5G時(shí)代運(yùn)營(yíng)商高速網(wǎng)絡(luò)建設(shè)策略研究

楊自誠(chéng)，韓冰心，韓 彬，許學(xué)卿

（河南省信息咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究有限公司，河南 鄭州 450003）

1 通信行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，電信行業(yè)的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)收入增長(zhǎng)乏力，三大運(yùn)營(yíng)商均開展降本增效，壓降資本開支規(guī)模，同時(shí)持續(xù)實(shí)施提速降費(fèi)和攜號(hào)轉(zhuǎn)網(wǎng)等政策，驅(qū)使運(yùn)營(yíng)商加大力度推動(dòng)轉(zhuǎn)型升級(jí)戰(zhàn)略，向基于規(guī)模的價(jià)值經(jīng)營(yíng)加速轉(zhuǎn)變。

電信行業(yè)收入增速不斷下滑，與GDP增速增長(zhǎng)率差距量呈現(xiàn)拉大趨勢(shì)。運(yùn)營(yíng)商同時(shí)按照2019年《政府工作報(bào)告》明確提出的提速降費(fèi)具體要求，和工信部進(jìn)行有關(guān)部署，繼續(xù)聯(lián)合國(guó)資委開展專項(xiàng)行動(dòng)，推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)提速降費(fèi)，并在全國(guó)實(shí)行攜號(hào)轉(zhuǎn)網(wǎng)工作。

2 運(yùn)營(yíng)商的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型

5G的3大場(chǎng)景分階段推進(jìn)，在規(guī)劃期4G/5G將長(zhǎng)期共存，協(xié)同發(fā)展。5G網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)演進(jìn)的初期，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以NSA為主，終端以NSA/SA雙模為主，業(yè)務(wù)集中在ToC視頻類應(yīng)用，中期網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)逐步向SA演進(jìn)，邊緣計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)切片按需逐步部署，業(yè)務(wù)向ToB行業(yè)拓展，后期帶寬更大，時(shí)延更低，5G行業(yè)應(yīng)用規(guī)模增長(zhǎng)。

在5G網(wǎng)絡(luò)帶來網(wǎng)絡(luò)速率大幅提升和高清視頻、AR以及VR等大流量業(yè)務(wù)加速占據(jù)市場(chǎng)的雙重因素下，預(yù)計(jì)DOU仍將持續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2020年用戶平均DOU可能超過20G，其中5G用戶DOU為4G用戶DOU的4倍左右。綜合對(duì)比5G發(fā)展首年與次年的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、覆蓋程度、產(chǎn)業(yè)鏈以及終端情況，預(yù)計(jì)5G推出前3年用戶占比分別為5%、15%以及32%。結(jié)合4G和5G用戶DOU情況，預(yù)計(jì)2020年5G網(wǎng)絡(luò)承載移動(dòng)數(shù)據(jù)流量超過4G，從月度看，2021年底5G單月承載比例將超過4G。

在車聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等垂直行業(yè)領(lǐng)域，運(yùn)營(yíng)商通過與行業(yè)龍頭公司合作，提供5G網(wǎng)絡(luò)和云平臺(tái)服務(wù)，助力垂直行業(yè)智能化。此外，家庭寬帶由“百兆”向“千兆”邁進(jìn)，“云”與“網(wǎng)”全面融合。

3 運(yùn)營(yíng)商戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變

經(jīng)濟(jì)從高速增長(zhǎng)向高質(zhì)量發(fā)展加速轉(zhuǎn)變，信息技術(shù)從助力經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)動(dòng)力向引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心引擎加速轉(zhuǎn)變，基礎(chǔ)電信業(yè)務(wù)從規(guī)模經(jīng)營(yíng)向價(jià)值經(jīng)營(yíng)加速轉(zhuǎn)變。此類外部環(huán)境變化推動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提出“5G+”計(jì)劃。

4 建設(shè)高速穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)

建設(shè)高速穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)是運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型和戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)，規(guī)劃的目標(biāo)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。

4.1 4G/5G無線網(wǎng)協(xié)同策略容量協(xié)同

圖1 目標(biāo)架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖

綜合5G分流節(jié)奏、高清視頻發(fā)展以及暢享套餐占比提升等因素，4G網(wǎng)絡(luò)流量將在2021年達(dá)到峰值，隨后下降，預(yù)計(jì)2021年5G NR用戶數(shù)將超過3億，形成對(duì)4G中高端用戶的有效分流。由于高清視頻的快速普及，預(yù)計(jì)4G用戶DOU將在2021年達(dá)到峰值（14GB），2021年后預(yù)計(jì)NR開始大范圍分流，4G業(yè)務(wù)量將出現(xiàn)拐點(diǎn)。容量保障應(yīng)統(tǒng)籌考慮4G/5G的建設(shè)節(jié)奏，協(xié)同保障，合理安排4G擴(kuò)容類優(yōu)先級(jí)，提高投資效益。

4.2 4G/5G無線網(wǎng)協(xié)同策略建設(shè)協(xié)同

4G/5G建設(shè)初期，無線主設(shè)備應(yīng)具備最大的4G+5G配置，同時(shí)要求機(jī)框、主控板以及基帶板等具備共享?xiàng)l件，天線采用多頻多端口，減少通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提升共享率，降低建設(shè)成本和維護(hù)成本[1]。

4.2.1 NSA/SA網(wǎng)絡(luò)部署策略

網(wǎng)絡(luò)部署策略以SA作為目標(biāo)架構(gòu)，同步推進(jìn)NSA和SA的發(fā)展與成熟，可采用現(xiàn)網(wǎng)改造和錨點(diǎn)綁定等技術(shù)措施促進(jìn)混合組網(wǎng)。待SA技術(shù)成熟后，5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)盡快轉(zhuǎn)為SA單模獨(dú)立組網(wǎng)部署，靈活選擇5G廠商，可采用公開招標(biāo)的方式購(gòu)買基站設(shè)備，有利于壓降網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。無線接入網(wǎng)產(chǎn)業(yè)已具備NSA/SA雙模部署能力，隨著5G核心網(wǎng)的成熟，網(wǎng)絡(luò)逐步演進(jìn)至SA模式。

現(xiàn)有基站已支持NSA/SA雙模，規(guī)劃初期可配置雙模工作模式，5G基站全部與EPC連接，按需開啟SA模式的基站與5GC連接，通過核心網(wǎng)判斷用戶簽約信息。手機(jī)用戶采用NSA方式接入，行業(yè)用戶采用SA方式接入，規(guī)劃中后期可視技術(shù)成熟程度演進(jìn)至SA模式。NSA可延用現(xiàn)有4G核心網(wǎng)架構(gòu)升級(jí)改造，但僅支持eMBB，SA可更好的服務(wù)于垂直行業(yè)，但采用全新服務(wù)化架構(gòu)，初期產(chǎn)品存在成熟度不夠、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性不足以及用戶數(shù)據(jù)遷移量大等問題，規(guī)劃中后期可視技術(shù)成熟程度演進(jìn)至SA模式。

4.2.2 5G覆蓋策略

在5G商用建設(shè)初期，建議采用穩(wěn)健的建設(shè)策略，優(yōu)先保證一線和二線重點(diǎn)城市的主城區(qū)和一般城區(qū)的全覆蓋，同時(shí)也為三線城市的重點(diǎn)區(qū)域做連續(xù)覆蓋，良好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋環(huán)境能為此區(qū)域的終端和業(yè)務(wù)辦理提供先決條件。然后考慮網(wǎng)絡(luò)容量的擴(kuò)容和覆蓋面的擴(kuò)展，逐步發(fā)展點(diǎn)、線以及面[2]。在NSA和SA混合組網(wǎng)覆蓋時(shí)，須采用雙?；咀鲢暯樱共寤ㄊ浇M網(wǎng)覆蓋，避免終端移動(dòng)時(shí)網(wǎng)絡(luò)頻繁切換，造成用戶感知度差等不良影響。

4.3 5G核心網(wǎng)建設(shè)策略

5G SA核心網(wǎng)采用全新的服務(wù)化架構(gòu)，通過架構(gòu)和功能重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)軟件定義的網(wǎng)絡(luò)功能和網(wǎng)絡(luò)連接，4G的“網(wǎng)元”重構(gòu)為5G的“網(wǎng)絡(luò)功能”[3]。為推動(dòng)4G/5G核心網(wǎng)融合，實(shí)現(xiàn)融合網(wǎng)目標(biāo)結(jié)構(gòu)，首先實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)及策略控制的融合、業(yè)務(wù)的統(tǒng)一開通和鑒權(quán)以及策略的統(tǒng)一控制，支持現(xiàn)有手機(jī)用戶不換號(hào)不換卡使用5G SA[4]。隨著產(chǎn)品和技術(shù)的成熟，實(shí)現(xiàn)5G SA核心網(wǎng)AMF等網(wǎng)元與4G網(wǎng)元的融合，同時(shí)新建虛擬化EPC網(wǎng)元支持與5G網(wǎng)元的融合，其他核心網(wǎng)網(wǎng)元（如NEF/AAC、NRF/DNS）按需進(jìn)行融合，逐步實(shí)現(xiàn)4G/5G核心網(wǎng)融合，同步實(shí)現(xiàn)4G/5G用戶的統(tǒng)一接入。

5G產(chǎn)品和技術(shù)成熟時(shí)，新建5G SA核心網(wǎng)網(wǎng)元采用AMF/MME、UPF/SAEGU-U以及SMF/SAEGW-C融合網(wǎng)元。兼顧快速部署與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)先要求，同步推進(jìn)NSA和SA部署，以SA為目標(biāo)架構(gòu)，加快推進(jìn)SA成熟，最終實(shí)現(xiàn)4G/5G核心網(wǎng)融合[5]。

4.4 5G傳輸網(wǎng)技術(shù)演進(jìn)及建設(shè)策略

5G基站至核心網(wǎng)用戶面間流量由傳送網(wǎng)承載，核心網(wǎng)控制面間流量省內(nèi)段由傳送網(wǎng)承載，省際段由承載專網(wǎng)，核心網(wǎng)用戶面網(wǎng)元間流量由移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)承載。前傳網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先采用光纖直連方案，根據(jù)需求選擇無源波分和有源設(shè)備相結(jié)合的方式承載。光纖直連纖芯豐富，距離較短，無源波分纖芯資源緊張，距離較短，有源設(shè)備可管可控，部署條件有限制，成本高。

回傳網(wǎng)絡(luò)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀實(shí)際情況，利用現(xiàn)有PTN網(wǎng)絡(luò)空余容量或擴(kuò)容板卡，依據(jù)綜合投資效益升級(jí)現(xiàn)有PTN軟硬件，降低PTN部署規(guī)模以減少未來承載網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，新建SPN網(wǎng)絡(luò)，同步做好機(jī)房和光纜等基礎(chǔ)資源儲(chǔ)備。

對(duì)于數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)策略，考慮到5G初期流量較少可暫時(shí)利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源滿足，未來隨著業(yè)務(wù)流量增長(zhǎng)速度逐步實(shí)施網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)主要承載5G基站至核心網(wǎng)用戶面間流量和核心網(wǎng)用戶面網(wǎng)元間流量，專用承載網(wǎng)主要承載5G基站至核心網(wǎng)控制面間省際段流量及部分省內(nèi)段流量和核心網(wǎng)控制面網(wǎng)元間流量。

SPN網(wǎng)絡(luò)按照滿足業(yè)務(wù)需求、長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃、分步實(shí)施、兼顧效益、簡(jiǎn)潔高效以及注重協(xié)同的策略，以目標(biāo)架構(gòu)為基礎(chǔ)，分階段、分區(qū)域以及分場(chǎng)景地逐步推進(jìn)SPN建設(shè)。分析5G和MEC等新業(yè)務(wù)，明確各類業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)需求，合理估算新業(yè)務(wù)市場(chǎng)空間和上市節(jié)奏，制定合理的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型節(jié)奏。分層分級(jí)構(gòu)建以DC為中心的新網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)現(xiàn)有DC資源合理選址，考慮容災(zāi)因素設(shè)定DC數(shù)量、容量以及機(jī)房建設(shè)級(jí)別。演進(jìn)路徑中基礎(chǔ)資源先行，搭建目標(biāo)網(wǎng)架構(gòu)，擴(kuò)容、升級(jí)與新建結(jié)合，充分與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，適度超前部署系統(tǒng)。此外，推動(dòng)50GHz 80x200G OTN系統(tǒng)商用部署，滿足近期長(zhǎng)距離傳輸，后續(xù)將推動(dòng)75GHz 80x200G OTN系統(tǒng)技術(shù)成熟應(yīng)用，進(jìn)一步提升帶寬能力。新型G.654.E光纖可提升超100G傳輸性能將近30%，規(guī)模部署需明確建設(shè)場(chǎng)景、施工標(biāo)準(zhǔn)以及維護(hù)備件要求等。

4.5 PON網(wǎng)絡(luò)建設(shè)策略

立足有線寬帶網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，針對(duì)PON技術(shù)提出了大帶寬、智能化以及開放化的演進(jìn)策略，保障網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，降低設(shè)備成本，提升自主掌控。大帶寬策略下一代PON線路主要采用50G PON，帶寬需提升4倍，TDM-PON更好兼容現(xiàn)網(wǎng)ODN。推動(dòng)千兆網(wǎng)關(guān)互通解耦，降低成本，奠定自主研發(fā)的互通基礎(chǔ)，以傳統(tǒng)方式為基礎(chǔ)，研究vOLT新型技術(shù)架構(gòu)，更高效解決互通。通過vOLT新型架構(gòu)，提升接入網(wǎng)開放能力，形成新業(yè)務(wù)新功能的創(chuàng)新生態(tài)。此外提升智能網(wǎng)關(guān)核心功能，滿足新業(yè)務(wù)需求，通過智能組網(wǎng)終端，解決家庭網(wǎng)絡(luò)WiFi覆蓋優(yōu)化。

5 結(jié) 論

通過研究網(wǎng)絡(luò)建設(shè)策略并將其融入到實(shí)施計(jì)劃中，對(duì)5G時(shí)代運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展和高帶寬應(yīng)用均有促進(jìn)作用，從而提升用戶的感知度，提升社會(huì)居民生活品質(zhì)。