陳常梅

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司山東分公司, 濟南 250001）

1 C-RAN場景分析

隨著5G標準逐漸明確及頻段逐漸確定，據(jù)相關(guān)測算，在5G無線網(wǎng)絡(luò)部署中，如采用3.5 GHz頻段，基站密度將為4G基站的1.5～2倍；如采用4.8 GHz或者6 GHz以上頻段，基站密度將會更高。BBU集中的C-RAN組網(wǎng)方式將成為在5G無線接入網(wǎng)層面的比較可能的一種建設(shè)選擇。

按照目前5G標準動向，5G無線接入網(wǎng)架構(gòu)有CU/DU合設(shè)和CU/DU分離二種。在CU/DU合設(shè)的架構(gòu)下，與4G無線接入網(wǎng)類似，為便于分析，本文仍將CU/DU統(tǒng)一稱為BBU，傳輸承載分前傳和回傳進行探討。

C-RAN的整體組網(wǎng)如圖1所示。

C-RAN集中方式目前分為大集中和小集中兩種。大集中方式傳輸承載壓力大，但機房數(shù)量少整體選址難度小；小集中傳輸承載壓力小，但機房數(shù)量多整體選址難度加大。大集中和小集中對傳輸承載要求的不同主要體現(xiàn)在移動城域網(wǎng)接入層，在匯聚層以上基本相同，大集中方式的傳輸接入層組網(wǎng)方案也同樣適用于小集中方式，但是規(guī)模有所降低。C-RAN集中規(guī)模的選擇需根據(jù)機房、電源、管道等基礎(chǔ)資源綜合確定，如原有機房資源比較充足，可以采用小集中的模式。

參照某省移動大集中C-RAN規(guī)劃設(shè)置，每個C-RAN機房根據(jù)業(yè)務密集程度不同所帶5G基站數(shù)量為23-45個不等，如表1所示。本文后續(xù)參照此規(guī)模進行傳輸承載需求分析。

圖1 C-RAN承載組網(wǎng)示意圖

2 C-RAN前傳承載方案分析

對于C-RAN機房，按照前述場景，前傳需要解決23-45個5G基站AAU到BBU的連接。如果仍舊采用現(xiàn)網(wǎng)拉遠站的光纖直連模式，1個S111基站一般需要6根以上光纖連接至BBU，基站至C-RAN節(jié)點間將消耗大量光纜纖芯，如使用現(xiàn)有綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)主干光纜共享纖芯，很多光纜段落即使資源耗盡也不能滿足需求，比較可行的方式是為拉遠站新增光纜。

表1 C-RAN不同場景所帶基站情況表

采用光纖直連模式，進出C-RAN機房的光纜條數(shù)激增，給機房進出局產(chǎn)生較大壓力。光纖直連模式對管道、光纜、機房都會產(chǎn)生很大挑戰(zhàn)，造價高，現(xiàn)網(wǎng)難以滿足，所以除個別就近方便接入的無線站點，不建議采用此種方式。

為解決C-RAN前傳問題，需引入減少光纜纖芯占用的新技術(shù)減少C-RAN開通所需要的纖芯數(shù)量 ，目前主要采用有源波分和無源波分技術(shù)，如圖2所示。

在采用有源波分和無源波分技術(shù)后，拉遠站對光纖需求量大為減少，對一個C-RAN機房，拉遠纖芯數(shù)量可以減少到23-45芯及以下，基本可以使用綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)主干光纜纖芯雙向接入予以解決，個別段落不滿足可少量放纜，難度較小。波分技術(shù)的采用可使C-RAN建設(shè)不對現(xiàn)有末端接入光纜網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生較大沖擊。

參考某省移動的有源波分和無源波分試點情況，我們對兩種C-RAN承載方式進行了對比分析，如表2所示。

表2 有源波分和無源波分建設(shè)方式比較

圖2 有源波分和無源波分部署方案圖

從網(wǎng)絡(luò)維護難度和安全性角度看，有源波分方式優(yōu)于無源波分，如有源波分方式造價降低，將會是一種值得期待的前傳解決方案。

另外WDM-PON技術(shù)也是一種值得期待的C-RAN前傳承載技術(shù)。WDM-PON組網(wǎng)結(jié)構(gòu)非常適合點到多點傳輸， 每個ONU處的接入速率能達到吉比特以上，與C-RAN的傳輸承載需求比較適配，但目前尚無成熟的商業(yè)應用。各種非裸光纖的C-RAN前傳解決方式同時都面臨URLLC業(yè)務的低時延挑戰(zhàn)，需要開發(fā)相應的低時延設(shè)備。

3 C-RAN回傳承載方案分析

5G涉及的三種主要覆蓋場景 ：eMBB-連續(xù)廣域覆蓋及熱點高流量、URLLC低時延高可靠、mMTC低功耗大連接。按照目前5G標準，5G的各項功能特性將對現(xiàn)有傳輸網(wǎng)產(chǎn)生極大挑戰(zhàn)。

（1） BBU裂化為DU和CU， DU和RRU合并部署，CU部署在BBU集中機房或匯聚層以上，CU之間需要進行協(xié)同。

（2）5G核心網(wǎng)部分功能將下沉至城域，MEC/RGW下沉至城域匯聚節(jié)點，DGW下沉至城域核心節(jié)點，相應的Gi接口將終結(jié)在城域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)；

（3）基站單站接入帶寬增大，峰值帶寬將達到5-20 Gbit/s；（4）三層功能下移到接入層，接入層產(chǎn)生互聯(lián)流量；（5）同步性能要求提高，時延要求達到ms級別；（6）提出端到端切片的訴求，要滿足不同業(yè)務差異化SLA需求。

按照CU部署在C-RAN機房這種可能情況進行分析，CU接口分析應為10×GE/25×GE，甚至50×GE及以上，需要三層功能，全網(wǎng)端到端要求時延為豪秒級。

對照需求， 現(xiàn)有PTN網(wǎng)已經(jīng)無法滿足5G承載需求，具體分析如表3。

3.1 接入層承載組網(wǎng)方案分析

按照C-RAN需求建設(shè)的5G回傳網(wǎng)，接入層帶寬應在100 Gbit/s以上，匯聚層以上應考慮T級別的設(shè)備，采用的設(shè)備應支持低時延、L3功能、FlexE、網(wǎng)絡(luò)分片等功能，目前尚無合適的傳輸承載設(shè)備。中國移動等5G研究機構(gòu)和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟正在研究SPN等新技術(shù)標準和新型設(shè)備，目前尚無明確的產(chǎn)品推出。由于5G承載需求變化，5G回傳網(wǎng)絡(luò)存在多樣可變性。

C-RAN接入層承載可能的組網(wǎng)方案見圖3，涉及兩種組網(wǎng)方式。方式1為每個C-RAN節(jié)點雙上聯(lián)到匯聚節(jié)點。方式2為4-5個C-RAN節(jié)點組環(huán)連接至匯聚節(jié)點。方式1對設(shè)備要求低，但組網(wǎng)需要的光纖方向和數(shù)量多；方式2對設(shè)備組網(wǎng)帶寬要求高，但結(jié)構(gòu)簡單需要光纖的數(shù)量少。在實際組網(wǎng)應根據(jù)設(shè)備性能和現(xiàn)網(wǎng)情況選擇使用。

從C-RAN接入層組網(wǎng)可見，5G后時代采用C-RAN方式建設(shè)后，傳輸接入節(jié)點數(shù)量減少，設(shè)備能力要求提高，按照一個省內(nèi)中型地市城域網(wǎng)城區(qū)有80個綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)估算，需要160-240套C-RAN節(jié)點接入設(shè)備。由于時延和容量的限制，匯聚節(jié)點下移成為趨勢，基本2-4個綜合業(yè)務接入?yún)^(qū)考慮一對匯聚節(jié)點設(shè)備，按照這種比例估算，一個中型城域網(wǎng)考慮40-80套匯聚節(jié)點設(shè)備，對匯聚機房的壓力增大。

3.2 核心、匯聚層承載組網(wǎng)方案分析

目前4G移動城域承載PTN網(wǎng)的核心及匯聚層結(jié)構(gòu)如圖4所示，核心層、匯聚層結(jié)構(gòu)層級較多。

5G核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)將會較4G簡化，部署NFV，核心網(wǎng)云化下移，業(yè)務多點終結(jié)，尤其MEC將部署到網(wǎng)絡(luò)邊緣，甚至部署到C-RAN節(jié)點，需要超扁平化的結(jié)構(gòu)才能滿足端到端時延的要求，需要承載網(wǎng)也相應減少結(jié)構(gòu)層級，采用新型設(shè)備進行組網(wǎng)，對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化調(diào)整。

圖3 C-RAN接入承載的組網(wǎng)方式

表3 PTN現(xiàn)網(wǎng)承擔C-RAN回傳的能力分析

5G核心網(wǎng)基于時延等要求，基本不再跨地市進行核心網(wǎng)部署，省干傳送網(wǎng)將可不再考慮5G核心網(wǎng)到各個地市的無線接入網(wǎng)之間的傳輸承載。移動城域網(wǎng)可能的5G傳輸承載網(wǎng)絡(luò)核心層及匯聚層承載結(jié)構(gòu)如圖5，將主要采用口字形直連，匯聚層節(jié)點設(shè)備之間可能需要互聯(lián)，需根據(jù)后續(xù)標準要求再進行明確。

圖4 移動城域4G承載PTN網(wǎng)核心及匯聚層結(jié)構(gòu)圖

圖5 5G承載網(wǎng)核心及匯聚層結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)束語

由于5G標準和新型傳輸設(shè)備的不確定性，5G傳輸承載方案還需持續(xù)跟蹤及研究。采用C-RAN方式進行5G承載建設(shè)，基礎(chǔ)機房及管道資源準備非常重要，基礎(chǔ)資源穩(wěn)固可靠才能保證整個傳送網(wǎng)和業(yè)務網(wǎng)的安全可靠性，移動城域網(wǎng)應及早統(tǒng)籌建設(shè)。

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