張 蒙（南方電信規(guī)劃咨詢設(shè)計院有限公司珠海分公司，廣東珠海519000）

1 概述

2019年是5G規(guī)模建設(shè)和商用的元年。5G是移動網(wǎng)絡(luò)演進的方向和趨勢，以其大帶寬、低時延、大連接等特性，提供了前所未有的網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)，實現(xiàn)萬物互聯(lián)，將深刻影響社會變革和人們的工作生活。5G網(wǎng)絡(luò)采用靈活的空口資源配置，能提供更高速率、更低時延、更多連接，能針對各種業(yè)務(wù)場景實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片；5G網(wǎng)絡(luò)面向服務(wù)的架構(gòu)確保了統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)接口，能有效滿足eMBB、uRLLC和mMTC等三大應(yīng)用場景以及各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、語音業(yè)務(wù)和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求。

5G網(wǎng)絡(luò)的三大特性，對與之相匹配的新一代承載網(wǎng)在帶寬、容量、時延和組網(wǎng)靈活性方面提出了新的要求，而為了滿足5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的變化，新一代承載網(wǎng)也需要在結(jié)構(gòu)上、技術(shù)上進行優(yōu)化。如何利用一張統(tǒng)一的承載網(wǎng)既滿足5G不同業(yè)務(wù)的承載需求，又能升級運營商原傳輸網(wǎng)絡(luò)所承載的3G、4G、政企專線等業(yè)務(wù)，是5G承載網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)所面臨的巨大挑戰(zhàn)。

2 IP RAN承載網(wǎng)現(xiàn)狀分析

從2G網(wǎng)絡(luò)開始到即將到來的5G時代，無線承載網(wǎng)絡(luò)發(fā)展了30年，從SDH技術(shù)發(fā)展到IP RAN/PTN技術(shù)，再到5G時代的IP RAN2.0/SPN/M-OTN技術(shù)，無線承載網(wǎng)絡(luò)基本是每10年更新一代，承載網(wǎng)隨無線技術(shù)發(fā)展歷程如圖1所示。

2.1 地（市）級別IP RAN承載網(wǎng)現(xiàn)狀

4G時代的地（市）級別IP RAN承載網(wǎng)主要采用城域ER、匯聚ER（P設(shè)備）、匯聚層B設(shè)備、接入層A設(shè)備來進行組網(wǎng)，承載LTE、IP化3G基站以及一些有大帶寬高可靠需求的政企業(yè)務(wù)。A設(shè)備采用裸纖或城域波分接入B設(shè)備，具體典型拓撲圖如圖2所示。

圖2的4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，接入層的A1設(shè)備主要用于4G基站BBU采用D-RAN模式時的對接，接入環(huán)帶寬均為GE，A1設(shè)備的產(chǎn)品形式為盒式設(shè)備，不能進行靈活的插卡擴容；接入層的A2設(shè)備主要用于4G基站BBU采用C-RAN模式時的對接，或者接入一些政企業(yè)務(wù)，接入環(huán)帶寬為10GE，A2設(shè)備為具有3槽位能靈活擴容板卡的槽式設(shè)備。

2.2 現(xiàn)有4G IP RAN承載網(wǎng)存在問題分析

a）接入層A設(shè)備：現(xiàn)4G承載網(wǎng)所承載的無線基站、室分接入層都是采用盒式的A1設(shè)備，光端口為GE端口，不能滿足5G業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。

圖1 承載網(wǎng)隨無線技術(shù)發(fā)展時間示意圖

圖2 典型地市IP RAN承載網(wǎng)拓撲示意圖

b）匯集層B設(shè)備：現(xiàn)4G承載網(wǎng)所承載的無線基站、室分匯聚層B設(shè)備主要采用的是3槽B1設(shè)備，不能擴容100GE端口，不能滿足5G業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。

c）匯聚ER：已建設(shè)的匯聚ER上聯(lián)城域ER主要采用n×10GE的鏈路，在5G建設(shè)過程中能通過擴容100GE端口滿足5G業(yè)務(wù)的發(fā)展需求，但有可能存在部分匯聚ER沒法擴容，需要更換設(shè)備的情況。

d）城域ER：已建設(shè)的城域ER設(shè)備上聯(lián)省匯聚路由器的帶寬主要是通過波分通道，采用n×10GE的鏈路，在5G建設(shè)初期能通過擴容100GE端口滿足5G業(yè)務(wù)的發(fā)展需求，而同時也需要配套建設(shè)能承載100G帶寬的OTN設(shè)備。而在5G規(guī)模建設(shè)階段，5G的業(yè)務(wù)量會迅速增長，并將在本地核心層部署MEC，因此還需要增加城域ER設(shè)備。

圖3 5G功能模塊重構(gòu)示意圖

圖4 5G網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

3 5G承載網(wǎng)規(guī)劃方法

3.1 5G網(wǎng)絡(luò)簡介

5G基站架構(gòu)相對于4G發(fā)生了很大的變化，將由4G BBU、RRU 2級結(jié)構(gòu)演進到CU、DU和RRU/AAU 3級結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

集中單元（CU）是由原BBU非實時部分分割出來的，處理非實時協(xié)議和服務(wù)。

分布式單元（DU）負責處理物理層協(xié)議和實時服務(wù)，為了節(jié)省RRU與DU之間的傳輸資源，部分物理層功能可上移至RRU。

同時，為了滿足5G低時延業(yè)務(wù)處理的時效性，需要將原有部署在機樓的核心網(wǎng)部分功能下移。以減少用戶設(shè)備到核心網(wǎng)的時延。因此，在核心網(wǎng)側(cè)需要推動移動邊緣計算（MEC）的標準化，同時考慮MEC下移以及云化。將核心網(wǎng)從核心層下沉到匯聚層，原先的4G核心網(wǎng)拆分成New Core和MEC 2個部分。其中New Core將云化部署在匯聚層的區(qū)域匯聚中心，MEC將部署在區(qū)域匯聚或更低的位置匯聚層，這對承載網(wǎng)提出更加靈活的Mesh組網(wǎng)需求。綜合考慮產(chǎn)業(yè)成熟情況，減少網(wǎng)元數(shù)，降低網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和工程實施難度，減少時延，縮短減少周期，在5G建設(shè)的初級階段，CU和DU 2個邏輯單元建議合設(shè)為BBU設(shè)備形態(tài)。5G網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如圖4所示。

5G的BBU組網(wǎng)方式主要分為D-RAN（BBU分散設(shè)置）、C-RAN（BBU集中設(shè)置）2種場景模式。

a）如果在基站端機房環(huán)境良好、光纜路由及資源充分的情況下，可采用D-RAN。

b）考慮到5G前端基站規(guī)模數(shù)量將是現(xiàn)有4G、3G基站數(shù)量的3~4倍，運營商還需要新增數(shù)量龐大的5G前端基站。采用C-RAN，將BBU設(shè)備集中設(shè)置于運營商自己的通信機房，前端基站只需要安裝開通AAU即可，即不需要再建設(shè)基站機房（需要完成租賃或自建），只要明確安裝AAU空間以及完成供電、引入光纜的建設(shè)即可開通5G基站。這樣既節(jié)省基站建設(shè)的投資，又加快開站的速度，因此新建5G前端基站采用CRAN模式是運營商的首選。

3.2 5G承載網(wǎng)絡(luò)與4G承載網(wǎng)的差異分析

因5G技術(shù)產(chǎn)生的新需求、新業(yè)務(wù)，使5G承載網(wǎng)絡(luò)對比4G承載網(wǎng)呈現(xiàn)出以下差異。

a）4G承載網(wǎng)絡(luò)主要是以4G核心網(wǎng)為中心提供點到多點（P2MP）業(yè)務(wù)，而由于5G核心的云化架構(gòu)，使5G承載網(wǎng)絡(luò)以DC為中心提供更復雜的多點到多點（MP2MP）業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)中心互聯(lián)（DCI）業(yè)務(wù)。

b）針對eMBB業(yè)務(wù)的需求，5G承載網(wǎng)絡(luò)單站的帶寬需求已從100~300 Mbit/s大幅提升到3~10 Gbit/s，現(xiàn)有的4G承載網(wǎng)是沒辦法滿足需求的，需要采用新的、更大帶寬能力的承載設(shè)備來組建新的5G承載網(wǎng)絡(luò)。

c）5G承載網(wǎng)絡(luò)采用L3到邊緣技術(shù)（降低橫向時延）、MEC/CDN下沉（降低縱向時延）以及新承載設(shè)備（采用低時延轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)）等手段，可以將時延從4G時代的小于10 ms優(yōu)化到小于2 ms，以滿足uRLLC的要求。

d）在4G承載網(wǎng)絡(luò)中，LTE FDD采用的是頻率同步，同步要求是±1.5μs；而在5G承載網(wǎng)絡(luò)中，將時鐘源下移到匯聚層以減少無線空口與時鐘源之間的跳數(shù)，提高承載設(shè)備精度，單點設(shè)備同步精度提高到15 ns并能支撐大于20跳的組網(wǎng)，從而做到eMBB同步時間在±1.5 μs、uRLLC同步時間達到±390 ns。

e）針對垂直行業(yè)，由于5G網(wǎng)絡(luò)引入的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，實現(xiàn)海量物聯(lián)網(wǎng)，使得物連接數(shù)量從4G時代的1萬/km2大幅提升到了100萬/km2。

3.3 5G承載網(wǎng)需求預測

承載網(wǎng)帶寬需求分析均基于對5G業(yè)務(wù)的流量預測。結(jié)合4G用戶帶寬流量使用情況以及5G基站帶寬能力，5G帶寬峰值按3.36G，5G帶寬均值初期按300M、中期按700M測算。5G承載網(wǎng)需求預測見表1。

a）采用D-RAN模式，5G規(guī)模建設(shè)階段接入層環(huán)采用10GE帶寬，建議一個接入層環(huán)上所帶5G基站（BBU）數(shù)量不超過10個。

b）采用C-RAN模式，5G規(guī)模建設(shè)階段接入層環(huán)采用10GE帶寬，建議一個接入層環(huán)上所帶5G基站（BBU）數(shù)量不超過20個。

c）采用C-RAN模式，5G規(guī)模建設(shè)階段接入層環(huán)采用50GE帶寬，建議一個接入層環(huán)上所帶5G基站（BBU）數(shù)量不超過50個。

3.4 5G承載網(wǎng)規(guī)劃原則

地（市）級5G承載網(wǎng)絡(luò)需要按5G建設(shè)最終規(guī)模來制定與之相符合的目標網(wǎng)架構(gòu)。5G承載網(wǎng)匯聚層及核心層應(yīng)按目標網(wǎng)架構(gòu)進行組網(wǎng)，分階段按需建設(shè)；接入層需要結(jié)合無線網(wǎng)建設(shè)計劃分階段進行建設(shè)。主要的規(guī)劃原則建議如下。

3.4.1 接入層規(guī)劃原則

a）5G BBU優(yōu)先采用C-RAN模式部署，對于光纜等資源不足或其他因素受限的情況可考慮D-RAN模式部署。

b）A設(shè)備原則上與無線BBU同機房部署，BBU與A設(shè)備之間采用10GE光口對接。

c）A設(shè)備應(yīng)充分利用現(xiàn)網(wǎng)資源，盡量避免同址多臺A設(shè)備對堆疊；同時結(jié)合光纜情況選用10GE或50GE環(huán)組網(wǎng)；C-RAN模式新增A設(shè)備類型（采用A2設(shè)備），D-RAN模式可以采用新型A1或A2設(shè)備。

d）按無線新增BBU數(shù)乘以2折算為基站數(shù)（無線一個BBU最多可帶6個AAU，3個AAU為一個站），DRAN模式下，環(huán)上所帶5G基站不超過10個；C-RAN模式下，10GE環(huán)上所帶5G基站不超過20個，50GE環(huán)上所帶基站不宜超過50個。

e）接入層應(yīng)統(tǒng)籌考慮4G/5G基站的綜合接入：

（a）5G環(huán)覆蓋范圍內(nèi)：有4G基站建設(shè)需求，若原有A設(shè)備有空閑端口，可接入現(xiàn)有接入環(huán)，否則優(yōu)先接入新建環(huán)。

（b）5G環(huán)覆蓋范圍外：對于未來有5G需求的，統(tǒng)籌考慮4G/5G需求，采用新型A1或A2設(shè)備建設(shè)；對于無明確5G需求的偏遠地區(qū)，可考慮采用原A1設(shè)備建設(shè)，通過本地調(diào)撥解決。

表1 5G承載網(wǎng)需求預測

3.4.2匯聚層規(guī)劃原則

a）B設(shè)備成對進行組網(wǎng)，原則上設(shè)置在機樓（包括核心機樓和一般機樓）。

b）應(yīng)盡量避免同址多套B設(shè)備對堆疊，新增B設(shè)備的前提是不增加站點內(nèi)B設(shè)備數(shù)量，因此需要先對原有B設(shè)備進行替換割接，特別是存在B設(shè)備堆疊問題的站點，起碼要先按1∶2的比例進行舊B1設(shè)備的替換割接。

c）一般情況下，按流量峰值利用率來衡量B設(shè)備上行鏈路是否需要擴容。當利用率達到60%或以上時，每臺B設(shè)備擴容1條10GE鏈路；成對B設(shè)備流量峰值超過100GE時，上行改用100GE鏈路。

d）新增B設(shè)備需預留100GE板卡槽位。

e）鑒于原有B1設(shè)備接入能力較低，業(yè)務(wù)槽位少，擴容受限，難以滿足5G業(yè)務(wù)承載并且IP RAN骨干網(wǎng)的路由規(guī)模過大，需要減少B設(shè)備網(wǎng)元數(shù)量，提升網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。對于存在B設(shè)備堆疊問題的情況需要進行整改，整改措施包括：

（a）如果有新增B設(shè)備需求的站點，需先進行舊B設(shè)備替換，替換B設(shè)備與新增B設(shè)備比例不少于2∶1，以提高設(shè)備集中度并節(jié)省機房空間。

（b）B設(shè)備采用8槽或16槽大容量設(shè)備，盡量控制機房內(nèi)B設(shè)備數(shù)量。

f）綜合考慮到B設(shè)備交換能力和集中度，建議每對B設(shè)備下掛基站數(shù)不超過400個，包括250個5G基站、150個4G基站。

3.4.3 本地核心層規(guī)劃原則

a）匯聚ER一般設(shè)置在縣城機樓、大型城市的部分區(qū)域核心機樓，以減少多對B設(shè)備對長距離光纜/波分資源的占用；可參考城域網(wǎng)MSE網(wǎng)絡(luò)扁平化部署策略，結(jié)合地（市）光纜和波分資源情況，對區(qū)域內(nèi)匯聚ER設(shè)置的必要性進行分析。

b）匯聚ER設(shè)備建設(shè)原則上應(yīng)按需擴容，如果需要新增匯聚ER節(jié)點至少按1∶2的比例對現(xiàn)有設(shè)備進行替換。

c）匯聚ER設(shè)備上行參考B設(shè)備上行鏈路帶寬，原則考慮上行鏈路數(shù)量和帶寬。

d）城域ER/省級ER上行一般采用100GE或n×100GE鏈。

e）城域ER：根據(jù)需求進行板卡擴容或設(shè)備升級（單槽能力從100G升級到200G），后續(xù)根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展適時進行升級替換。

圖5 5G承載網(wǎng)建設(shè)的3個發(fā)展階段示意

4 5G承載網(wǎng)規(guī)劃方案

根據(jù)前面章節(jié)對典型地（市）運營商在4G時代已建成比較成熟的IP RAN承載網(wǎng)的現(xiàn)狀分析，并結(jié)合5G承載網(wǎng)規(guī)劃方法、原則，5G承載網(wǎng)可按3個建設(shè)階段來規(guī)劃建設(shè)。3個發(fā)展階段示意見圖5。

第1階段：2019年，典型地（市）運營商都會提出多個5G商業(yè)展示點，并針對每個展示點建設(shè)5G無線站點。該階段由于5G建設(shè)未形成規(guī)模，因此可依托現(xiàn)有已建的接入層10GE環(huán)，5G的BBU就近部署在有A2設(shè)備的接入網(wǎng)機房，接入現(xiàn)有的IP RAN承載網(wǎng)。如就近沒有A2設(shè)備，可以新建A2設(shè)備組成10GE接入環(huán)接入就近的B1設(shè)備?？偟膩碚f，第1階段，主要根據(jù)小規(guī)模的5G BBU數(shù)量，增加A2設(shè)備或者對原A2設(shè)備擴容10GE端口。

第2階段：預計在2020—2022年，這3年規(guī)劃建設(shè)時間，典型地（市）運營商應(yīng)將會分批建設(shè)5G基站，預計在2020年5G建站規(guī)模將與3G/4G無線站點數(shù)量相當，到2022年會初步達到5G網(wǎng)絡(luò)全覆蓋的規(guī)模（或至少達到人口密集區(qū)域全覆蓋），無線站點數(shù)量為3G/4G的3~4倍。因此，原有的IP RAN承載網(wǎng)以及設(shè)備均不能滿足建網(wǎng)的要求。在該階段，接入層、匯聚層以及核心層均規(guī)劃采用新的設(shè)備。

a）接入層采用新型A2設(shè)備來組網(wǎng)，主設(shè)備廠家提供的主要是DU和CU合設(shè)的BBU設(shè)備，5G BBU優(yōu)先采用C-RAN模式建設(shè)。按10GE環(huán)上所帶5G基站不超過20個的原則（無線1個BBU最多可帶6個AAU，3個AAU為1個站）以及新型A2設(shè)備性能情況，建議按C-RAN模式建設(shè)的接入網(wǎng)機房內(nèi)1臺新型A2設(shè)備最多接入10臺5G BBU設(shè)備，而按第2階段建設(shè)中平均每臺新型A2設(shè)備接入6臺5G BBU（相當于12個無線站點）估算，典型地（市）運營商在第2階段如果需要建設(shè)8 000個5G站點則需要安裝667臺新型A2設(shè)備。

b）匯聚層主要由新型B1設(shè)備組成，B1設(shè)備采用成對設(shè)置，下聯(lián)接入新建A2設(shè)備組成的10GE環(huán)，上聯(lián)通過口字型接入?yún)R聚B2設(shè)備或者直連城域ER，按照每對B設(shè)備下掛基站數(shù)不超過400個，包括250個5G基站、150個4G基站的原則，典型地（市）運營商在第2階段如果需要建設(shè)8 000個5G站點，按平均每對新型B1設(shè)備下掛基站200個估算，則需要新建B1設(shè)備40對，即平均每對B1設(shè)備收斂17臺A2設(shè)備。而B1設(shè)備上聯(lián)可根據(jù)B1設(shè)備布局位置、密度等綜合情況，分別選擇建設(shè)匯聚B2設(shè)備匯聚后上聯(lián)城域ER或者B1設(shè)備直接上聯(lián)城域ER。上聯(lián)鏈路帶寬根據(jù)運行流量從初步的n×10GE到100GE鏈路逐步升級擴容。

c）按照典型地（市）運營商最終規(guī)劃的5G建站數(shù)量考慮，在核心層需要新建2臺城域ER，并部署5G的ME。上聯(lián)省級ER則根據(jù)運行流量從初步的n×10GE到n×100GE鏈路逐步升級擴容，同時需要擴容、新建配套的省內(nèi)OTN系統(tǒng)。同時新建的2臺城域ER橫向與原IP RAN城域ER通過口字型10GE鏈路連通，原IP RAN內(nèi)連接的5G站點通過新城域ER設(shè)備上聯(lián)。

第3階段：預計在2022—2025年，5G網(wǎng)絡(luò)將會大規(guī)模使用，本階段主要是5G網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化、補點工作，并根據(jù)實際運行流量情況把部分接入層10GE環(huán)升級為50GE環(huán)，匯聚層上聯(lián)帶寬從100GE升級到200GE、400GE帶寬，城域ER可從n×100GE鏈路升級擴容到n×400GE鏈路等。同時在此階段，可以用已建成的新IP RAN承載網(wǎng)絡(luò)逐步割接原IP RAN內(nèi)還在使用的4G站點和政企專線，使原IP RAN設(shè)備逐步退網(wǎng)，最終統(tǒng)一到新IP RAN承載網(wǎng)中，并為新IP RAN承載網(wǎng)后繼的補點擴容騰出空間。