面向5G的傳送網(wǎng)承載方案研究

趙慶龍

（吉林吉大通信設(shè)計(jì)院股份有限公司，吉林 長春 130012）

0 引 言

與4G所使用的TD-LTE技術(shù)相比，5G對(duì)于承載網(wǎng)絡(luò)的要求更高，由于5G技術(shù)的超高帶寬和極低時(shí)延，要求承載5G移動(dòng)通信的承載網(wǎng)必須具備更高的穩(wěn)定性。過去適用于4G網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足5G更高要求的標(biāo)準(zhǔn)，必須推翻原有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，針對(duì)性設(shè)計(jì)一套適用于5G技術(shù)的承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。而在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)的作用機(jī)理和組網(wǎng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的剖析和重新編定[1]。

1 5G關(guān)于光傳送網(wǎng)的功能需求

針對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，光傳送網(wǎng)處于5G網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)平臺(tái)和控制平面之間是5G網(wǎng)絡(luò)信息傳遞的一個(gè)基本承載面，結(jié)合有關(guān)數(shù)據(jù)分析，可知5G網(wǎng)絡(luò)的主網(wǎng)功能和傳輸性能較上一代通信技術(shù)相比有了跨越式發(fā)展，其主網(wǎng)功能更加完善，傳輸性能更加強(qiáng)大，每秒能傳輸?shù)挠行畔?shù)據(jù)是過去的10倍，而且在信息傳輸過程中能保障極低時(shí)延，極大地拓寬移動(dòng)通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之間的連接。但為了滿足實(shí)際的使用需求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于5G網(wǎng)絡(luò)的承載面有了更高的要求，如果承載平臺(tái)自身無法達(dá)到如此高要求的標(biāo)準(zhǔn)，那么由此平臺(tái)所進(jìn)行的信息傳輸功能會(huì)有所下降。為了最大化發(fā)揮5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢，技術(shù)人員從5G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)帶寬承載功能到網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)再到光傳網(wǎng)特性修正多個(gè)方面進(jìn)行同步協(xié)調(diào)，目的是使5G通信網(wǎng)絡(luò)所處的光傳送網(wǎng)具有能支持5G技術(shù)的能力。5G光傳輸網(wǎng)在未來的推廣、使用過程中，要努力實(shí)現(xiàn)功能性的添加和完善，同時(shí)增加智能運(yùn)營模式，完善其性能挖掘硬件設(shè)施潛力，通過建立完善的基礎(chǔ)帶寬確保信息承載能力穩(wěn)定[2]。5G回傳網(wǎng)回傳過程如圖1所示。

圖1 5G回傳網(wǎng)回傳過程

2 中國移動(dòng)TD-LTE回傳網(wǎng)現(xiàn)狀

TD-LTE回傳網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖2所示?；貍骶W(wǎng)的核心設(shè)備一般會(huì)集中放置在省會(huì)城市，全網(wǎng)通過PTN進(jìn)行承載，城域傳送網(wǎng)一般按照三層架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，三層架構(gòu)分別為核心、匯聚及接入，接入及匯聚層使用的是環(huán)網(wǎng)架構(gòu)，核心層一般采用的是口字型組網(wǎng)。如果是同一廠家的設(shè)備，采取NNI方式進(jìn)行組網(wǎng)；如果是不同廠家的設(shè)備，采取UNI方式進(jìn)行對(duì)接。每個(gè)省的出口業(yè)務(wù)都是比較大的，所以一般在省干會(huì)采取口字型組網(wǎng)方式，以確?；貍鳂I(yè)務(wù)是安全的，因此省干平均會(huì)設(shè)置2個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別部署在兩個(gè)不同的地理位置。

3 5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)特性

與上一代通信技術(shù)相比，5G網(wǎng)絡(luò)更強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)帶寬意味著過去從文字到音頻再到視頻的轉(zhuǎn)變過程會(huì)再次發(fā)生，在未來社會(huì)發(fā)展中如何利用5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)更大體量的數(shù)據(jù)傳輸，成為改變社會(huì)發(fā)展模式的一個(gè)重要突破。過去從3G到4G的技術(shù)跨越，使得人們的生活習(xí)慣發(fā)生了徹底的顛覆，通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)終端的普及，實(shí)現(xiàn)了年輕人生活模式、學(xué)習(xí)模式、工作模式、交流模式和信息獲取模式的完全顛覆。在5G時(shí)代，更強(qiáng)的帶寬傳輸能力在人們的生活學(xué)習(xí)過程中體現(xiàn)較少，而在工業(yè)發(fā)展中具有極高的應(yīng)用價(jià)值。事實(shí)上，更高的上傳和下載速度并不是5G技術(shù)突破的重點(diǎn)，其與未來社會(huì)發(fā)展變革息息相關(guān)的特征恰恰體現(xiàn)在極低時(shí)延上。極低時(shí)延意味著過去由于遠(yuǎn)距離信息傳輸而造成的信息傳遞緩慢和操作滯后現(xiàn)象得到改善，在這樣的現(xiàn)實(shí)條件下，遠(yuǎn)程操控會(huì)越來越普及，在遠(yuǎn)程測量和安全設(shè)施監(jiān)控方面均有極大的應(yīng)用空間。另外，通過遠(yuǎn)程操控可以使得在4G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代就已經(jīng)開始嘗試的自動(dòng)駕駛技術(shù)得到更好的發(fā)展，在5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，信息傳輸速度和處理效率會(huì)大大提升，對(duì)于行駛車輛的信息收集和分析能在一瞬間全部完成，而極低時(shí)延則意味著這些信息能在極短的時(shí)間內(nèi)被信號(hào)接收系統(tǒng)接收、分析、處理，并以遠(yuǎn)程控制的方式作用于汽車行駛行為上。在工業(yè)發(fā)展中，5G技術(shù)為互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的搭建提供了有力的信息支持，更多的節(jié)點(diǎn)設(shè)備終端的加入會(huì)使物聯(lián)網(wǎng)的功能性得到進(jìn)一步完善?？傊?，5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵特征在于極高的熱點(diǎn)容量和極低的時(shí)延，同時(shí)具備連續(xù)廣域覆蓋和低能耗等特點(diǎn)[3]。我國5G發(fā)展布局如圖3所示。

圖2 TD-LTE回傳網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

圖3 我國5G發(fā)展布局

5G關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)分別包括用戶體驗(yàn)速率、連接數(shù)密度、端到端時(shí)延、流動(dòng)性、流量密度和用戶峰值速率。其中，用戶體驗(yàn)速率是指在正常網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，用戶使用網(wǎng)絡(luò)時(shí)能獲取的最低傳輸速度，在5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，這個(gè)速度被定義在100 Mb/s～1 Gb/s。連接數(shù)密度是指單位面積上支持連接的在線設(shè)備總和，在5G網(wǎng)絡(luò)中這一數(shù)量級(jí)能達(dá)到百萬級(jí)別。端到端時(shí)延是指數(shù)據(jù)包從節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)侥康牡氐墓?jié)點(diǎn)所使用的接收時(shí)間，在5G網(wǎng)絡(luò)中這一時(shí)間以毫秒作為單位。流動(dòng)性是指在滿足性能要求的情況下，接收和發(fā)送信息雙方的最大相對(duì)移動(dòng)速度，在5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，這一速度可以達(dá)到500 km/h以上。流量密度是指單位面積區(qū)域內(nèi)的總流量，該流量象征該區(qū)域在單位時(shí)間內(nèi)能承擔(dān)的全部網(wǎng)絡(luò)信息傳遞功能總和，而這一密度在5G通信網(wǎng)絡(luò)中可以達(dá)到數(shù)十太比特。用戶峰值速率是指單個(gè)用戶在使用過程中能獲取的最高傳輸速率，一般實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明可以達(dá)到數(shù)十吉比特，是上一代通信技術(shù)的數(shù)十倍。

4 光傳送網(wǎng)發(fā)展

4.1 低時(shí)延和靈活性高性能方案的選擇和實(shí)現(xiàn)

端到端之間毫秒級(jí)的延遲速度是5G網(wǎng)絡(luò)一些基本功能的基礎(chǔ)保障，而靈活性參數(shù)又是5G網(wǎng)絡(luò)用戶日常使用中最為基礎(chǔ)的應(yīng)用屬性。光傳送網(wǎng)在長距離組網(wǎng)的時(shí)候主要延時(shí)是由物理光纖鏈路所帶來的，然而光纖鏈路時(shí)延長通常除了選取更為合理的物理鏈路路由之外，沒有其他的技術(shù)來解決該問題。所以，光傳送網(wǎng)降低時(shí)延的技術(shù)重點(diǎn)是聚焦在節(jié)點(diǎn)的處理上，其中最為關(guān)鍵的就是電層信號(hào)的處理問題，如FEC和DSP處理技術(shù)，因?yàn)檫@些技術(shù)的處理時(shí)延與傳輸性能呈反相關(guān)關(guān)系。

4.2 與其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與互通

5G網(wǎng)絡(luò)的承載網(wǎng)絡(luò)除光傳送網(wǎng)之外，還包含IP承載網(wǎng)以及建立在其他形式上（如無線承載）的承載網(wǎng)等。在實(shí)際的5G網(wǎng)絡(luò)承載中，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)于不同承載網(wǎng)組網(wǎng)性能的科學(xué)分配，并且保證網(wǎng)絡(luò)之間無障礙互通，仍然面臨許多問題，需要進(jìn)一步進(jìn)行研究。

5 前傳技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)

前傳是最靠近5G AAU天線的傳輸環(huán)節(jié)，雖然其帶寬需求并沒有回傳那么高，但是因?yàn)?G AAU數(shù)量龐大，導(dǎo)致5G前傳規(guī)模龐大，所以5G前傳對(duì)成本非常敏感。隨著5G規(guī)?；逃貌渴鸸?jié)奏的加速，如何選擇合適的前傳技術(shù)以滿足5G多業(yè)務(wù)差異化應(yīng)用需求至關(guān)重要。

從滿足前傳的需求層來看，WDM、OTN、WDMPON以及光纖直驅(qū)方案適用于Option 6和Option 7的場景中。此外，上述方案符合前傳的時(shí)延規(guī)定。但是，由于具體方案不同，所以時(shí)延性也是不同的，整體上看均在一個(gè)數(shù)量等級(jí)上。

從組網(wǎng)的靈活度來看，鏈型網(wǎng)或者多點(diǎn)組網(wǎng)中比較適合使用WDN-PON方案。在點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)及環(huán)形組網(wǎng)中，比較適合采用WDM或者OTN方案，同時(shí)支持多種類型的傳輸方式，并且能實(shí)現(xiàn)線路側(cè)的1+1保護(hù)，可以提高業(yè)務(wù)安全性。

6 結(jié) 論

5G網(wǎng)絡(luò)通信是近年來我國網(wǎng)絡(luò)通信行業(yè)的集大成之作，有效地提升了我國在世界網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域的地位，是一代又一代網(wǎng)絡(luò)通信人員經(jīng)過不懈的努力和長久的堅(jiān)持所獲得的偉大成果。但是，在5G通信技術(shù)承載系統(tǒng)的選擇中還面臨很多問題，需要研究人員根據(jù)具體的作用機(jī)理選擇最為合適的處理方案。