī)房規(guī)劃建設(shè)情況，C-RAN部署可選擇的機(jī)房有4種，分別為骨干匯聚機(jī)房、普通匯聚機(jī)房、業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房和基站機(jī)房（見表1）。

表1 機(jī)房層級(jí)與定位

不同機(jī)房對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)層級(jí)如圖1所示。

圖1 機(jī)房和網(wǎng)絡(luò)層級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖

根據(jù)DU集中程度不同，對(duì)于機(jī)房空間、市電容量、機(jī)房的安全性、穩(wěn)定性要求也各不相同，集中規(guī)模越大對(duì)機(jī)房的要求越高。

針對(duì)骨干匯聚機(jī)房和普通匯聚機(jī)房，S省建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求可用面積不小于60 m2，可裝機(jī)位置不少于30個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)位（1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)位定義為機(jī)柜寬600 mm，深600 mm，高2 000～2 200 mm）。資源調(diào)查的結(jié)果顯示，目前已安裝設(shè)備占用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)位10～15個(gè)。選擇骨干匯聚機(jī)房和普通匯聚機(jī)房作為集中機(jī)房時(shí)，建議集中DU數(shù)量最大不超過30個(gè)，需要3～4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)位。現(xiàn)有空間可滿足近期無線設(shè)備安裝需求。目前普通匯聚機(jī)房市電引入容量為30 kW，骨干匯聚機(jī)房市電引入50 kW。單DU最大功耗約500 W，總功耗需求最大約15 000 W。目前機(jī)房市電引入容量?jī)H能滿足傳輸專業(yè)需求，建議綜合考慮各專業(yè)需求對(duì)機(jī)房電源系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容，并對(duì)市電引入進(jìn)行擴(kuò)容。

針對(duì)業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房，S省建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)要求可用面積為25～30 m2，可裝機(jī)位置不少于8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)位。根據(jù)近期傳輸設(shè)備需求預(yù)測(cè)，傳輸網(wǎng)需占用3～4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)位。選擇業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房作為集中機(jī)房時(shí)，建議集中DU數(shù)量不超過10個(gè)，無線共需要1～2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)位，目前機(jī)房剩余空間可滿足無線新增設(shè)備需求。建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中要求業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房市電引入容量不小于20 kW。在DU數(shù)不超過10個(gè)，無線設(shè)備總功耗不超過6 kW時(shí)，目前市電容量的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)可滿足無線設(shè)備和傳輸設(shè)備需求，未來如果設(shè)備功耗增加，需根據(jù)需求擴(kuò)容市電容量。

考慮到基站機(jī)房的產(chǎn)權(quán)不是自有，穩(wěn)定性無法保證，且空間和電源條件有限，不建議作為C-RAN部署的機(jī)房。如所在區(qū)域有業(yè)務(wù)需求，且新建機(jī)房建設(shè)難度過大，可選擇的裝機(jī)位置不少于3個(gè)，物業(yè)關(guān)系穩(wěn)定，光纜進(jìn)出局方便，可長(zhǎng)期使用的基站機(jī)房作為補(bǔ)充部署C-RAN，建議集中DU數(shù)量不超過5個(gè)。

2 C-RAN部署的模式

根據(jù)C-RAN部署可選擇的機(jī)房類型、集中DU的數(shù)量、單機(jī)房覆蓋面積等條件，將部署模式分為大型集中部署、小型集中部署和分散部署3種，如表2所示。

表2 C-RAN機(jī)房選擇和部署模式

3種模式對(duì)應(yīng)機(jī)房位于傳送網(wǎng)的不同層級(jí)，前傳對(duì)應(yīng)傳送網(wǎng)的需求也不同。為解決前傳網(wǎng)絡(luò)的資源需求壓力，目前業(yè)內(nèi)有CPRI壓縮單芯雙向光纖直驅(qū)、有源波分WDM、無源彩光WDM 3種方案，其組網(wǎng)拓?fù)淙鐖D2所示，具體方案對(duì)比如表3所示。

圖2 前傳解決方案組網(wǎng)拓?fù)鋱D

表3 前傳解決方案對(duì)比

綜合成本和部署難易度等因素，在纖芯資源充足的情況下，采用光纖直驅(qū)模式；光纜資源緊張的區(qū)域，可以采用無源彩光WDM方案。有源WDM對(duì)部署要求和成本均較高，可作為少部分場(chǎng)景的補(bǔ)充，本文中主要對(duì)光纖直驅(qū)和無源彩光WDM 2種方案進(jìn)行分析。

大型集中化部署模式下，DU池位于骨干/普通匯聚機(jī)房，前傳有3種場(chǎng)景（見圖3）。

場(chǎng)景①無源波分部署在分纖點(diǎn)，收斂附近AAU上聯(lián)纖芯的需求，通過主干光纜環(huán)上聯(lián)至DU池。

場(chǎng)景②無源波分部署在物業(yè)點(diǎn)或小區(qū)內(nèi)，收斂AAU上聯(lián)纖芯的需求，通過主干光纜上聯(lián)至DU池。

場(chǎng)景③光纖直驅(qū)：AAU數(shù)量較少（＜3個(gè)），占用主干光纜纖芯少于6芯，且主干光纜纖芯資源充足，采用光纖直驅(qū)模式。

小型集中化部署模式下，DU池位于業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房，前傳的3種模式與大型集中化部署場(chǎng)景類似，但進(jìn)一步減少了對(duì)主干光纜環(huán)的纖芯需求，如圖4所示。

圖3 大型化集中模式示意圖

分散部署模式下，DU池位于條件較好的基站機(jī)房，前傳有2種場(chǎng)景，目前已在室分和微站的建設(shè)中應(yīng)用，以光纖直驅(qū)模式為主，無源波分為輔，對(duì)光纜網(wǎng)的纖芯需求最小。在該模式下，需要新建部分聯(lián)絡(luò)光纜將基站光纜和光纜網(wǎng)的分纖點(diǎn)進(jìn)行溝通，并將DU池基站作為城域光纜網(wǎng)的分纖點(diǎn)，如圖5所示。

3 面向5G C-RAN城域傳送網(wǎng)的演進(jìn)策略

3.1 城域光纜網(wǎng)演進(jìn)策略

3.1.1 結(jié)合綜合業(yè)務(wù)區(qū)微網(wǎng)格進(jìn)行C-RAN區(qū)的規(guī)劃

圖4 小型化集中模式示意圖

目前某運(yùn)營(yíng)商城域光纜網(wǎng)規(guī)劃的總體思路為：形成以分纖點(diǎn)為中心的微格化業(yè)務(wù)接入模式和點(diǎn)（分纖點(diǎn)）、線（主干/末端接入光纜）、面（綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)架構(gòu)）相結(jié)合的三位一體接入能力，實(shí)現(xiàn)2G/3G/4G基站、集客專線、家庭寬帶、WLAN在內(nèi)的所有業(yè)務(wù)在“一張光纜網(wǎng)”的統(tǒng)一承載。

圖5 分散部署模式示意圖

如采用大型和小型集中模式部署，光纜網(wǎng)的目標(biāo)架構(gòu)和C-RAN的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)比較類似。在光纜網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)中需要結(jié)合C-RAN機(jī)房規(guī)劃和光纜網(wǎng)微網(wǎng)格的劃分，進(jìn)一步確定C-RAN區(qū)的規(guī)劃。C-RAN區(qū)的劃分要求每個(gè)分纖點(diǎn)唯一上聯(lián)歸屬于一個(gè)C-RAN機(jī)房，由歸屬于同一C-RAN機(jī)房的所有分纖點(diǎn)覆蓋的多個(gè)微網(wǎng)格共同組成C-RAN區(qū)（見圖6）。

3.1.2 結(jié)合C-RAN區(qū)進(jìn)行光纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

圖6 微網(wǎng)格、C-RAN區(qū)和綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖

在明確了C-RAN區(qū)的規(guī)劃后，需要在分纖點(diǎn)的建設(shè)和光纜環(huán)網(wǎng)架構(gòu)調(diào)整方面采取針對(duì)性的優(yōu)化措施，以滿足C-RAN部署的光纜資源需求。

分纖點(diǎn)的建設(shè)方面：需加大分纖點(diǎn)密度應(yīng)對(duì)站點(diǎn)加密需求以及5G超密集組網(wǎng)。需加大分纖點(diǎn)容量和主干光纜容量，應(yīng)對(duì)接入站點(diǎn)增加的需求。分纖點(diǎn)需滿足無源波分設(shè)備的安裝需求。

光纜環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)整方面：新建部分聯(lián)絡(luò)光纜，對(duì)現(xiàn)有光纜環(huán)進(jìn)行優(yōu)化，避免出現(xiàn)接入跨區(qū)。綜合接入?yún)^(qū)內(nèi)的主干光纜環(huán)，由環(huán)形雙跨為主的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化為同時(shí)支持雙跨和單節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)，如圖7所示。

圖7 光纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案示意圖

現(xiàn)狀：C-RAN區(qū)1內(nèi)的基站1、基站2的AAU上聯(lián)至機(jī)房2的DU池中，但基站3上聯(lián)機(jī)房2內(nèi)，導(dǎo)致同一個(gè)C-RAN區(qū)的基站歸屬不同的DU池，不符合C-RAN架構(gòu)的要求。

優(yōu)化后：通過新建聯(lián)絡(luò)光纜優(yōu)化原有光纜環(huán)結(jié)構(gòu)，基站1、基站2和基站3均可上聯(lián)至機(jī)房2的DU池，滿足C-RAN架構(gòu)要求。

3.2 城域傳送網(wǎng)演進(jìn)策略

5G承載需求取決于5G業(yè)務(wù)及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的變化。其中，5G業(yè)務(wù)需求直接影響傳送網(wǎng)的技術(shù)指標(biāo)，如帶寬、時(shí)延和時(shí)鐘精度等；而5G無線網(wǎng)和核心網(wǎng)的架構(gòu)變化則引發(fā)了相應(yīng)的傳送網(wǎng)架構(gòu)的變化，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能提出新要求，包括網(wǎng)絡(luò)切片、增強(qiáng)路由轉(zhuǎn)發(fā)功能等。

5G業(yè)務(wù)的高速率、超密集組網(wǎng)、低時(shí)延等特性，對(duì)傳送網(wǎng)提出了大容量、扁平化的要求，預(yù)計(jì)PTN網(wǎng)絡(luò)核心匯聚環(huán)網(wǎng)將向超T級(jí)組網(wǎng)發(fā)展，接入層將向50～100GE升級(jí)。OTN網(wǎng)絡(luò)超100G技術(shù)也不斷成熟，并將逐步下沉至接入層，來滿足網(wǎng)絡(luò)扁平化需求。

在當(dāng)前階段，筆者建議C-RAN的回傳組網(wǎng)應(yīng)基于C-RAN機(jī)房分布和主干光纜資源規(guī)劃新的接入層環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)C-RAN機(jī)房節(jié)點(diǎn)單獨(dú)組環(huán)。采用該方案，一方面可以滿足承載C-RAN的接入環(huán)路由安全性、容量等方面相比一般機(jī)組接入環(huán)更高的要求，另一方面方便后期對(duì)環(huán)網(wǎng)帶寬進(jìn)行擴(kuò)容和架構(gòu)優(yōu)化。環(huán)網(wǎng)容量初期不應(yīng)少于10GE，隨業(yè)務(wù)增長(zhǎng)可擴(kuò)容到50～100GE。近期可優(yōu)先完成基礎(chǔ)資源架構(gòu)調(diào)整，充分利用現(xiàn)網(wǎng)資源基于PTN系統(tǒng)擴(kuò)容滿足5G初期快速部署的需求，中后期面向5G C-RAN在不同層面部署CU/DU的需求，可采用切片分組網(wǎng)（SPN）組網(wǎng)，或同環(huán)結(jié)構(gòu)疊加OTN系統(tǒng)等方案，提供大帶寬、低時(shí)延、一跳直達(dá)的網(wǎng)絡(luò)能力，滿足網(wǎng)絡(luò)容量增長(zhǎng)和扁平化的要求（見圖8）。

圖8 傳送網(wǎng)演進(jìn)方案示意圖

4 結(jié)束語

關(guān)于5G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及面向5G的傳送網(wǎng)承載模式和演進(jìn)策略，目前業(yè)界仍在研究探討，但面向5G的C-RAN架構(gòu)已經(jīng)得到廣泛的接納。近期的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)仍然需要以機(jī)房、管線等基礎(chǔ)資源儲(chǔ)備和光纜網(wǎng)架構(gòu)調(diào)整為主。本文提出的僅是一種解決思路，隨著業(yè)界研究實(shí)踐的不斷深入，還需不斷豐富完善。