適應(yīng)5G業(yè)務(wù)發(fā)展的接入光纜網(wǎng)規(guī)劃原則

周子義，楊 洋（.湖南省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司，湖南長沙406；.中國電信股份有限公司湖南分公司，湖南長沙400）

0 前言

5G建設(shè)已經(jīng)迫在眉睫，如果把5G基站視為“兵馬”，那接入光纜網(wǎng)就是“糧草”，提前做好接入光纜網(wǎng)規(guī)劃顯得尤為重要。5G技術(shù)特點對移動基站分布密度提出了更高的要求，如何適應(yīng)新業(yè)務(wù)發(fā)展需要，這為接入光纜網(wǎng)規(guī)劃提出了新的課題。

1 接入光纜網(wǎng)構(gòu)架及分層原則

1.1 接入光纜網(wǎng)構(gòu)架原則

接入網(wǎng)由業(yè)務(wù)節(jié)點接口（SUI）和用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）之間的一系列傳送實體組成，接入光纜網(wǎng)就是連接SUI和UNI之間面向所有信息通信客戶和上層業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的接入層基礎(chǔ)物理網(wǎng)絡(luò)。接入光纜網(wǎng)應(yīng)遵循統(tǒng)一規(guī)劃、分期建設(shè)的原則，“網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相當(dāng)穩(wěn)定，能適應(yīng)新業(yè)務(wù)發(fā)展”是接入光纜規(guī)劃的目標(biāo)。

根據(jù)承載的業(yè)務(wù)劃分，接入光纜網(wǎng)可分為公眾接入網(wǎng)（主要針對家庭用戶和一般政企用戶）、政企接入網(wǎng)（主要針對重要政企用戶）和基站接入網(wǎng)，現(xiàn)階段部分通信運營商還是采取分別組網(wǎng)的方式（見圖1）。這種按業(yè)務(wù)獨立組網(wǎng)的方式，容易造成纖芯分布不均且不易調(diào)配，光纜利用率非常低。

圖1 接入光纜網(wǎng)現(xiàn)狀圖

根據(jù)5G業(yè)務(wù)的特點，為達(dá)到覆蓋效果，相比4G而言，5G基站將會非常密集，并且成均勻分布趨勢。5G基站越來越靠近用戶，與家庭用戶分布特點類似，為了充分利用光纖資源，可以將上述3個相對獨立的接入光纜網(wǎng)進(jìn)行整合，采取綜合接入方式（見圖2）。綜合接入方式就是劃定一個全業(yè)務(wù)綜合接入?yún)^(qū)，在該接入?yún)^(qū)內(nèi)統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)接入光纜網(wǎng)，通過靈活跳纖的方式承載所有業(yè)務(wù)接入（見圖3）。接入?yún)^(qū)內(nèi)一般設(shè)置一個綜合接入點（全業(yè)務(wù)綜合機房）。接入?yún)^(qū)根據(jù)道路和地形組建多個主干光纜環(huán)，在主干光纜環(huán)上設(shè)置多個主干光節(jié)點（主干光交），每個主干光節(jié)點覆蓋一定的片區(qū)，相鄰片區(qū)之間實現(xiàn)不重疊無盲區(qū)覆蓋。在片區(qū)內(nèi)設(shè)置多個配線光節(jié)點（配線光交），配線光節(jié)點覆蓋相應(yīng)小區(qū)（居住小區(qū)或重要政企駐地），負(fù)責(zé)收容本小區(qū)內(nèi)的所有業(yè)務(wù)，從而在一個綜合接入?yún)^(qū)內(nèi)實現(xiàn)全業(yè)務(wù)承載。

1.2 接入光纜網(wǎng)分層原則

圖2 接入光纜網(wǎng)規(guī)劃圖

根據(jù)業(yè)務(wù)類型不同接入光纜網(wǎng)可以分為2層或3層，根據(jù)用戶特點和需求，采取分層次接入方式（見圖3）。2層結(jié)構(gòu)包括主干層（主干光節(jié)點、主干饋線光纜）和配線層（配線光節(jié)點、配線光纜），3層結(jié)構(gòu)包括主干層、配線層和引入層（引入光節(jié)點、引入光纜），其中主干光纜以環(huán)型結(jié)構(gòu)為主，配線光纜結(jié)構(gòu)根據(jù)不同業(yè)務(wù)分為星型、樹型和環(huán)型3種，引入光纜以星型和樹型結(jié)構(gòu)為主，個別重點用戶也可以采用環(huán)型結(jié)構(gòu)組網(wǎng)。不同用戶分層結(jié)構(gòu)詳見表1。

表1 接入光纜網(wǎng)層次劃分表

根據(jù)業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、組網(wǎng)方式和安全性要求不同，建議重要政企部門和室外基站等業(yè)務(wù)采取2層接入方式，直接通過配線光纜接入；對于家庭用戶、普通企業(yè)、營業(yè)網(wǎng)點等客戶，建議采取3層接入方式，即通過引入光纜接入；室內(nèi)分布系統(tǒng)根據(jù)其密集覆蓋的特點，建議就近接入配線光節(jié)點，即也采取3層接入方式。

圖3 全業(yè)務(wù)承載和分層次接入示意圖

2 接入光纜網(wǎng)規(guī)劃思路

接入光纜網(wǎng)規(guī)劃主要是對“點”“線”“面”3者進(jìn)行統(tǒng)一部署，“點”是指綜合接入點、主干光節(jié)點、配線光節(jié)點和引入光節(jié)點，“線”是指主干光纜環(huán)、配線光纜和引入光纜，“面”是指綜合接入?yún)^(qū)、片區(qū)和小區(qū)。

接入光纜網(wǎng)整體規(guī)劃思路是“面”→“點”→“線”，其中重點是規(guī)劃確定綜合接入?yún)^(qū)、主干光節(jié)點和主干光纜環(huán)。

2.1 綜合接入?yún)^(qū)

根據(jù)接入方式分析，業(yè)務(wù)以PON接入方式為主。有關(guān)綜合接入?yún)^(qū)合理覆蓋面積可以參照《光纖接入網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計手冊》和《接入光纜與ODN網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法》等資料，按最經(jīng)濟(jì)OLT覆蓋理論半徑進(jìn)行測算，詳細(xì)計算方法本文因篇幅所限免于累述，具體結(jié)論可參照表2。

表2 綜合接入點覆蓋面積分析表

對現(xiàn)有已覆蓋綜合接入?yún)^(qū)，根據(jù)運營商現(xiàn)有局所分布，結(jié)合地形、道路和現(xiàn)有通信資源等因素綜合劃定，對不合理的接入?yún)^(qū)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，對于新開發(fā)區(qū)，接入?yún)^(qū)初期可暫按3 000戶/km2進(jìn)行區(qū)域覆蓋，后期根據(jù)用戶密度提升情況再進(jìn)行分割。在確定接入?yún)^(qū)時應(yīng)綜合考慮道路（或規(guī)劃道路）和現(xiàn)有資源的分布情況，便于主干光纜環(huán)的建設(shè)。

根據(jù)道路和地形將綜合接入?yún)^(qū)劃分為若干個獨立的片區(qū)，各片區(qū)需考慮主干光纜能到達(dá)和便于主干光節(jié)點的設(shè)置等因素。片區(qū)再劃分為若干個小區(qū)，每相鄰小區(qū)之間需無縫覆蓋。

2.2 光節(jié)點

2.2.1 主干光節(jié)點

主干光節(jié)點需盡可能設(shè)置在片區(qū)的中心位置，并便于線纜進(jìn)出。主干光節(jié)點所覆蓋片區(qū)面積不宜過大，覆蓋半徑300～800 m，交接容量不宜超過576芯，一般覆蓋5～9個配線光節(jié)點。

2.2.2 配線光節(jié)點

配線光節(jié)點需盡可能設(shè)置在小區(qū)的中心位置，并便于線纜進(jìn)出，覆蓋半徑100～300 m，交接容量不宜超過288芯。

2.2.3 引入光節(jié)點

引入光節(jié)點直接接入用戶，一般設(shè)置在相應(yīng)樓層或引入點，接入容量不宜超過24芯。

2.3 主干光纜環(huán)

綜合接入?yún)^(qū)確定后，根據(jù)道路和通信管道資源情況綜合規(guī)劃主干光纜環(huán)路由，主干光纜可以采取分批建設(shè)的模式，不具備建設(shè)條件的主干光纜可適當(dāng)延后，但主干光纜纖芯需按中長期規(guī)劃容量進(jìn)行規(guī)劃和建設(shè)。

主干光纜纖芯的確定需綜合考慮業(yè)務(wù)傳輸類型，纖芯可按獨享纖芯、共享纖芯和預(yù)留纖芯進(jìn)行分配。共享纖芯和預(yù)留纖芯建議分配12～24芯，每個主干光節(jié)點的獨享纖芯需考慮線纜收斂比（主干∶配線=1∶1.2～1.5）并整合為12倍數(shù)的纖芯。

主干光纜環(huán)上接入的主干光節(jié)點以2～4個為宜，主干光纜纖芯配置在144～300芯為宜。

3 業(yè)務(wù)和接入方式分析

3.1 5G新業(yè)務(wù)接入方式分析

根據(jù)技術(shù)研究，三大通信營運商一致認(rèn)為波分復(fù)用型無源光網(wǎng)絡(luò)（WDMPON）接入技術(shù)將成為5G前傳承載主流技術(shù)。PON按信號分配方式可分為功率分割型無源光網(wǎng)絡(luò)（PSPON）和WDMPON。目前EPON、GPON均屬于PSPON，PSPON采用星型耦合器分路，上行、下行傳送采用TDMA/TDM方式，實現(xiàn)共享信道帶寬，分路器通過功率分配將OLT發(fā)出的信號分配到各個ONU上。WDMPON則是將波分復(fù)用技術(shù)運用在PON中，光分路器（OBD）通過識別OLT發(fā)出來的各種波長，將信號分配到各路ONU。

采用WDMPON技術(shù)承載5G前傳業(yè)務(wù)時，可以將OBD放置在配線光節(jié)點（或主干光節(jié)點），向下直連AAU/RRU，向上經(jīng)主干光纜直連OLT。

3.2 主要承載的業(yè)務(wù)和接入方式

按用戶類別進(jìn)行劃分，接入光纜網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)主要包括如下3種。

a）家庭業(yè)務(wù)。家庭業(yè)務(wù)主要包括固定語音、上網(wǎng)和視頻業(yè)務(wù)，一般采用PSPON+FTTH接入方式。

b）政企業(yè)務(wù)。家庭業(yè)務(wù)主要包括固定語音和上網(wǎng)業(yè)務(wù)，根據(jù)業(yè)務(wù)需要采用PSPON、MSTP、PTN、IPRAN、SDH、VPN等接入方式。

c）自營業(yè)務(wù)。自營業(yè)務(wù)主要包括運營商自身營業(yè)網(wǎng)點、移動基站和室內(nèi)分布系統(tǒng)等，根據(jù)組網(wǎng)技術(shù)和對網(wǎng)絡(luò)安全性要求不同可采取PSPON、IPRAN和WDMPON等接入方式。

4 需求分析和纖芯統(tǒng)計

4.1 配線光纜纖芯需求分析

在接入光纜網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)過程中，配線光纜連接主干光節(jié)點和配線光節(jié)點（或業(yè)務(wù)接入點），起到承上啟下的作用，主干光纜的纖芯數(shù)需依據(jù)配線光纜匯總而來，在有引入光纜的場景中也要通過線纜收斂到配線光纜，因此配線光纜纖芯需求量的統(tǒng)計非常重要。根據(jù)不同業(yè)務(wù)對纖芯需求進(jìn)行分析，具體詳見表3。

表3 配線光纜纖芯需求分析表

家庭業(yè)務(wù)一般采取PSPON接入方式，在綜合考慮實裝率（75%）、分光比（1∶50）和線纜收斂比（配線∶引入=1∶1.5～1∶2）情況下，配線光纜纖芯數(shù)按覆蓋住戶數(shù)的1%～2%統(tǒng)計。

政企業(yè)務(wù)和自營業(yè)務(wù)采取PSPON接入方式時，在考慮分光比（1∶16～1∶32）的情況下，配線光纜纖芯數(shù)按用戶接入點數(shù)量的3%～6%統(tǒng)計。

政企業(yè)務(wù)和自營業(yè)務(wù)采用非PON接入方式時，根據(jù)不同的傳輸方式（雙芯單向/雙芯雙向），配線光纜纖芯數(shù)按業(yè)務(wù)接入點數(shù)量的2～4倍統(tǒng)計。

自營業(yè)務(wù)采用WDMPON接入方式時，在考慮分波比（1∶20）和傳輸方式（單芯單向/單芯雙向）的情況下，配線光纜纖芯數(shù)按AAU/RRU數(shù)量的5%～10%統(tǒng)計。

4.2 用戶規(guī)劃數(shù)量統(tǒng)計

用戶規(guī)劃數(shù)量需按覆蓋區(qū)域內(nèi)規(guī)劃期末的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)估。

家庭用戶按FTTH考慮，采用PSPON接入方式，用戶數(shù)量按小區(qū)或區(qū)域內(nèi)覆蓋住宅數(shù)來統(tǒng)計。

當(dāng)政企用戶和自營業(yè)務(wù)采用PSPON接入方式時，根據(jù)客戶需求，按接入的信息點數(shù)量來統(tǒng)計。

當(dāng)政企用戶和自營業(yè)務(wù)采用非PON接入方式時，根據(jù)客戶接入的業(yè)務(wù)類型分別進(jìn)行統(tǒng)計。

相比4G頻段，5G頻段更高，頻譜越大衰減就越大，為了滿足信號覆蓋要求，必須通過增加大量的基站來彌補。根據(jù)測算，5G基站密度將是4G基站的2～3倍，5G站間距在城市中心區(qū)域為200～300 m，郊區(qū)為500～1 000 m，農(nóng)村為1 500～2 500 m。國際電信聯(lián)盟無線電通信局（ITU-R）定義了5G的3類典型業(yè)務(wù)場景：增強型移動寬帶（eMBB）、大規(guī)模機器類通信（mMTC）、超可靠低時延通信（uRLLC）。其中uRLLC業(yè)務(wù)對5G站址分布起主要約束作用，特別是為了滿足車聯(lián)網(wǎng)（自動駕駛）對信號覆蓋要求，城區(qū)街道和郊外主要道路上需做到無縫可視覆蓋，道路沿線200～300 m需設(shè)置一個5G基站。

5G基站、AAU/RRU數(shù)量和配線（或引入）光纜纖芯數(shù)需根據(jù)基站分布密度進(jìn)行測算，具體分析詳見表4。

表4 每平方公里內(nèi)5G基站及纖芯測算表

由表4可見，5G建設(shè)初期對接入光纜的纖芯需求主要集中在城市中心區(qū)域和主要道路。

5 規(guī)劃示例

5.1 規(guī)劃場景設(shè)置

該規(guī)劃示例場景在某城區(qū)，如圖4所示綜合接入?yún)^(qū)覆蓋面積為7 km2，相應(yīng)用戶分布密度詳見表5，各類用戶均勻分布，主干光纜路由上有可用管道資源。

5.2 規(guī)劃流程

5.2.1 統(tǒng)計配線光纜纖芯數(shù)

根據(jù)前文所述原則，本接入?yún)^(qū)規(guī)劃配線光纜纖芯數(shù)如表6所示，規(guī)劃纖芯按高配和低配的平均值，合計需要830芯。

5.2.2 確定主干光節(jié)點數(shù)

圖4 綜合接入?yún)^(qū)覆蓋圖

表5 相應(yīng)用戶分布密度

表6 配線光纜纖芯匯總表

主干光節(jié)點按覆蓋半徑500 m規(guī)劃，本接入?yún)^(qū)需設(shè)置9個主干光節(jié)點，每個主干光節(jié)點至少占用主干光纜92芯以上。

5.2.3 組建主干光纜環(huán)

本接入?yún)^(qū)根據(jù)道路的實際分布情況組建3個主干光纜環(huán)（見圖5），每個主干光纜環(huán)設(shè)置3個主干光節(jié)點，在適當(dāng)考慮12～24芯共享和預(yù)留纖芯后，每個主干光纜環(huán)需配置288～300芯。

圖5 主干光纜環(huán)路由圖

6 總結(jié)

接入光纜網(wǎng)規(guī)劃重點是規(guī)劃綜合接入?yún)^(qū)內(nèi)的主干光節(jié)點和主干光纜環(huán)，即選準(zhǔn)主干光節(jié)點的位置和容量，確定主干光纜環(huán)的路由和纖芯數(shù)。5G基站作為接入光纜網(wǎng)中一類用戶，只要在確定基站分布密度和對纖芯需求的情況下，接入光纜網(wǎng)的規(guī)劃工作也并不難。接入光纜網(wǎng)的規(guī)劃是一份長期的工作，經(jīng)常受管道資源和主干光節(jié)點選址等因素限制，主干光纜環(huán)可能無法一次布放到位，這需要規(guī)劃和建設(shè)部門持續(xù)推進(jìn)或靈活處理。