5G 環(huán)境下本地網(wǎng)光纜架構(gòu)及利用分析

錢永良 華夏郵電咨詢監(jiān)理有限公司 張嘯 華夏郵電咨詢監(jiān)理有限公司

關(guān)鍵字：5G 本地光纜架構(gòu) 利用分析

1 前言

本地傳送網(wǎng)絡(luò)中光通信占主導(dǎo)地位，本地光纜作為實現(xiàn)光通信的基礎(chǔ)載體，更是整個網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重中之重。本文從本地光纜架構(gòu)入手，分析本地光纜承載各業(yè)務(wù)的纖芯需求，并對5G 環(huán)境下業(yè)務(wù)發(fā)展做了展望和纖芯利用預(yù)測，輔以模型分析，得出5G 環(huán)境下本地光纜架構(gòu)和基本建設(shè)策略。

2 本地光纜架構(gòu)現(xiàn)狀

運營商本地光纜架構(gòu)基本分為核心層、匯聚層、接入主干和接入層光纜。

2.1 核心層光纜

核心層光纜通常為機房間直達光纜，以96/144 芯為主。主要承載核心局間業(yè)務(wù)設(shè)備和傳輸設(shè)備的連接。

2.2 匯聚層光纜

匯聚層光纜是指本地傳輸匯聚機房間以及匯聚機房與核心機房間的光纜，通常為直達光纜，以48-144 芯為主。主要承載匯聚機房傳輸設(shè)備間及至核心局傳輸設(shè)備的連接。

2.3 接入主干光纜

城區(qū)接入主干和縣鄉(xiāng)接入主干光纜。城區(qū)接入主干光纜是指連接匯聚機房、綜合業(yè)務(wù)接入機房和主干光交等節(jié)點間的光纜，以環(huán)形結(jié)構(gòu)和鏈型遞減結(jié)構(gòu)為主，覆蓋城區(qū)及業(yè)務(wù)量大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。環(huán)形結(jié)構(gòu)接入主干光纜各節(jié)點間芯數(shù)一致，以96-288 芯為主，拓?fù)涫疽庖妶D1。一般環(huán)長不超過10 公里、環(huán)上節(jié)點不超過5 個、采用部分纖芯共享+每節(jié)點部分纖芯獨享方式；鏈型遞減結(jié)構(gòu)各節(jié)點間芯數(shù)不一致，從局端至末端節(jié)點按照各節(jié)點下芯芯數(shù)依次遞減，以 24-72 芯為主，拓?fù)涫疽庖妶D2。

圖1 環(huán)形非遞減接入主干光纜示意圖

圖2 鏈形遞減接入主干光纜示意圖

縣鄉(xiāng)接入主干光纜是連接各鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合業(yè)務(wù)接入機房至縣城匯聚機房間的光纜，以24-48 芯為主。一般環(huán)長不超過200 公里、環(huán)上節(jié)點不超過10 個、采用部分纖芯鄉(xiāng)鎮(zhèn)直達+部分纖芯沿途進站方式建設(shè)。

2.4 接入層光纜

接入層光纜包含接入、戶線、配線、園區(qū)光纜等多類型，主要解決 “最后1 公里”入戶或各基層業(yè)務(wù)點、基站、接入光交業(yè)務(wù)接入。接入層光纜以樹狀結(jié)構(gòu)為主，以2-48 芯為主。

3 各類業(yè)務(wù)對本地光纜需求

3.1 傳統(tǒng)模式：

(1）移動業(yè)務(wù)。傳統(tǒng)模式下移動業(yè)務(wù)主要承載在本地傳輸網(wǎng)上，對本地光纜的需求主要為直放站、拉遠站的射頻拉遠單元（RRU）至上端站的基帶處理單元（BBU），所需光纜歸屬接入層光纜。非級聯(lián)單RRU 至BBU 的纖芯需求為2 芯。

(2)寬帶業(yè)務(wù)。用戶的光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）通過配線光纜接至OLT，OLT 通過本地光纜或傳輸網(wǎng)接至服務(wù)器（BRAS）。BRAS 設(shè)備安裝在核心機房或匯聚機房。寬帶業(yè)務(wù)本地光纜的需求分為OLT上行和OLT 下行。OLT上聯(lián)光纜需求為OLT 至BRAS，希需求為2 芯，所需光纜為接入層光纜、接入主干光纜；OLT 下聯(lián)光纜需求為OLT至ONU 間，具體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓斠妶D3，單PON 口至一級分光器纖芯需求為1 芯，所需光纜屬接入主干光纜；一、二級分光器間纖芯需求為1 芯×一級分光器分光比，所需光纜歸屬接入層光纜中配線光纜；二級分光器至ONU 間纖芯需求為1 芯×二級分光比，所需光纜歸于接入層光纜。

圖3 OLT 下行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

(3）大客戶業(yè)務(wù)。大客戶業(yè)務(wù)分為語音接入、互聯(lián)網(wǎng)接入、裸纖出租等模式。其中，裸纖出租業(yè)務(wù)主要承載于本地光纜上，所需纖芯需求為2 芯×業(yè)務(wù)接入點數(shù)；語音接入和互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務(wù)通常承載于本地傳輸設(shè)備上，纖芯需求只有客戶側(cè)設(shè)備至上端站設(shè)備，纖芯需求為2 芯×傳輸設(shè)備數(shù)量。大客戶業(yè)務(wù)所需光纜多數(shù)屬于接入層光纜。

(4）本地傳輸系統(tǒng)。本地傳輸系統(tǒng)以光傳送設(shè)備為主。目前運營商主流的本地傳輸網(wǎng)絡(luò)有同步數(shù)字體系（SDH），分組傳送網(wǎng)和波分復(fù)用（WDM）/光傳送網(wǎng)（OTN）三種。

a）SDH/MSTP：以帶寬高、交叉容量大、接口類型豐富、組網(wǎng)靈活和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的特點迅速成為2G 環(huán)境下主流傳送網(wǎng)絡(luò)。本地網(wǎng)絡(luò)主要分為核心、匯聚和接入，承載于本地光纜中的核心層、匯聚層和接入層光纜。每端設(shè)備所需纖芯數(shù)為2 芯×使用光口數(shù)。

b）分組傳送網(wǎng)：3G 中后期，分組傳送網(wǎng)在繼承了SDH/MSTP幾乎所有優(yōu)點并解決了SDH/MSTP 固有缺陷的前提下，成為了3G/4G 環(huán)境下的本地網(wǎng)承載的傳輸網(wǎng)絡(luò)。本地分組傳送網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層級、纖芯需求和對應(yīng)本地光纜承載方式幾乎一致。

c）WDM/OTN：WDM 目前各運營商本地WDM/OTN 網(wǎng)絡(luò)主要建設(shè)在核心機房、匯聚機房、綜合業(yè)務(wù)接入機房，因此對接入層光纜幾乎沒有需求，主要需求集中在核心層、匯聚層和接入主干光纜，單端設(shè)備的纖芯需求為2 芯×光路方向。

3.2 5G 環(huán)境下

5G 將利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）、內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN）等前沿技術(shù)，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)、自組織或自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)等以往各代通信技術(shù)無法實現(xiàn)或不能完全實現(xiàn)的功能，向用戶提供更大的帶寬、更低的時延、更高的速率和更可靠的連接。

(1）移動業(yè)務(wù)。5G 環(huán)境下， 2G設(shè)備退網(wǎng)，語音業(yè)務(wù)承載于3G設(shè)備，因此對于現(xiàn)網(wǎng)站點疊加5G 設(shè)備的情況，所需的本站至上端站的纖芯數(shù)量和現(xiàn)網(wǎng)纖芯數(shù)量一致。但是，5G 環(huán)境下BBU 的池組化進程會繼續(xù)加速進行，對本地傳輸設(shè)備的帶寬需求也會增長。

(2）寬帶業(yè)務(wù)。5G 環(huán)境下，OLT 將承載更多的業(yè)務(wù)。除寬帶業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)外，部分移動基站業(yè)務(wù)也會通過OLT 承載，并且5G 環(huán)境下寬帶和IPTV 用戶的高帶寬帶來OLT上行容量的擴容，從而影響OLT上行纖芯需求。用戶高帶寬會影響現(xiàn)有OLT 下行光纜結(jié)構(gòu)調(diào)整，現(xiàn)階段的兩級分光模式會簡化為一級分光模式，導(dǎo)致OLT 至分光器間的配線光纜建設(shè)需求急劇減少。

BRAS 設(shè)備會下沉至匯聚機房，由此帶來匯聚機房至核心機房的匯聚層纖芯需求會降低。

(3）大客戶業(yè)務(wù)。大客戶業(yè)務(wù)除保持現(xiàn)有業(yè)務(wù)外，固移融合的客戶業(yè)務(wù)、智慧園區(qū)等綜合性客戶業(yè)務(wù)會增加業(yè)務(wù)占比。此類業(yè)務(wù)對接入光纜需求較大，而園區(qū)/小區(qū)內(nèi)部的配線光纜和戶線光纜纖芯需求則和普通區(qū)域的纖芯需求一致。同時，在5G 初期，考慮到升級的傳輸設(shè)備價格會高于纖芯價格，承載于光纜的客戶數(shù)量會有一定的持續(xù)增長。到5G 中期，本地傳輸設(shè)備價格回落后，承載于光纜的客戶數(shù)量則會有下降。

利用SDN 和網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，本地網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)自適應(yīng)或自組織網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，這樣會造成傳統(tǒng)模式下安裝于核心機房的大客戶局端設(shè)備下沉至客戶側(cè)機房，縮短跳纖路徑，減少纖芯需求。

(4）本地傳輸系統(tǒng)

a）SDH/MSTP：4G 時期，各運營商均控制本地傳輸網(wǎng)中SDH/MSTP 網(wǎng)建設(shè)的速度?？紤]到SDH/MSTP 網(wǎng)對滿足GE 以下小顆粒電路需求的適應(yīng)性和現(xiàn)網(wǎng)對同步傳輸模塊（STM-N）支持的唯一性，在5G 時期SDH/MSTP 網(wǎng)還是有一定的生命力。

b）分組傳送網(wǎng)：5G 環(huán)境下，現(xiàn)網(wǎng)分組設(shè)備不能支撐大容量、高速率的業(yè)務(wù)，分組傳送網(wǎng)面臨的將是隨業(yè)務(wù)全面升級替換現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備對本地光纜的巨大需求。由于傳輸設(shè)備建設(shè)的特殊性，采用先建設(shè)再替換的方式，因此在新分組傳送設(shè)備建設(shè)期，對光纜的纖芯需求將是分組設(shè)備所占纖芯數(shù)量的2 倍。

c）WDM/OTN：目前，400Gb/s OTN 系統(tǒng)已在實驗階段，5G時期會商用。5G環(huán)境下，本地WDM/OTN網(wǎng)面臨的問題有以下兩個：1. 現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備替換為400G OTN 設(shè)備 2.OTN 設(shè)備下沉，5G 時期OTN設(shè)備會下沉至綜合業(yè)務(wù)接入機房，建設(shè)期會造成纖芯需求增長。

4 5G 環(huán)境下本地光纜架構(gòu)建設(shè)策略

5G 環(huán)境未給本地傳送網(wǎng)帶來結(jié)構(gòu)上的調(diào)整，對應(yīng)的本地光纜架構(gòu)也應(yīng)和現(xiàn)階段一致，只是在各層級光纜建設(shè)策略上有調(diào)整。

4.1 核心層光纜

5G 環(huán)境下業(yè)務(wù)發(fā)展對核心層光纜需求變動，核心層光纜應(yīng)沿用現(xiàn)有建設(shè)策略和方式進行建設(shè)。

4.2 匯聚層光纜

5G 環(huán)境下核心機房設(shè)備下沉至匯聚機房，匯聚機房至核心機房間纖芯需求減少，考慮到匯聚機房機房條件、裝機位置、故障響應(yīng)速度和維護難度均劣于核心機房，因此下沉的客戶局端設(shè)備數(shù)量不會造成匯聚機房至核心機房光纜芯數(shù)大量變化。

4.3 接入主干光纜

5G 環(huán)境下業(yè)務(wù)發(fā)展造成匯聚機房和綜合業(yè)務(wù)機房設(shè)備數(shù)增多，接入主干光纜的纖芯需求也會相應(yīng)增大。因此：

（1）城區(qū)接入主干建設(shè)策略為盡量按環(huán)形建設(shè)。5G 環(huán)境下，有BRAS 或其他局端設(shè)備下沉的匯聚機房、綜合業(yè)務(wù)接入機房所在城區(qū)接入主干光纜環(huán)路降低環(huán)路長度、減少環(huán)上節(jié)點數(shù)量，用以保證匯聚機房、綜合業(yè)務(wù)接入機房纖芯充足。

（2）5G 環(huán)境下，OTN 設(shè)備會下沉至鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合業(yè)務(wù)接入機房，縣鄉(xiāng)光纜纖芯的需求增長。但縣鄉(xiāng)光纜普遍路由較少，且需環(huán)回至縣城，不能簡單地裂環(huán)或改造。仍按現(xiàn)有策略和建設(shè)方式進行建設(shè)，但需增加鄉(xiāng)鎮(zhèn)直達芯數(shù)的比例。

4.4 接入層光纜

5G環(huán)境下接入層光纜在綜合考量投資收益、站點類型、機房條件、用戶規(guī)模等條件的前提下合理規(guī)劃光纜芯數(shù)。5G 初期選擇大芯數(shù)光纜，中后期可按需選擇。

結(jié)束語

光纜作為通信網(wǎng)絡(luò)的“骨骼”，在各個時代都是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的先決條件。5G 環(huán)境下，隨著各類傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的發(fā)展和新業(yè)務(wù)的興起，合理規(guī)劃光纜架構(gòu)和選擇光纜芯數(shù)的意義將會越來越大，是運營商盈利不可或缺的基礎(chǔ)。