5G網(wǎng)絡(luò)部署影響因素分析

王明東

摘 要：5G相比4G對網(wǎng)絡(luò)連接、帶寬、速率的提升達到空前的高度，滿足云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬增強現(xiàn)實等技術(shù)的飛速發(fā)展。5G的快速發(fā)展給運營商帶來了發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)。5G頻譜、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與4G網(wǎng)絡(luò)相比差異較大。傳統(tǒng)的部署模式已經(jīng)不能滿足5G的需求。本為了把握5G發(fā)展的先機，從核心網(wǎng)側(cè)到無線側(cè)對5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、設(shè)備形態(tài)進行深入研究，總結(jié)適用于運營商現(xiàn)網(wǎng)情況的5G網(wǎng)絡(luò)部署建議及部署前期需求準(zhǔn)備。

關(guān)鍵詞：5G；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)部署

1 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5G組網(wǎng)功能元素可以分為4個層次。中心級：以控制、管理和調(diào)度職能為核心，例如虛擬化功能編排、廣域數(shù)據(jù)中心互連和BOSS系統(tǒng)等，可按需部署于全國節(jié)點，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)總體的監(jiān)控和維護。匯聚級：主要包括控制面網(wǎng)絡(luò)功能，移動性管理、會話管理、用戶數(shù)據(jù)和策略等。按需部署于省分一級網(wǎng)絡(luò)。區(qū)域級：主要功能包括數(shù)據(jù)面網(wǎng)關(guān)功能，重點承載業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流，可部署于地（市）一級。移動邊緣計算功能、業(yè)務(wù)鏈功能和部分控制面網(wǎng)絡(luò)功能也可以下沉到這一級。接入級：包括無線接入網(wǎng)的CU和DU功能，CU可部署在回傳網(wǎng)絡(luò)的接入層或者匯聚層；DU部署在用戶近端。CU和DU間通過增強的低時延傳輸網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)多點協(xié)作化功能，支持分離或一體化站點的靈活組網(wǎng)。借助于模塊化的功能設(shè)計和高效的NFV/SDN平臺。在5G組網(wǎng)實現(xiàn)中，上述組網(wǎng)功能元素部署位置無需與實際地理位置嚴(yán)格綁定，可以根據(jù)每個運營商的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、業(yè)務(wù)需求、流量優(yōu)化、用戶體驗和傳輸成本等因素綜合考慮，對不同層級的功能加以靈活整合，實現(xiàn)多數(shù)據(jù)中心和跨地理區(qū)域的功能部署。

2 5G核心網(wǎng)側(cè)部署分析

5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計原則：實現(xiàn)“融合化”“輕量化”“開放化”的全新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。5G主要分為NSA與SA 2種組網(wǎng)模式。NSA組網(wǎng)架構(gòu)為4G+5G協(xié)同，可以利舊原有EPC，而SA組網(wǎng)架構(gòu)為新建5G機構(gòu)，需新建5G核心網(wǎng)。NSA具有一步規(guī)劃，分布實施，聚焦重點，投資可控的特點，使得NSA組網(wǎng)方成為首選。目前3GPP規(guī)定的NSA的組網(wǎng)方式有Option 3、Option 4、Option 7共3種。核心網(wǎng)側(cè)首選Op―tion 3對原有EPC進行改造實現(xiàn)5G。

EPC升級有3種路徑。路徑1：加速虛擬化，3年實現(xiàn)全網(wǎng)EPC虛擬化。升級融合4G的HSS與5G的UDM實現(xiàn)用戶簽約信息的存儲，4G的PCDF與5G的PCF實現(xiàn)QoS控制、額度管理、計費功能。新增SMF網(wǎng)元實現(xiàn)會話管理、UP選擇和控制，新增UPF網(wǎng)元實現(xiàn)數(shù)據(jù)報文路由、轉(zhuǎn)發(fā)、檢測及QoS處理功能。路徑2：融合網(wǎng)元去耦合，EPC升級支持私有接口，5G NGC維持現(xiàn)有各省廠商格局按需部署。升級融合4G的HSS與5G的UDM、4G的PCDF與5G的PCF。原EPC中PGW網(wǎng)元引入私有接口連接5G核心網(wǎng)的SMF與UPF網(wǎng)元。從而規(guī)避異廠家4G、5G互操作。路徑3：對于ATCA MME升級支持DECOR，具備識別5G NR接入用戶自動將用戶轉(zhuǎn)接到vEPC/NGC融合網(wǎng)元的能力，各省的NGC可僅與vEPC部分融合部署。

3 5G傳送側(cè)部署分析

5G傳送側(cè)架構(gòu)與4G有明顯區(qū)別，分為前傳、中傳、回傳3部分。前傳采用eCPRI接口，IQ信號經(jīng)有效采樣，分組化，距離1-2 km以內(nèi)，時延要求高，傳輸時延小于100μs；中傳的帶寬與回傳相當(dāng)，時延要求不高，小于3 ms；回傳距離在200 km之內(nèi)，時延與業(yè)務(wù)要求相關(guān)聯(lián)。5G傳送側(cè)前傳：AAU—DU，以光層傳輸技術(shù)為主；中傳DU—CU、回傳CU—核心網(wǎng)，可以采用同樣的傳輸技術(shù)：Pe-OTN技術(shù)、UTN技術(shù)、WDM技術(shù)。結(jié)合G省聯(lián)通的實際情況，5G的傳送側(cè)選用100G Pe-OTN技術(shù)，省市聯(lián)動，重構(gòu)OTN/MSTP網(wǎng)絡(luò)，適應(yīng)高帶寬、低時延的底層承載需求。

4 5G無線側(cè)部署分析

基站形態(tài)隨著基站架構(gòu)的演變經(jīng)歷了機柜式宏基站、分布式基站、多?；具@幾個階段。5G眾多低時延業(yè)務(wù)、高流量本地業(yè)務(wù)要求網(wǎng)關(guān)功能下移，網(wǎng)關(guān)數(shù)量會大大增加，而傳統(tǒng)網(wǎng)關(guān)CU耦合，配置管理復(fù)雜，轉(zhuǎn)發(fā)效率低，業(yè)務(wù)時延大。采用CUDU分離部署使得復(fù)雜控制邏輯與轉(zhuǎn)發(fā)分離，復(fù)雜控制邏輯與控制面功能融合集中部署，分布式轉(zhuǎn)發(fā)功能形成轉(zhuǎn)發(fā)模型支持可編程控制。CU是中央單元，負責(zé)處理高層協(xié)議功能并集中管理多個DU；DU是分布式接入點，負責(zé)完成部分底層基帶協(xié)議及射頻處理功能。CU、DU是邏輯功能實體，在5G基站設(shè)備實現(xiàn)中存在CU、DU分布在2個不同的設(shè)備實體上，也可能集中在1個設(shè)備實體上，這與4G設(shè)備存在顯著差異。同時5G設(shè)備將天面集成到AAU中，與獨立部署天面的4G設(shè)備相比設(shè)備更加簡化、部署更為靈活。

5G的設(shè)備參數(shù)導(dǎo)致5G部署在空間、動力、承重方面都面臨挑戰(zhàn)?？臻g方面主要是主設(shè)備放置的空間、備電蓄電池放置空間、天面架設(shè)物的空間。動力方面，CU/DU、AAU的典型功耗與現(xiàn)網(wǎng)4G設(shè)備的差異巨大，現(xiàn)網(wǎng)機房的供電都無法滿足當(dāng)前5G設(shè)備的需求；通過跟主設(shè)備廠家交流，預(yù)計AAU的功耗在后續(xù)的研發(fā)中能下降到1 000 W左右，CU/DU的典型功耗能下降到750 W左右，屆時機房的供電壓力將有所緩解。承重方面主要考慮主設(shè)備的承重、備電蓄電池的承重和天面的承重。通過對目前5G主設(shè)備形態(tài)的收集研究，結(jié)合G市現(xiàn)網(wǎng)的站址情況及其對5G設(shè)備的滿足度進行了分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)網(wǎng)站址對5G設(shè)備滿足度低，5G部署建議提前搶占天面資源以及做相應(yīng)的電源改造。

結(jié)束語

綜上所述，5G無線技術(shù)將促進網(wǎng)絡(luò)速度、容量、效率的提升，增加網(wǎng)絡(luò)的靈活性、智能化及開放程度。在ITU的報告中，5G明確支持增強移動寬帶（eMBB）、海量低功耗連接（mMTC）和低時延高可靠連接（uMTC）三大場景，三大場景中包含了多樣化、差異化的應(yīng)用。5G第1階段全功能標(biāo)準(zhǔn)化工作已經(jīng)完成，5G的商用已箭在弦上。

參考文獻

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