1 引言

目前5G技術發(fā)展非常迅速，國內三大運營商都已經著手5G布局，2017年6月25日，在廣州大學城，中國移動首個5G基站正式開通，這也標志著5G網絡應用逐漸開啟。在5G正式部署之前，如何實現(xiàn)5G網絡高標準的承載需求，同時結合現(xiàn)有網絡架構，最大程度地節(jié)省建設投資，已經成為整個光通信行業(yè)關注的重心和研究熱點，因此，本文接下來將提出多種傳輸承載方案，并對各種傳輸方案的優(yōu)缺點及其適用范圍進行探討。

2 5G對承載網絡的需求及挑戰(zhàn)

“5G”即第五代移動通信技術，ITU已將5G標準正式命名為IMT-2020，是目前正在推進的“4G”的延伸，但業(yè)界普遍認為5G與4G截然不同，5G不僅是一次技術的更新，更是一個全新技術，是真正實現(xiàn)泛在、智能、融合、高速、綠色的強大通信網絡，是無線接入技術的演進和革命。

5G使萬物互聯(lián)成為可能，提供人與人、人與物以及物與物之間高速、安全、自由的連接，也將驅動更多新的業(yè)務場景，典型的應用場景包括廣覆蓋、高接入密度、高接入速率、突發(fā)流量和低時延等，這些應用將帶領我們進入人工智能時代。

（1）連續(xù)廣域覆蓋：以保證用戶移動性和業(yè)務連續(xù)性為目標，為用戶提供無縫高速業(yè)務體驗，如無人駕駛；

（2）熱點高容量：主要面向局部熱點區(qū)域，可以為用戶提供1 Gbps用戶體驗速率，數(shù)十Gbps峰值速率，滿足網絡極高的流量密度需求；單位面積吞吐量顯著提升，熱點區(qū)域數(shù)十Tbps/km2的流量密度需求，如虛擬辦公；

（3）低功耗大連接：以傳感和數(shù)據采集為目標的應用場景，具有小數(shù)據包、低功耗、海量連接等特點，要求網絡具備超千億連接的支持能力，滿足100萬/km2連接數(shù)密度指標要求，還要保證終端的超低功耗和超低成本，如物聯(lián)網、智慧城市；

（4）低時延高可靠：對時延和可靠性具有極高的指標要求，需要為用戶提供毫秒級的端到端時延和接近100%的業(yè)務可靠性保證，如車聯(lián)網。

針對5G的主要應用場景，總結承載網絡主要面臨以下需求及挑戰(zhàn)如表1所示：

表1 IMT-2020發(fā)布的5G主要場景與關鍵性能挑戰(zhàn)

廣覆蓋、高容量將要求5G的基站更加小型化，便于安裝于各種場景，同時具備更強大的功能；低功耗要求5G網絡綠色低碳節(jié)能，比如續(xù)航能力是4G網絡的100倍，終端可用5到10年；而低時延、高可靠、大帶寬等網絡需求，需要5G網絡架構將進一步扁平化，它將是功能強大的基站疊加一個大服務器集群。

5G的業(yè)務需求及網絡架構的變化將對網絡功能提出新的要求，直接影響承載網絡的的技術指標，如帶寬、時延、時鐘精度和可靠性等，因此研究如何在滿足5G技術指標的前提下，進行5G時代光傳送網的技術演進尤為重要，這將是5G是否能推廣應用的關鍵前提。

3 5G傳輸方案探討

本節(jié)將重點討論5G建設初期傳輸網絡技術選擇和組網方案的選擇。

3.1 方案一：端到端分組增強型OTN組網方案

如圖1所示，5G傳輸接入層采用100 G波分組網，匯聚層采用T級別波分的組網方式。

圖1 波分組網5G承載方案

（1）組網方案

1）前傳方案：基站通過裸纖與DU（Distribute Unit，分布單元）連接，滿足未來移動用戶大帶寬、低時延、高可靠信息傳送需求。

基站流量預測：5G基站帶寬均值將超過1 G，峰值或超10 G；對S111站型，CIR/PIR將達到4 G/16 G。

2）中傳方案：DU匯聚基站后接入物理網光交配線端子；物理網光交匯聚DU上行光纜后，DU通過物理網光交成環(huán)，物理網光交再通過主干光纜或波分設備上傳至局端CU（Centralized Unit，集中單元）。

接入層流量預測：按每接入環(huán)6個站，一個站達到峰值帶寬計算，接入環(huán)帶寬將達到40 G，考慮到5G基站的密集程度，100 G組網可能性更大；

3）回傳方案：CU通過100 G~T級別波分或中繼光纜回傳至5G核心網。

匯聚層流量預測：匯聚層波分環(huán)考慮到將匯聚多個接入環(huán)，則有可能達到T級別組網。

（2）方案一優(yōu)點

1）大帶寬：融合分組技術及超100 G光傳送技術，能有效支撐5G網絡千倍接入速率；

2）低時延：融合形態(tài)，靈活實現(xiàn)業(yè)務穿通節(jié)點光層直通，應對5G端到端超低時延的巨大挑戰(zhàn)；

3）物理鏈路高安全：DU至光纖物理網光交采用雙上行，物理網光交至MS-OTN也采用雙上行連接，極大地提高了DU設備的安全性；

4）大容量、少節(jié)點：通過MS-OTN匯接DU后再接入CU（無線接入控制設備），可以有效收斂上行光纜，節(jié)省CU端口，并使CU覆蓋較大的地域面積，減少CU部署點位，有效降低設備組網、傳輸線路、維護等需求；

5）線路帶寬易升級：MS-OTN設備只需插卡，線路帶寬可輕松從100 G擴展至400 G，設備不換、機房不改、平滑擴展，實現(xiàn)“超100 G”帶寬。

（3）方案一缺點

1）投資大：需搭建兩張高速率高性能的OTN環(huán)網，在利用現(xiàn)網OTN設備的基礎上，仍需新增較多節(jié)點，投資巨大；

2）網絡較復雜：新建較多的MS-OTN設備用以5G基站信息傳輸，增加了網絡的復雜性。

3.2 方案二：固移融合承載方案

固移融合5G承載方案如圖2所示：

圖2 固移融合5G承載方案

（1）組網方案

1）前傳方案：基站通過裸纖與DU連接，滿足未來移動用戶大帶寬、低時延信息傳送需求；室內小基站（RRU+DC部分）可與ONU集成，易于部署。

2）中傳方案：

◆DU匯聚基站光纜后接入OLT設備PON口；

◆OLT下沉至小區(qū)后，同時接入有線PON業(yè)務及無線5G基站；

◆物理網光交匯聚OLT上行光纜后，通過主干光纜設備上行至局端CU。

3）回傳方案：CU通過中繼光纜回傳至5G核心網。

（2）方案二優(yōu)點

1）組網簡單：利用現(xiàn)有網絡結構，升級OLT設備，增加物理網光交數(shù)量，即可完成組網；

2）固移融合：有線、無線綜合承載，提高設備利用效率，有效節(jié)省機房空間，節(jié)約能耗，且有線無線業(yè)務帶寬、性能等實現(xiàn)同步升級；

3）大帶寬傳輸：除采用超10 G甚至100 G PON OLT設備進行DU設備承載外，全程光鏈路直達，支持5G超大帶寬應用；

4）物理鏈路高安全：DU（5G無線接入單元）至OLT采用雙上行，OLT至物理網光交也盡量采用雙上行連接，且物理網光交呈環(huán)狀結構，極大地提高了DU設備的安全性；

5）線路帶寬易升級：OLT設備可實現(xiàn)平滑升級，設備不換、機房不改、平滑擴展，實現(xiàn)“超100 G”帶寬；

6）節(jié)省物理網光纖資源：采用OLT設備作為CU、DU之間的匯聚點，可以起到大幅匯聚基站上行光纜的作用，降低對光纖物理網資源的消耗。

（3）方案二缺點

1）需克服OLT時延較大問題：由于OLT的上行采用TDMA（時分復用）方式，因此上行信息流時延暫時無法滿足5G的超低時延需求。因此，如采用OLT融合承載無線及有線業(yè)務，需要對OLT時延進行優(yōu)化，或者通過端到端QoS保障5G基站業(yè)務傳輸?shù)蜁r延、高可靠和大帶寬的需求；

2）CU覆蓋范圍有限：由于DU通過光纖物理網直接匯接到CU，且光纖物理網單環(huán)上僅能帶4~6個光交，密集城區(qū)每個光交覆蓋半徑為1 km左右，這意味著CU覆蓋范圍內能接入的基站數(shù)量受覆蓋面積限制而容量有限，不能最大限度地發(fā)揮CU的效能。

3.3 其他傳輸方案

除以上兩種方案外，還可以采用以下方案：

（1）方案三：以方案一為基本網絡架構，結合方案二，具體是將接入層的MS-OTN設備作為綜合接入設備，MS-OTN同時接入基站以及OLT設備，基站完成無線接入，OLT設備完成有線接入。

（2）方案四：以方案二為基本網絡架構，將OLT設備用超低時延交換機替代，采用三層交換機或路由器進行回傳。

（3）方案五：以方案二為基本網絡架構，將OLT設備用高速IPRAN設備替代。

（4）方案六：以方案三為基本網絡架構，暫時不建設接入層的MS-OTN環(huán)，DU直接通過光纖物理網接入CU。此方案占用纖芯資源較多，適用于少量補點，不適用于大規(guī)模建設。

在實際的建設過程中，具體采取何種傳輸組網方案，主要取決于以下條件：

（1）CU的定位：CU在網絡層級中的定位，即CU位置的選擇、覆蓋的范圍、接入用戶規(guī)模等。如果CU在匯聚層面，覆蓋廣、容量大，采用方案一更合理；反之，如果CU在接入匯聚層面，位置與4G BBU機房位置類似，則可采用方案五。

（2）資金投入：投資的大小也對網絡架構的選擇起到重要的影響作用，方案一、方案三投資巨大，但網絡架構清晰、合理，能滿足5G傳輸各項指標。方案二、三、五投資較低，適用于試點階段或少量補點建設。

（3）技術進步：技術的進步也可以改變網絡建設方式，例如OLT設備能解決時延、同步，IPRAN設備能解決帶寬等技術難題，5G網絡的接入方式將更加豐富。

實際建設時，還是應根據具體的情況，靈活選取組網方式，以期能達到網絡最優(yōu)、投資最省的效果。

4 結束語

5G正在逐步成熟，給傳送網絡帶來的不僅是流量的攀升，低時延、高可靠、靈活智能等要求都是對現(xiàn)有網絡架構的挑戰(zhàn)，因此本文結合具體的建設需求，提供了多種傳輸解決方案。隨著5G標準的進一步明確，筆者認為傳送網目前還需要重點關注CU的定位、網絡層級、覆蓋密度，這將決定匹配何種傳輸組網方案更為合理，并按最優(yōu)的承載方案提前準備光纖和機房資源，為迎接5G的部署做好充分的準備工作。