面向雙千兆業(yè)務(wù)發(fā)展的綜合業(yè)務(wù)區(qū)建設(shè)策略研究

李先平

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

在創(chuàng)新應(yīng)用和信息技術(shù)發(fā)展雙輪驅(qū)動(dòng)下，一個(gè)萬(wàn)物感知、萬(wàn)物相聯(lián)、萬(wàn)物智能的社會(huì)已經(jīng)到來(lái)。當(dāng)前，新興高帶寬業(yè)務(wù)逐步應(yīng)用，千兆寬帶已成為全球?qū)拵Оl(fā)展的焦點(diǎn)之一。5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)作為新一代移動(dòng)通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)，也成為建設(shè)千兆移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵抓手。千兆光纖固網(wǎng)和5G千兆移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)作為戰(zhàn)略性基礎(chǔ)資源，成為了智能社會(huì)快速發(fā)展的基石。在這樣的背景下，綜合業(yè)務(wù)區(qū)作為通信網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)末梢，對(duì)雙千兆網(wǎng)絡(luò)的部署發(fā)展最為敏感。本文分析了千兆光纖固網(wǎng)和5G千兆移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的資源需求，從綜合業(yè)務(wù)區(qū)機(jī)房、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、光纜等方面探討綜合業(yè)務(wù)區(qū)的建設(shè)策略。

1 面向雙千兆的傳輸資源需求

1.1 千兆光纖固網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展的傳輸需求

隨著新興業(yè)務(wù)的發(fā)展，寬帶接入技術(shù)的進(jìn)步，各類用戶的帶寬需求呈現(xiàn)階梯式增長(zhǎng)。截止2020年，用戶平均帶寬已達(dá)500 Mb/s，10G無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)（Passive Optical Network，PON）技術(shù)以其大帶寬、廣覆蓋等優(yōu)勢(shì)成為各大運(yùn)營(yíng)商在部署高速光接入網(wǎng)時(shí)的優(yōu)先技術(shù)選擇。

當(dāng)前10G吉比特?zé)o源光網(wǎng)絡(luò)（Gigabit-Capable PON，GPON）系統(tǒng)有外置合波器、GPON/10G GPON合一（COMBO）板卡兩種升級(jí)方式[1]。外置合波器的方式可利舊原PON板，具有操作支撐系統(tǒng)（Operation Support System，OSS）業(yè)務(wù)發(fā)放和運(yùn)維簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但會(huì)增加插損，可能引發(fā)原GPON用戶存在弱光的情況。GPON/XG-PON光模塊合一方式雖然不需要新增外置合波器，插損相對(duì)較小，但成本相對(duì)較高[2]。

無(wú)論何種方式，10G PON的部署勢(shì)必帶來(lái)如下變化：（1）插損的增加；（2）光網(wǎng)絡(luò)單元（Optical Network Unit，ONU）上行帶寬存在差異；（3）光信號(hào)碼率提升，光纖色散影響變大。這些變化都將帶來(lái)傳輸距離和覆蓋范圍的縮小。

1.2 5G千兆移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的傳輸需求

5G網(wǎng)絡(luò)與4G網(wǎng)絡(luò)相比，具有部署密度大、接入距離短的特點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也發(fā)生了較大變化，城區(qū)5G網(wǎng)絡(luò)主要采用云無(wú)線接入網(wǎng)（Cloud-Radio Access Network，C-RAN）架構(gòu)，將傳輸承載結(jié)構(gòu)分為前傳、中傳和回傳3個(gè)部分，分布單元（Distributed Unit，DU）集中放置在C-RAN機(jī)房，基站有源天線單元（Active Antenna Unit，AAU）通過(guò)拉遠(yuǎn)方式與DU對(duì)接，而DU通過(guò)同機(jī)房的傳輸匯聚設(shè)備上鏈到核心層，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸?；鶐幚韱卧˙uilding Base band Unit，BBU）集中對(duì)綜合業(yè)務(wù)區(qū)光纜、機(jī)房功耗以及機(jī)位提出了新的要求[3]。

（1）光纜需求。4G/5G C-RAN集中可將AAU的前傳分為普通光纖直驅(qū)模式、彩光+無(wú)源波分模式以及有源波分復(fù)用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）3種模式。以普通光纖直驅(qū)模式為例，各種無(wú)線業(yè)務(wù)的纖芯需求測(cè)算結(jié)果如表1所示。

表1 光纖直驅(qū)模式下C-RAN無(wú)線業(yè)務(wù)纖芯需求

（2）功耗需求。按照每個(gè)BBU框1.5 kW測(cè)算，配置3個(gè)5G站+3個(gè)三維多輸入多輸出（Three Dimensional Multiple Input Multiple Output，3D MIMO）站，對(duì)應(yīng)3個(gè)物理站，一個(gè)C-RAN機(jī)房新增電力3～7.5 kW才能滿足需求。

（3）機(jī)位需求。考慮部分機(jī)房不需擴(kuò)容蓄電池等動(dòng)力設(shè)備，C-RAN機(jī)房最少需要新增一個(gè)機(jī)位。

5G千兆移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的部署不僅會(huì)造成綜合業(yè)務(wù)區(qū)機(jī)房各種基礎(chǔ)需求的增加，而且C-RAN作為一個(gè)新的節(jié)點(diǎn)將嵌入到綜合業(yè)務(wù)區(qū)架構(gòu)中，影響綜合業(yè)務(wù)區(qū)的建設(shè)。

2 新型綜合業(yè)務(wù)區(qū)融合建設(shè)策略

早在2009年，中國(guó)移動(dòng)就提出了C-RAN的概念，但受眾多客觀條件的限制，之前的綜合業(yè)務(wù)區(qū)仍然主要承載家庭寬帶業(yè)務(wù)和大部分的專線業(yè)務(wù)。2016年中國(guó)移動(dòng)發(fā)布的《中國(guó)移動(dòng)5G C-RAN白皮書》再次明確了5G的C-RAN建設(shè)原則，強(qiáng)調(diào)綜合業(yè)務(wù)區(qū)需支撐包括無(wú)線業(yè)務(wù)在內(nèi)的各種業(yè)務(wù)[4]。因此，面向雙千兆業(yè)務(wù)發(fā)展的綜合業(yè)務(wù)區(qū)，必須從被動(dòng)滿足業(yè)務(wù)向主動(dòng)覆蓋家庭、政企和公共無(wú)線接入網(wǎng)轉(zhuǎn)變，形成以光分配網(wǎng)（Optical Distribution Network，ODN）為基礎(chǔ)、C-RAN與綜合業(yè)務(wù)區(qū)相融的新型綜合業(yè)務(wù)區(qū)架構(gòu)。

2.1 新型綜合業(yè)務(wù)區(qū)架構(gòu)

考慮到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的安全性，每一個(gè)C-RAN機(jī)房將集中5～15個(gè)5G基站。通常情況下，一個(gè)綜合業(yè)務(wù)區(qū)將新增2～3個(gè)C-RAN機(jī)房，這些C-RAN機(jī)房將利用現(xiàn)有的光纜、光交、分纖點(diǎn)等基礎(chǔ)資源溝通基站和核心網(wǎng)用戶平面功能（User Port Function，UPF）之間的聯(lián)系，因此新型綜合業(yè)務(wù)區(qū)架構(gòu)將是C-RAN機(jī)房嵌入原綜合業(yè)務(wù)接機(jī)房下，通過(guò)次級(jí)主干光纜與原有主干光纜連接。另外，隨著千兆固網(wǎng)的迅猛發(fā)展，光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）設(shè)備將從綜合業(yè)務(wù)區(qū)機(jī)房下沉，部分新增的C-RAN機(jī)房將隨之演變?yōu)榫C合業(yè)務(wù)區(qū)機(jī)房，現(xiàn)有的綜合業(yè)務(wù)區(qū)將隨之裂變。

由于雙千兆業(yè)務(wù)的發(fā)展，新型綜合業(yè)務(wù)區(qū)將新增的C-RAN節(jié)點(diǎn)嵌入綜合業(yè)務(wù)區(qū)架構(gòu)中，從而形成次級(jí)匯聚層。綜合業(yè)務(wù)區(qū)將從原有的一級(jí)光交網(wǎng)格、二級(jí)光交網(wǎng)格、微網(wǎng)格三層架構(gòu)演變?yōu)镃-RAN網(wǎng)格、一級(jí)光交網(wǎng)格、二級(jí)光交網(wǎng)格、微網(wǎng)格的4層架構(gòu)，隨著后期業(yè)務(wù)的大量發(fā)展，C-RAN機(jī)房將升級(jí)為綜合業(yè)務(wù)區(qū)機(jī)房，綜合業(yè)務(wù)區(qū)將按照C-RAN機(jī)房覆蓋區(qū)域裂變。此架構(gòu)的綜合業(yè)務(wù)區(qū)將更加利于5G-RAN建設(shè)和OLT的下沉，適應(yīng)雙千兆形勢(shì)的發(fā)展。

2.2 新型綜合業(yè)務(wù)區(qū)建設(shè)原則

新型綜合業(yè)務(wù)區(qū)應(yīng)堅(jiān)持一張光纜網(wǎng)統(tǒng)一有線和無(wú)線業(yè)務(wù)、設(shè)備節(jié)點(diǎn)與光纜協(xié)同的原則，摒棄各個(gè)專業(yè)各自為政的模式，統(tǒng)籌各專業(yè)需求，結(jié)合綜合業(yè)務(wù)區(qū)的劃分、客戶需求、管線資源等因素進(jìn)行建設(shè)，統(tǒng)一規(guī)劃、部署與管理。

2.3 綜合業(yè)務(wù)區(qū)機(jī)房建設(shè)

新增機(jī)房應(yīng)考慮地理位置、末端用戶光纜以及投資效益等因素，并將5G基站接入考慮進(jìn)去。該機(jī)房將承擔(dān)C-RAN機(jī)房和綜合業(yè)務(wù)區(qū)機(jī)房的雙重功能，密集城區(qū)覆蓋范圍在2 km2以內(nèi)，一般城區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)控制在2～4 km2。綜合業(yè)務(wù)區(qū)機(jī)房引入的市電應(yīng)不低于三類市電，電源系統(tǒng)容量應(yīng)滿足基站集中BBU、OLT、切片分組網(wǎng)（Slicing Packet Network，SPN）等設(shè)備的功耗需求。為了安全起見(jiàn)，電源系統(tǒng)應(yīng)該按照無(wú)線和有線分開(kāi)配置，空調(diào)的建設(shè)應(yīng)充分考慮5G基站集中帶來(lái)的散熱問(wèn)題。

2.4 綜合業(yè)務(wù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建設(shè)

在過(guò)去的幾年，分組傳送網(wǎng)（Packet Transport Network，PTN）很好地解決了 2G、3G、4G基站的承載問(wèn)題，但PTN設(shè)備不具備切片功能，僅適宜于5G初期增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（enhanced Mobile Broadband，eMBB）的承載需求，不能滿足未來(lái)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片的要求[5]。同樣的，隨著新興業(yè)務(wù)的發(fā)展，千兆固網(wǎng)的部署，現(xiàn)有GPON技術(shù)必然也將無(wú)法滿足寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。

為滿足5G基站業(yè)務(wù)需求，PTN網(wǎng)絡(luò)將向SPN網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。若原機(jī)房PTN設(shè)備具備升級(jí)SPN的能力，則將原PTN設(shè)備進(jìn)行SPN的升級(jí)改造，增加環(huán)網(wǎng)帶寬，避免4G、5G競(jìng)爭(zhēng)造成網(wǎng)絡(luò)堵塞，5G下行部分流量將由升級(jí)后的PTN網(wǎng)絡(luò)繞行。對(duì)于沒(méi)有SPN升級(jí)能力的設(shè)備，前期可采用疊加SPN設(shè)備的方式，隨著4G業(yè)務(wù)量的減少，后期逐步將PTN上承載的業(yè)務(wù)割接至SPN網(wǎng)絡(luò)，PTN設(shè)備考慮退網(wǎng)。

在邁入千兆網(wǎng)絡(luò)新時(shí)代的同時(shí)，PON網(wǎng)絡(luò)也迎來(lái)了向10G PON演進(jìn)升級(jí)的需求。當(dāng)前10G GPON系統(tǒng)有外置合波器、GPON/10G GPON合一（COMBO）板卡兩種升級(jí)方式。COMBO板通過(guò)內(nèi)置合波器的方式，采用同一個(gè)ODN鏈路，GPON ONT和10G PON ONT分別接收GPON和10G PON模塊發(fā)出的信號(hào)。相比較，該方式OLT設(shè)備的槽位利用率高，施工的復(fù)雜度低，并且減少了10G OLT設(shè)備的投資，成為了10G PON網(wǎng)絡(luò)的首選[6]。在開(kāi)展PON網(wǎng)絡(luò)升級(jí)時(shí)，對(duì)于上行速率要求較低的用戶，可采用兩模10G GPON COMBO板卡開(kāi)通千兆寬帶業(yè)務(wù)；對(duì)于上行速率要求較高的用戶，應(yīng)采用三模10G GPON COMBO板卡開(kāi)通千兆寬帶業(yè)務(wù)，滿足對(duì)稱性寬帶業(yè)務(wù)需求，如圖1所示。

圖1 GPON/10G GPON合一（COMBO）板卡方式

2.5 綜合業(yè)務(wù)區(qū)接入光纜網(wǎng)建設(shè)

新型綜合業(yè)務(wù)區(qū)光纜建設(shè)不僅要考慮集、家客的需求，還應(yīng)為5G基站集中接入預(yù)留合適的纖芯資源。對(duì)于存量網(wǎng)絡(luò)資源不滿足業(yè)務(wù)發(fā)展需求的，需對(duì)光纜和光交資源進(jìn)行優(yōu)化建設(shè)[7]。

主干接入層光纜組網(wǎng)要遵循“主干穩(wěn)定、配線靈活”的原則。5G基站采用C-RAN部署，最好采用獨(dú)享纖芯的方案。采用獨(dú)享纖芯方案，一級(jí)光交的成端壓力較小，并且5G基站的集中度并不影響一級(jí)光交至C-RAN機(jī)房纖芯的數(shù)量，只需要按需求布放主干光纜；而采用共享纖芯方案，一級(jí)光交的成端壓力較大，并且會(huì)增加跳點(diǎn)，影響5G基站的開(kāi)通。對(duì)千兆固網(wǎng)而言，PON網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)依然采用共享纖芯的方法，但應(yīng)充分考慮光模塊的光功率、速度提升等因素的影響，將現(xiàn)有的分光比由1∶128降為1∶64或1∶32。

配線光纜建設(shè)應(yīng)根據(jù)5G組網(wǎng)及微格化規(guī)劃，結(jié)合業(yè)務(wù)需求和項(xiàng)目投資的經(jīng)濟(jì)效益，分步實(shí)施區(qū)域的覆蓋，配線光纜結(jié)合道路、業(yè)務(wù)點(diǎn)分布情況，采用星型、樹(shù)型方式布放，纖芯數(shù)量應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)接入點(diǎn)數(shù)量和潛在客戶需求進(jìn)行設(shè)置。其纖芯配置除了滿足寬帶、數(shù)據(jù)專線業(yè)務(wù)的需求外，還應(yīng)考慮無(wú)線深度覆蓋、站點(diǎn)集中部署等光纖接入的纖芯需求。

引入段光纜應(yīng)以二級(jí)分纖點(diǎn)為中心，并結(jié)合業(yè)務(wù)需求開(kāi)展建設(shè)，統(tǒng)一規(guī)劃，一次布放，避免反復(fù)布放小芯數(shù)光纜，占用管孔資源。在管線資源緊張段落，可采用無(wú)源波分彩光方案。

3 結(jié) 論

未來(lái)，隨著新興業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，信息化程度不斷提升，雙千兆網(wǎng)絡(luò)將在提升用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)、支撐行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面發(fā)揮重要作用。綜合業(yè)務(wù)區(qū)作為雙千兆網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)末梢，顯得尤為重要，本文從千兆光纖固網(wǎng)和5G千兆移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的資源需求出發(fā)，探討了綜合業(yè)務(wù)區(qū)機(jī)房、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及光纜等方面地建設(shè)策略，具有建設(shè)性意義。