面向5G需求的本地傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)策略研究

楊青宏，王俊峰，方 明（.中訊郵電咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)院有限公司鄭州分公司，河南鄭州 450007；.中國(guó)聯(lián)通福建省分公司，福建福州 35000）

0 前言

5G三大類(lèi)典型場(chǎng)景，側(cè)重峰值速率、移動(dòng)性、連接數(shù)密度等技術(shù)指標(biāo)，隨著5G 大規(guī)模建設(shè)，將對(duì)現(xiàn)有傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)帶來(lái)新的影響。針對(duì)5G 站點(diǎn)接入方式對(duì)機(jī)房架構(gòu)、光纜資源和傳輸設(shè)備要求，本文結(jié)合中國(guó)聯(lián)通傳輸架構(gòu)基礎(chǔ)現(xiàn)狀，分析儲(chǔ)備策略和建設(shè)思路。

1 5G及DC化對(duì)傳輸架構(gòu)的需求

5G 網(wǎng)絡(luò)RAN 與LTE 網(wǎng)絡(luò)有較大架構(gòu)區(qū)別，分前傳、中傳及回傳3 部分。5G 前傳承載接口使用eCPRI標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)處理后單小區(qū)帶寬為10～25 G。熱門(mén)前傳承載方案以光纖直驅(qū)和WDM 技術(shù)為主，如圖1 所示。光纖直驅(qū)投資少，時(shí)延最低，且1 個(gè)AAU 需1 對(duì)光纖，現(xiàn)有24 芯接入模式基本滿(mǎn)足。纖芯需求壓力在主干光纜?？蛇x用波分解決纖芯不足問(wèn)題，但相應(yīng)產(chǎn)品技術(shù)不夠成熟，造價(jià)較高。據(jù)測(cè)算，3.5 GHz頻段的5G 站址密度比4G 站大20%，隨著5G 逐步覆蓋，機(jī)房光纜需求量會(huì)很大。

中傳承載速率為10G，綜合業(yè)務(wù)點(diǎn)帶寬30～40 G，匯聚環(huán)容量約100 G，核心環(huán)帶寬預(yù)計(jì)在100 G。后期5G和固網(wǎng)帶寬都會(huì)升至100G顆粒，且RAN、MEC及核心城域網(wǎng)的部署，均需要100 G 大容量UTN 設(shè)備?，F(xiàn)網(wǎng)的中傳和回傳承載采用SPN、PeOTN 等技術(shù)，流量的爆發(fā)增長(zhǎng)，導(dǎo)致對(duì)傳輸設(shè)備帶寬需求量加大。

圖1 5G前傳的承載方案

5G 網(wǎng)絡(luò)的云化部署使網(wǎng)絡(luò)也將由核心向邊緣逐步虛擬化，并逐步引入SDN 功能，實(shí)現(xiàn)智能化管理，同樣也會(huì)對(duì)通信機(jī)房的面積和電源提出新的需求。

未來(lái)隨著CRAN 的普及，考慮機(jī)房空間、電源、光纜管道資源承受能力，需要合理儲(chǔ)備資源，研究傳輸設(shè)備建設(shè)策略。下面以中國(guó)聯(lián)通傳輸規(guī)劃現(xiàn)狀，從機(jī)房架構(gòu)、光纜資源及傳輸設(shè)備3個(gè)方面分析。

2 傳輸架構(gòu)現(xiàn)狀及建設(shè)策略

2.1 機(jī)房架構(gòu)

結(jié)合中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃指導(dǎo)意見(jiàn)，機(jī)房架構(gòu)內(nèi)容主要分為業(yè)務(wù)區(qū)劃分和機(jī)房選取建設(shè)2 個(gè)部分，也是傳輸網(wǎng)絡(luò)重要的基礎(chǔ)資源。

2.1.1 區(qū)域劃分

圖2 區(qū)域劃分

中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃指導(dǎo)意見(jiàn)中，區(qū)域劃分包含關(guān)系如圖2 所示，可以看出，寬帶、集客和室分專(zhuān)業(yè)的樓宇劃分一般歸屬在綜合業(yè)務(wù)區(qū)內(nèi)。無(wú)線、傳輸、寬帶3個(gè)網(wǎng)絡(luò)隨著5G站點(diǎn)部署密度的增加，必然在接入層面融合統(tǒng)一。鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合業(yè)務(wù)區(qū)劃分，與無(wú)線在ABC 類(lèi)網(wǎng)格劃分中基本保持一致。而市區(qū)縣城綜合業(yè)務(wù)區(qū)劃分，隨著微網(wǎng)格細(xì)分，無(wú)線大網(wǎng)網(wǎng)格基本上同寬帶、集客和室分一樣，以樓宇為主的“面”覆蓋成為主要口碑場(chǎng)景。

三大網(wǎng)絡(luò)在區(qū)域劃分上，逐步向熱點(diǎn)、密集和重要區(qū)域進(jìn)行細(xì)分，對(duì)區(qū)域劃分建議如下。

a）匯聚區(qū)保持穩(wěn)定。

b）綜合業(yè)務(wù)區(qū)總體保持穩(wěn)定，允許綜合業(yè)務(wù)區(qū)分區(qū)邊界適當(dāng)優(yōu)化。

c）綜合業(yè)務(wù)區(qū)需分等級(jí)對(duì)待，對(duì)5G 網(wǎng)格/微網(wǎng)格場(chǎng)景提前部署的市區(qū)縣城綜合業(yè)務(wù)，分特別重要、重要、一般3個(gè)等級(jí)，尤其政企為主或口碑爭(zhēng)先的綜合業(yè)務(wù)區(qū)，重點(diǎn)保障該區(qū)域的接入光纜、主干光纜及管道、傳輸設(shè)備的優(yōu)先建設(shè)。

2.1.2 機(jī)房布局

中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃指導(dǎo)意見(jiàn)中，核心機(jī)房、匯聚機(jī)房和綜合業(yè)務(wù)接入機(jī)房選取需綜合考慮使用面積、蓄電池電源、開(kāi)關(guān)電源容量、外市電引入等條件。5G網(wǎng)絡(luò)中新增的設(shè)備場(chǎng)景適配機(jī)房類(lèi)型見(jiàn)表1。對(duì)于站址密集城區(qū)，需要適當(dāng)增加綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)目標(biāo)數(shù)量。而對(duì)于大型體育場(chǎng)館、高新科技公司集中的寫(xiě)字樓，還要考慮CU、MEC 下沉的可能性，新建或利舊綜合接入點(diǎn)。

由于5G 建設(shè)的應(yīng)用偏向于商務(wù)辦公寫(xiě)字樓等重要場(chǎng)景。在重要綜合業(yè)務(wù)區(qū)，若綜合機(jī)房覆蓋不足，一些室分樓宇機(jī)房也可以作為BBU/DU 小集中機(jī)房，條件較好的作為綜合接入機(jī)房。若無(wú)綜合接入機(jī)房，應(yīng)根據(jù)管道覆蓋情況及無(wú)線重點(diǎn)覆蓋場(chǎng)景，結(jié)合室分、集客和寬帶需求，新建部分時(shí)延要求較高或接近商務(wù)樓宇、寫(xiě)字樓、高校、工業(yè)區(qū)等業(yè)務(wù)量大的綜合接入機(jī)房，并提高機(jī)房面積及市電引入規(guī)模，以便后續(xù)大帶寬傳輸專(zhuān)線設(shè)備、邊緣計(jì)算及工業(yè)自動(dòng)化等快速布局。

表1 5G設(shè)備機(jī)房分布

隨著5G建設(shè)的來(lái)臨，空間、電源、外市電等問(wèn)題仍會(huì)逐步凸顯。對(duì)此建議：

a）形成以核心、匯聚、綜合接入機(jī)房、BBU/DU 小集中點(diǎn)為主的4層完善架構(gòu)。

b）新建類(lèi)。偏向3 個(gè)網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)場(chǎng)景，并向商務(wù)辦公區(qū)域傾斜，特別重要區(qū)域保證機(jī)房自有，并提高機(jī)房市電配套等級(jí)。

c）利舊類(lèi)。加快老舊設(shè)備騰退，擴(kuò)容引入市電，完善配套，并引入條件較好的小型機(jī)房充當(dāng)BBU/DU小集中機(jī)房。

2.2 光纜資源

中國(guó)聯(lián)通本地光纜網(wǎng)以分層、分區(qū)為主，其中核心匯聚光纜連接核心匯聚節(jié)點(diǎn)，高效直達(dá)；一二級(jí)主干光纜環(huán)覆蓋市區(qū)縣城；縣、鄉(xiāng)光纜基本連接鄉(xiāng)鎮(zhèn)節(jié)點(diǎn)。

隨著DRAN 模式向CRAN 模式的逐步轉(zhuǎn)變，接入類(lèi)光纜必將因5G站點(diǎn)及末端寬帶大客戶(hù)持續(xù)增加，變得繁雜混亂，管理無(wú)序。因此需要更加規(guī)范有序地建設(shè)，有利于維護(hù)管理，也減少后期不必要的投資。

2.2.1 接入末端一體化

根據(jù)中國(guó)聯(lián)通對(duì)樓宇接入光纜資源統(tǒng)一建設(shè)的要求，結(jié)合樓宇現(xiàn)狀及各專(zhuān)業(yè)需求，需統(tǒng)一部署垂直線纜。

從樓宇建設(shè)順序上來(lái)看，各個(gè)專(zhuān)業(yè)末端接入順序如下。

a）既有樓宇接入?yún)^(qū)域：寬帶、室分、集客不分先后均可實(shí)施建設(shè)。

b）新建樓宇接入?yún)^(qū)域：一般是寬帶專(zhuān)業(yè)隨樓宇建設(shè)進(jìn)度先納入滾動(dòng)規(guī)劃中，待樓宇建設(shè)施工完成，寬帶進(jìn)行覆蓋，室分和集客再按需引進(jìn)建設(shè)。

從樓宇屬性劃分上看，接入末端又以各個(gè)專(zhuān)業(yè)為主。

a）住宅類(lèi)的：一般以寬帶和室分接入為主。

b）非住宅類(lèi)的：寫(xiě)字樓及工業(yè)園區(qū)，三大網(wǎng)絡(luò)均需覆蓋。政企辦公樓覆蓋以室分和專(zhuān)線為主。高校覆蓋以寬帶和室分專(zhuān)業(yè)為主。

本節(jié)以寬帶分光接入模式分析，如圖3所示，其中OLT 設(shè)備和分光器之間一般以主干或配線光纜為主，分光器至用戶(hù)側(cè)一般以4 芯、6 芯和12 芯的小芯數(shù)接入層光纜為主，且末端接入光交光配也多在機(jī)房和弱電井。

根據(jù)寬帶的先行建設(shè)模式，總結(jié)末端接入光纜的建設(shè)思路如下。

a）寬帶建設(shè)同時(shí)要兼顧室分。大型樓宇一、二級(jí)分光在樓宇層內(nèi)，一、二級(jí)間主干光纜一般以小芯數(shù)為主。室分需每一樓層或隔層的RRU 拉遠(yuǎn)至某樓層集中器側(cè)，且因室分制式纖芯需求量大，5G 模式下纖芯量更多，因此室分樓宇內(nèi)至樓下光交主干纜纖芯一般24 芯以上。為能夠同時(shí)兼顧寬帶及小芯數(shù)專(zhuān)線接入，樓層內(nèi)主干纜應(yīng)保證48芯以上。隨樓宇內(nèi)寬帶用戶(hù)數(shù)規(guī)模增加，主干光纜芯數(shù)可以增加。樓層分光器位置可設(shè)置較大配線箱，形成星型結(jié)構(gòu)，同時(shí)兼顧室分和專(zhuān)線需求。各專(zhuān)業(yè)統(tǒng)一配線箱，合理分配箱內(nèi)模塊。主干光纜隨樓層高度逐級(jí)遞減分纖至配線箱。

b）寬帶建設(shè)同時(shí)要兼顧專(zhuān)線。對(duì)分散式場(chǎng)景，寬帶接入一、二級(jí)分光主要在樓宇外，尤其較大的場(chǎng)館、別墅、軟件園、工業(yè)園等分散性高密度區(qū)域，一般以線型接入為主。未來(lái)隨著云網(wǎng)一體化建設(shè)，末端用戶(hù)增加傳輸設(shè)備，利舊寬帶光纖資源即可改為以微型環(huán)為主，如圖4所示。寬帶的纖芯數(shù)末端接入纖芯數(shù)可在6芯以上保證寬帶接入同時(shí)，傳輸2 芯組網(wǎng)，集客1 芯接入。同時(shí)也能對(duì)5G下沉的傳輸設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，且環(huán)路主要以獨(dú)享形式分纖，減少接頭衰耗，并可以根據(jù)接入樓宇分布選擇光纜芯數(shù)。

圖3 寬帶典型分光方式

最終末端形成微星型和微環(huán)型結(jié)構(gòu)，并統(tǒng)一各個(gè)專(zhuān)業(yè)，最大程度減少纖芯浪費(fèi)。

2.2.2 配對(duì)光纜和主干環(huán)路布局

近年來(lái)，中國(guó)聯(lián)通的宏站和室分拉遠(yuǎn)比例逐步提升，CRAN 模式集中顯現(xiàn)，但仍有部分綜合業(yè)務(wù)機(jī)房其他站點(diǎn)無(wú)法接入，基站建設(shè)模式仍使用DRAN。

針對(duì)5G需求，除考慮改擴(kuò)建、騰退機(jī)房空間外，對(duì)于條件符合的綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)，也應(yīng)做好主干光纜與節(jié)點(diǎn)的銜接，實(shí)現(xiàn)每個(gè)綜合接入機(jī)房有2～3 個(gè)主干光交配對(duì)，90%以上的主干光交有配對(duì)的綜合接入機(jī)房。配對(duì)光纜提前建設(shè)能夠有效提升綜合接入機(jī)房與主干光交的銜接率，滿(mǎn)足5G的前傳承載需求。

據(jù)測(cè)算主干環(huán)路上單綜合接入點(diǎn)拉遠(yuǎn)10 個(gè)5G 移動(dòng)站點(diǎn)，平均單光交需21 芯，纖芯需求量大。除增加配對(duì)光纜建設(shè)，通過(guò)其跳纖盡少占用環(huán)路外，仍要擴(kuò)容環(huán)路容量，并對(duì)密集區(qū)域建設(shè)二級(jí)主干環(huán)路，緩解主干壓力。5G主干環(huán)路節(jié)點(diǎn)接入模式如圖5所示。

圖4 末端建設(shè)方式

圖5 主干光交與機(jī)房銜接示意

在配對(duì)光纜引流下，主干光纜環(huán)的剩余纖芯基本可滿(mǎn)足5G DU 集中及MEC 等低時(shí)延直達(dá)的纖芯需求。對(duì)24 芯接入光纜也需挖潛現(xiàn)有光纖資源能力，釋放3G/4G 拉遠(yuǎn)纖芯資源。無(wú)線專(zhuān)業(yè)也應(yīng)在DU 選型上盡量選擇AAU 拉遠(yuǎn)數(shù)量級(jí)別高的設(shè)備。同時(shí)，在加強(qiáng)城區(qū)主干光纜覆蓋基礎(chǔ)上，應(yīng)合理按需擴(kuò)容，減少管道資源占用及浪費(fèi)，提高投資效益。

2.3 傳輸設(shè)備類(lèi)

中國(guó)聯(lián)通預(yù)計(jì)將采用升級(jí)IPRAN over OTN 方案來(lái)滿(mǎn)足5G的需求。建議采用平滑演進(jìn)的技術(shù)，如靈活以太網(wǎng)（FlexE）、分段路由（SR）、軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN），從而保持現(xiàn)網(wǎng)最小的維護(hù)割接量，同時(shí)保證現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備最大性能發(fā)揮。5G 初期和穩(wěn)定期分組網(wǎng)的預(yù)部署結(jié)構(gòu)如圖6所示。

2.3.1 智能化、彈性化分組傳輸設(shè)備

2011 年以來(lái)，中國(guó)聯(lián)通在IPRAN 建設(shè)上，架構(gòu)清晰，覆蓋完善，基本滿(mǎn)足了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)回傳和大客戶(hù)等精品業(yè)務(wù)的承載。以福建聯(lián)通為例，全網(wǎng)有3 個(gè)廠家的分組設(shè)備，核心匯聚以上共計(jì)355端，存在各種型號(hào)和老舊混用、環(huán)路節(jié)點(diǎn)數(shù)量不合理等問(wèn)題，優(yōu)化建設(shè)策略如下。

a）升級(jí)及新建IPRAN 設(shè)備，支撐5G 回傳承載。核心匯聚層以擴(kuò)容為主，槽位不足時(shí)，優(yōu)先升級(jí)槽位接入能力，由100G 升級(jí)至200G 或400G，無(wú)法升級(jí)的進(jìn)行更新替換。嚴(yán)控低密度板卡采購(gòu)。接入層新建IPRAN2.0設(shè)備，按機(jī)房架構(gòu)合理組網(wǎng)。

b）捆綁端口，利舊資源。對(duì)匯聚層鏈路流量閾值較高的進(jìn)行擴(kuò)容，采用10GE 鏈路捆綁形式升級(jí)，超4個(gè)10GE時(shí)，擴(kuò)容到100GE端口。

c）SDN 及同步早部署，完成管理智能化。按需部署1588V2，引進(jìn)NCE，開(kāi)展SDN并盡早落地。

2.3.2 業(yè)務(wù)化、顆?；疧TN傳輸設(shè)備

5G 業(yè)務(wù)在承載網(wǎng)內(nèi)流向日趨多樣化，隨著中國(guó)聯(lián)通100G OTN 系統(tǒng)部署完善，利用OTN 設(shè)備支持ODUk/Packet/VC4 統(tǒng)一交換及多業(yè)務(wù)傳送，可以利舊MSTP 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)縫接合，統(tǒng)一管控。在承載IPRAN、城域網(wǎng)業(yè)務(wù)基礎(chǔ)上，隨著5G 網(wǎng)關(guān)、DC 化、MEC 增加，OTN 系統(tǒng)不僅要增加大帶寬的顆粒度，而且隨著政企業(yè)務(wù)的不斷繁榮，也要逐步增加分組以太網(wǎng)功能。對(duì)此建設(shè)策略如下。

a）100G OTN 系統(tǒng)：本地網(wǎng)全部引入100G OTN，滿(mǎn)足未來(lái)5G業(yè)務(wù)回傳需求及時(shí)間同步需求；重要城市核心節(jié)點(diǎn)配置ROADM 進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)度，開(kāi)展TSDN 試點(diǎn)，提升維護(hù)效率。

b）10G OTN 系統(tǒng)：挖潛10G OTN 資源，將騰退的板卡用于業(yè)務(wù)量小的縣城鄉(xiāng)鎮(zhèn)組網(wǎng)，提高投資效益，補(bǔ)充縣鄉(xiāng)波分系統(tǒng)。

c）啟用PE 功能：重點(diǎn)城市在100G OTN 開(kāi)通配置PeOTN 功能，以承載剛性管道專(zhuān)線業(yè)務(wù)、大顆粒以太網(wǎng)為主。根據(jù)業(yè)務(wù)量，在初期覆蓋大客戶(hù)業(yè)務(wù)較多的城區(qū)匯聚區(qū)，后期可結(jié)合業(yè)務(wù)發(fā)展情況向綜合接入機(jī)房延伸。對(duì)剛性管道以太網(wǎng)專(zhuān)線業(yè)務(wù)，一般采用透?jìng)鞣绞?。?duì)非剛性管道的以太網(wǎng)專(zhuān)線業(yè)務(wù)，可采用MPLS-TP協(xié)議或以太交換共享通道。

圖6 分組網(wǎng)規(guī)劃部署結(jié)構(gòu)

3 主要建設(shè)策略

5G及DC化多場(chǎng)景需求使傳輸架構(gòu)面臨著越來(lái)越多的挑戰(zhàn)。圖7為5G初期傳輸簡(jiǎn)易架構(gòu)。

圖7 5G初期傳輸簡(jiǎn)易架構(gòu)

a）在機(jī)房架構(gòu)方面：保持分區(qū)合理，綜合業(yè)務(wù)區(qū)分等級(jí)。擴(kuò)大新建機(jī)房的面積及引電規(guī)模，并偏向5G布局場(chǎng)景。

b）在光纜資源方面：對(duì)光纜的資源儲(chǔ)備提前進(jìn)行，主干環(huán)路適度擴(kuò)容。應(yīng)對(duì)全專(zhuān)業(yè)接入?yún)^(qū)域，打破傳統(tǒng)建設(shè)壁壘，努力實(shí)現(xiàn)接入末端一體化建設(shè)。

c）在傳輸設(shè)備方面：應(yīng)實(shí)現(xiàn)大小帶寬顆粒，軟硬結(jié)合靈活調(diào)度的智能化通道。

近2 年5G 即將大規(guī)模部署，傳輸架構(gòu)3 方面要結(jié)合考慮，聯(lián)動(dòng)分析，互為補(bǔ)充，應(yīng)對(duì)萬(wàn)物互聯(lián)的到來(lái)。

4 結(jié)束語(yǔ)

5G 前期以流量擴(kuò)容為主，前傳中傳逐步向25GE、50GE 及100GE 發(fā)展。后期SDN 全網(wǎng)形成規(guī)模，核心層以超400GE 組網(wǎng)，切片技術(shù)成熟，業(yè)務(wù)端到端全面開(kāi)通，最終實(shí)現(xiàn)5G的三大場(chǎng)景。由于5G應(yīng)用豐富，市場(chǎng)廣泛，業(yè)界都提供了多種傳輸解決方案。傳送網(wǎng)目前除準(zhǔn)備積累機(jī)房、管道、光纜、分纖點(diǎn)等基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)資源，更要循序漸進(jìn)，探索最合適、高效、低成本的組網(wǎng)策略，真正實(shí)現(xiàn)綠色5G。