淺談5G傳輸網(wǎng)需求及組網(wǎng)技術(shù)

普天信息工程設(shè)計服務(wù)有限公司 郭惠軍 湯磊 李勇

為了進一步滿足5G傳輸網(wǎng)運行需求,本次研究中重點針對該類型傳輸網(wǎng)的不同需求展開分析,隨后圍繞具體的組網(wǎng)技術(shù)加以探討,旨在通過文章內(nèi)容的展開,進一步為后續(xù)5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量及研發(fā)創(chuàng)新帶來一定參考。

0 引言

自5G技術(shù)誕生以來,以第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)為核心的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以全面推廣,相較于既有的4G技術(shù)通信技術(shù)而言,不僅在峰值理論傳輸效率及速度上得到了百倍的提升,同時也為更多智能終端的運行以及諸如3D影視發(fā)展等方面創(chuàng)造了更多可能。但是,就5G技術(shù)本身而言,仍舊存在較多的技術(shù)可更新空間,那么針對其傳輸網(wǎng)需求及組網(wǎng)技術(shù)展開進一步的研討就具有重要現(xiàn)實意義。

1 5G傳輸網(wǎng)需求淺談

1.1 前傳組網(wǎng)需求

隨著5G基站的架構(gòu)不斷完善和更新,現(xiàn)有的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上,從傳統(tǒng)的BBU、RRU、天線進行了重構(gòu),原有的BBU中非實時部分LI被單獨分割出來,此部分被重新定位為CU,功能上可處理非實時協(xié)議、服務(wù),且新技術(shù)支持下可由服務(wù)器完成CU云化處理工作,便于后續(xù)的網(wǎng)組集中控制,CU想要實現(xiàn)新功能,必須圍繞其定制專用硬件[1]。原有BBU中的物理層處理功能、原有RRU、無源天線之間會功能合并,形成新的AAU。此種CU與DU下的新架構(gòu)形成,構(gòu)筑了現(xiàn)階段5G傳輸網(wǎng)組網(wǎng)核心架構(gòu)。在5G傳輸網(wǎng)需求下,前傳網(wǎng)組網(wǎng)時需要進行基站現(xiàn)有功能的重新劃分,需將新組網(wǎng)需求中的容量、同步精度以及時延作為技術(shù)更新重點,即在5G無線接入網(wǎng)下重新分割網(wǎng)元功能,功能設(shè)置時應(yīng)以需求大小為依據(jù)靈活完成功能配置[2]。此外,當(dāng)前傳組網(wǎng)期間體現(xiàn)出一級與二級前傳同步出現(xiàn)需求,5G前傳組網(wǎng)下也可同步與4G前傳之間實現(xiàn)結(jié)構(gòu)并存。

1.2 回傳協(xié)同需求

與既有的4G通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相對比,5G在其基礎(chǔ)上實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的扁平化發(fā)展,固有的功能、技術(shù)更新后新增功能,均開始面向匯聚層進行下移,例如移動邊緣計算技術(shù),其在進行回傳階段組網(wǎng)處理時,就需在傳統(tǒng)的南北匯聚式典型流量模式基礎(chǔ)上進行優(yōu)化。在5G網(wǎng)元之間,流量方向之間的相互交融頻率也會隨之變化,當(dāng)進行g(shù)NB以及gNB兩者、CU以及CU兩者之間的東西向流量交互時,就會發(fā)生顯著提升的組網(wǎng)更新變化[3]。同時,在回傳網(wǎng)絡(luò)前傳網(wǎng)絡(luò)內(nèi)東向流量與西向流量之間,實現(xiàn)協(xié)同流量調(diào)度時,也會對應(yīng)的提出新組網(wǎng)技術(shù)需求。

另外,隨著5G核心功能更新后下移,原來的三層(IP)功能也會隨之進行下移,下移點集中在匯聚層,且同步就現(xiàn)有路由效率提升也需配置對應(yīng)組網(wǎng)技術(shù)以及新型路由技術(shù),諸如對分段路由技術(shù)的更新。未來,作為5G傳輸網(wǎng)技術(shù)研發(fā)人員,對于如何應(yīng)對IP網(wǎng)與傳輸網(wǎng)之間的組網(wǎng)功能協(xié)同乃至分割,也需投入必要的研發(fā)精力,方可借此進一步優(yōu)化現(xiàn)有5G傳輸網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用水平。

1.3 全面支持需求

當(dāng)前的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)構(gòu)成,主要是依賴于對SDN的轉(zhuǎn)發(fā)和控制,方達成了功能分離技術(shù)更新目的,更新之時,還就既有的邏輯網(wǎng)絡(luò)切片進行了全面優(yōu)化,用以為后續(xù)的云化業(yè)務(wù)靈活性增長提供支撐[4]。滿足5G組網(wǎng)功能運作需求之時,技術(shù)人員還要對SDN光傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行重設(shè),其間需將承載網(wǎng)同步引入新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)之內(nèi),過程中要與5G技術(shù)多樣化承載基礎(chǔ)相結(jié)合,方能夠進一步為前傳、回傳以及核心網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)之間實現(xiàn)通信信號的高速轉(zhuǎn)換創(chuàng)設(shè)條件。此外,邏輯網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)還需引進到傳輸網(wǎng)構(gòu)建流程中,為相應(yīng)功能實現(xiàn)提供支持時,對應(yīng)的功能維度也有所差異,主要以應(yīng)用、傳送和管控三個平面為主。

1.4 低延時需求

進行5G前傳組網(wǎng)運行需求進行分析時可發(fā)現(xiàn),組網(wǎng)低延時功能實現(xiàn)的需求會受到兩類因素影響,其一,5G空口定義下,主要是相對應(yīng)3GPP而言所得出;其二,在HARQLoop時間條件的制約下,3G技術(shù)下營造EMBB場景時所需UL/DL必須控制在4ms左右,由于5G場景營造需求遠(yuǎn)高于3G,對應(yīng)的URLLC則需全面控制在0.5ms,此為5G傳輸網(wǎng)低延時功能實現(xiàn)時的重要需求[5]。此外,5G傳輸網(wǎng)回傳組網(wǎng)處理時,對于降低延時方面也具有具體的需求,首先是對EMBB業(yè)務(wù)約束方面的技術(shù)更新需求,此項業(yè)務(wù)運行時,對于包括AR/VR在內(nèi)的業(yè)務(wù)延時需求更高,且需嚴(yán)格控制在10ms。其次是對URRLC業(yè)務(wù)約束方面的技術(shù)更新需求,常見的以差評第延時業(yè)務(wù)為主,落實至具體的領(lǐng)域應(yīng)用中,則以智能電網(wǎng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等為主,與行業(yè)特征相結(jié)合可發(fā)現(xiàn),其對于低延時需求標(biāo)準(zhǔn)更高也更嚴(yán)格,必須控制在1ms。

2 5G傳輸網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)分析

5G傳輸網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)構(gòu)成中,主要分為前傳網(wǎng)、中傳網(wǎng)、回傳網(wǎng)三個構(gòu)成部分,隨后圍繞前傳網(wǎng)及回傳網(wǎng)兩部分進行重點分析。

2.1 前傳組網(wǎng)技術(shù)分析

現(xiàn)階段,通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域中對于不同組網(wǎng)之間的接口標(biāo)準(zhǔn)并未實現(xiàn)全面統(tǒng)一,尤其是DU與RRU/AAU之間的連接,在5G技術(shù)支持下有待進行接口的完善和優(yōu)化。具體的5G前傳組網(wǎng)技術(shù)下,技術(shù)選擇主要集中在以下幾方面:

(1)光纖直驅(qū)組網(wǎng)技術(shù)。此項技術(shù)無需傳輸設(shè)備接入連接,而是直接通過光纖即可連接,組網(wǎng)類型以點到點的方式實現(xiàn)[6]。此前傳組網(wǎng)技術(shù)在優(yōu)勢上體現(xiàn)于時延不高且連接操作簡單,能夠在短時間內(nèi)完成組裝部署工作。但也有不足,即對于光纖資源的投建成本高,且不具備網(wǎng)絡(luò)及OAM保護,無法提升5G組網(wǎng)的安全及可靠性。

(2)OTA組網(wǎng)技術(shù)。該項技術(shù)操作基礎(chǔ)以波分復(fù)用為主,需要在光層組織網(wǎng)絡(luò)內(nèi)完成傳送技術(shù)運行,可創(chuàng)造更加靈活且高帶寬的業(yè)務(wù)調(diào)度條件,目前使用范圍集中在城域核心以及干線城市中。技術(shù)操作原理上,RRU以及DU/CU需為OTN設(shè)備接入客戶側(cè)提供白光接口,此階段高速OTN信號會經(jīng)過映射及復(fù)用過程實現(xiàn),隨后RRU以及DU/CU會轉(zhuǎn)換為采光接口,并經(jīng)波分復(fù)用之后將信號通過光纖傳輸達成信號傳遞目標(biāo),目前OTA組網(wǎng)技術(shù)可支持鏈型、環(huán)形以及點到點的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組網(wǎng)建設(shè)。

2.2 回傳組網(wǎng)技術(shù)分析

5G傳輸網(wǎng)組網(wǎng)過程中,回傳組網(wǎng)技術(shù)屬于其中一項十分關(guān)鍵的技術(shù)構(gòu)成,但在回傳組網(wǎng)技術(shù)不同傳輸需求下,其組網(wǎng)技術(shù)以兩種為主,分別是以靈活通道技術(shù)和靈活接口技術(shù)為主的ODU Flex+Flex O;以靈活為主的以太網(wǎng)(Flex E)方案兩種,下面將會針對不同回傳組網(wǎng)技術(shù)方向針對三種技術(shù)類型展開探討:

(1)以靈活通道技術(shù)方向為主的回傳組網(wǎng)技術(shù)。該項技術(shù)運行中,核心技術(shù)方案為ODU Flex+Flex O,進行此方案的組網(wǎng)接口處理時,主要支持可變速率的客戶側(cè)接口,并于2016年實現(xiàn)了組網(wǎng)接口的技術(shù)更新。

(2)FlexE方案為主的5G傳輸網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)。此技術(shù)囊括了三個結(jié)構(gòu),分別是Client、Group以及Shim。第一種在Flex E方案支持下,業(yè)務(wù)類型集中在客戶側(cè)。第二種在Flex E方案支持下,屬于多個網(wǎng)絡(luò)組綁定一起的組網(wǎng)結(jié)構(gòu),網(wǎng)路均為100G芯片且達到100GE[7]。第三種在Flex E方案支持下,能夠?qū)η皟煞N組網(wǎng)復(fù)接和分復(fù)接部分進行基礎(chǔ)處理,最完整的Flex E方案運行結(jié)構(gòu)如圖1所示:

圖1 FlexE方案運行結(jié)構(gòu)Fig.1 FlexE program operating structure

根據(jù)圖1中運行結(jié)構(gòu),進行了如圖2所示的以太網(wǎng)增強技術(shù)處理,即Shim層的增設(shè),進一步提升了原有以太網(wǎng)本身的組網(wǎng)靈活程度,對于傳統(tǒng)4G網(wǎng)技術(shù)下多鏈路傳輸期間鏈路容量不足或是分布不均勻問題的解決,具有重要優(yōu)化作用[8]。與此同時,由于Shim層運行原理以時分復(fù)用分發(fā)機制為主,所以該新增層可使得不同Client接口數(shù)據(jù)進行對應(yīng)子通道分布調(diào)整,調(diào)整時以時隙方式為主,最終為5G傳輸網(wǎng)的業(yè)務(wù)隔離以及網(wǎng)絡(luò)分片應(yīng)用需求滿足創(chuàng)造更優(yōu)越的條件。

圖2 更新后FIex E方案示意圖Fig.2 Schematic diagram of FIex E after the update

綜合上述兩項回傳階段組網(wǎng)技術(shù)而言,技術(shù)本身的差異性主要如表1所示:

表1 FIex E與ODU Flex+Flex O技術(shù)對比表Tab.1 Technical comparison table between FIex E and ODU Flex+Flex O

3 結(jié)語

綜上所述,5G技術(shù)在發(fā)展中,想要進一步滿足傳輸網(wǎng)的組網(wǎng)需求,首先需與時代發(fā)展相結(jié)合,整理前傳、回傳等方面的具體傳輸網(wǎng)運作需求。其次,在具體的組網(wǎng)建設(shè)方面,則應(yīng)該圍繞前傳及回傳兩方面的具體組網(wǎng)技術(shù)關(guān)鍵點進行創(chuàng)新和優(yōu)化。此外,對于未來5G技術(shù)的發(fā)展前景關(guān)注度也不可忽視,最終才能為5G技術(shù)全面推廣和未來面向6G技術(shù)創(chuàng)新奠定堅實的基礎(chǔ)。

引用

[1] 周曉偉,王曉.5G傳輸網(wǎng)需求及組網(wǎng)技術(shù)的有關(guān)探究[J].中國新通信,2019,21(19):46.

[2] 余佳泓,張紅國,王歡軍.5G傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案探討[J].廣東通信技術(shù),2020,40(3):32-34.

[3] 何欣.淺談5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點及無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃分析[J].信息通信,2019(11):222-223.

[4] 朱明亮,顧秀秀.5G傳送網(wǎng)組網(wǎng)架構(gòu)及演進探討[J].信息通信,2020(4):264-265+268.

[5] 朱運起.5G建設(shè)下的傳輸承載網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)演進分析[J].建筑工程與管理,2019(1):16-18.

[6] 陳浩.5G網(wǎng)絡(luò)中傳輸承載的關(guān)鍵技術(shù)及傳輸組網(wǎng)探討[J].中國新通信,2020,22(20):82-83.

[7] 孫剛,馬偉濤.面向5G的傳輸承載需求和技術(shù)介紹[J].廣東通信技術(shù),2020,40(6):79-81.

[8] 胡啟明,楊世達.5G傳輸網(wǎng)淺析及技術(shù)策略研究[J].信息通信,2019(6):188-189.