鄔張帆，莊常進(jìn)

（湖北郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，湖北 武漢 430023）

0 引 言

5G（第五代通信技術(shù)）致力于構(gòu)建信息與通信技術(shù)的生態(tài)系統(tǒng)，是未來無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的前言，對全世界發(fā)展相關(guān)行業(yè)產(chǎn)生了巨大的推動作用。與目前成熟的4G技術(shù)相比，5G技術(shù)可以更好地滿足未來爆炸性的移動數(shù)據(jù)流量增長，并支持海量設(shè)備連接，通過與行業(yè)之間的深度融合，滿足不同企業(yè)終端互聯(lián)網(wǎng)的個性化需求。

1 目前5G承載面臨的挑戰(zhàn)

現(xiàn)階段，各地區(qū)正在積極開展5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，其中“5G建設(shè)，承載先行”的口號闡述了承載網(wǎng)絡(luò)對5G發(fā)展的重要性[1]。但是，實(shí)際上5G時(shí)代下的業(yè)務(wù)特征及其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)明顯區(qū)別于4G，這對于5G技術(shù)是一個巨大挑戰(zhàn)。

（1）5G的RAN網(wǎng)絡(luò)能夠在原有4G技術(shù)上進(jìn)行技術(shù)結(jié)構(gòu)演進(jìn)。傳統(tǒng)的4G網(wǎng)絡(luò)采用了兩級結(jié)構(gòu)模式，主要包括RRU（射頻拉遠(yuǎn)單元）和BBU（基帶處理模塊）；5G網(wǎng)絡(luò)則采用了三級結(jié)構(gòu)模式，包括AAU（有源天線單元）、DU（分布單元）和CU（集中單元），具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。在這種結(jié)構(gòu)改變下，5G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸渠道進(jìn)一步改變，帶給承載網(wǎng)挑戰(zhàn)。

（2）在目前的4G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，逐漸凸顯的單個基站寬帶顯著增加，基站不穩(wěn)定的密度加大，造成基站選址困難、基站利用率低、機(jī)房成本增加等。在5G環(huán)境下，上述問題沒有得到解決甚至?xí)尸F(xiàn)出“愈演愈烈”的情況。基于這一特征可以判斷，在未來5G技術(shù)快速發(fā)展的情況下，還需要進(jìn)一步延續(xù)目前4G網(wǎng)絡(luò)的BBU基礎(chǔ)策略，將5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的DU作為核心組網(wǎng)架構(gòu)。

圖1 5G與4G技術(shù)的結(jié)構(gòu)比較

（3）在5G技術(shù)環(huán)境下，核心網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)該考慮5G低時(shí)延業(yè)務(wù)的時(shí)效性特征。所以，在5G環(huán)境下，核心網(wǎng)的下移將會成為一個主流的發(fā)展趨勢，尤其是未來較為常見的uRLLC等具有時(shí)延敏感性的業(yè)務(wù)[2]。

（4）在核心網(wǎng)下移并云化后，MEC將會承擔(dān)運(yùn)算壓力，分擔(dān)核心網(wǎng)流量的功能，因此數(shù)量會隨著時(shí)間的推移而逐漸增多。但是，不同類型的業(yè)務(wù)還是會歸屬到不同云上，這就決定了需要承載網(wǎng)能夠提供不同業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)，在CU歸屬的基礎(chǔ)上分類到不同的MEC上。

綜上所述，在目前5G技術(shù)快速發(fā)展的情況下，5G承載網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)嚴(yán)峻，突出表現(xiàn)在組網(wǎng)靈活性、時(shí)延性以及帶寬容量等方面。所以，為了更好地滿足未來社會發(fā)展對5G技術(shù)的需求，如何通過一個承載網(wǎng)滿足不同的業(yè)務(wù)需求已經(jīng)成為相關(guān)人員必須要關(guān)注的內(nèi)容。第一，與當(dāng)前的4G技術(shù)相比，5G的網(wǎng)絡(luò)帶寬預(yù)計(jì)會有數(shù)十倍的增長，會造成承載網(wǎng)帶寬快速增加，此時(shí)25G高速率能被部署到網(wǎng)絡(luò)邊緣，而成本相對較低的25G/50G光模塊和WDM（波分復(fù)用）已經(jīng)成為5G承載網(wǎng)必須要面臨的挑戰(zhàn)。第二，受5G核心網(wǎng)云化、網(wǎng)絡(luò)切片等實(shí)際業(yè)務(wù)需求的影響，5G回傳網(wǎng)絡(luò)對連接提出了更高的靈活性要求。所以，為了能夠更好地適應(yīng)這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展變化，需要進(jìn)一步探索數(shù)據(jù)傳輸過程中的質(zhì)量控制。從當(dāng)前相關(guān)技術(shù)的發(fā)展情況來看，以太網(wǎng)虛擬專用網(wǎng)、引入分段路由等新基礎(chǔ)滿足5G承載的運(yùn)行要求，但是如何更好地實(shí)現(xiàn)兩者之間的結(jié)合，已經(jīng)成為工作人員重點(diǎn)探索的內(nèi)容。

2 5G承載的接入技術(shù)分析

2.1 全頻接入技術(shù)

2.1.1 全頻接入技術(shù)的技術(shù)特征

作為5G技術(shù)的重要技術(shù)組成部分，基于承載網(wǎng)的全頻接入技術(shù)得到了充分發(fā)展?，F(xiàn)階段，全頻接入技術(shù)包含了6 GHz以下的低頻段和6 GHz的高頻段，其中5G技術(shù)的核心是低頻段，是保證無縫覆蓋的關(guān)鍵，而高頻段則作為輔助功能保證覆蓋區(qū)域內(nèi)的熱點(diǎn)速度提升。全頻接入技術(shù)下，通過低頻與高頻共存的方法，技術(shù)中充分結(jié)合了低頻技術(shù)與高頻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，因此能更好地滿足5G承載業(yè)務(wù)需求。目前，全頻接入技術(shù)的主要研究方向是高頻段與蜂窩通信的結(jié)合。雖然多數(shù)研究證明這種情況可能會影響其覆蓋范圍，但是數(shù)據(jù)傳輸功能更強(qiáng)。

2.1.2 高效新波形

在4G LTE技術(shù)下采用的OFDM頻率已經(jīng)得到了5 bit/Hz。相比之下，5G技術(shù)采用的新型F-OFDM濾波正交頻分復(fù)用技術(shù)的頻率在理論上可以實(shí)現(xiàn)50 bit/Hz，與目前的4G技術(shù)相比實(shí)現(xiàn)了顯著突破。F-OFDM的基本原理是將系統(tǒng)帶寬劃分為不同子帶，而子帶之間設(shè)置靈活可變的保護(hù)間隔，且子帶可以根據(jù)QoE的報(bào)文水平配置相應(yīng)的子帶帶寬，各子帶之間在子帶濾波器的作用下完成濾波，實(shí)現(xiàn)子帶波形解耦。

此外，F(xiàn)-OFDM具有更強(qiáng)的穩(wěn)定性，每個子帶傳送的數(shù)據(jù)不易被干擾、泄露，因此在數(shù)據(jù)指標(biāo)穩(wěn)定的情況下，可以獲得理想的數(shù)據(jù)傳輸效果。從場景動態(tài)劃分情況來看，能夠按照不同的場景分布采用相應(yīng)的場景模式。此時(shí)，不同的子帶不僅能夠采用單載波分散模式，還能在上行模式下聯(lián)合使用多種模型，如近端采用CP-OFDM，此時(shí)的基站不需要為UE分配域設(shè)置連續(xù)的子載波，而在遠(yuǎn)端的用戶則可以采用DF-SOFDM波形。這種設(shè)計(jì)方法能夠確保每個子帶配置不同的子載波間隔，且CP長度也存在差異，保證了靈活運(yùn)用，可滿足5G承載網(wǎng)的功能需求。

2.1.3 高頻技術(shù)與低頻技術(shù)的混合接入

混合組網(wǎng)是5G技術(shù)的主要特征，也是承載網(wǎng)未來技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)內(nèi)容。從前文研究可知，現(xiàn)階段5G承載網(wǎng)面臨著高速率網(wǎng)絡(luò)傳輸分布差的情況。因此，在全頻接入技術(shù)的基礎(chǔ)上，可以通過高頻與低頻混合接入的方法有效解決這一問題。

一方面，5G通過上下行頻率耦合技術(shù)，在下行功率傳輸階段通過高頻波段的有效覆蓋，使不同范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸獲得更理想效果。此時(shí)，在上行可以采用頻率共享的方法，由蜂窩小區(qū)自動識別各個移動終端的信號情況，保證目標(biāo)區(qū)域的任何一個交流都可以獲得滿意的5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋[3]。

另一方面，在混合組網(wǎng)的設(shè)計(jì)中，可以采用數(shù)據(jù)面與控制面相分離的方法。這種設(shè)計(jì)方法可以確保終端處于熱點(diǎn)區(qū)域時(shí)能直接通過低頻蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控各類數(shù)據(jù)的傳輸情況，此時(shí)的高頻蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)完成數(shù)據(jù)傳輸。而在終端處于非熱點(diǎn)區(qū)域的情況下，高頻與低頻之間的工作模式直接調(diào)換，可以確保無論在熱點(diǎn)還是在非熱點(diǎn)的環(huán)境下都可以確保5G數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。

2.2 中轉(zhuǎn)/回傳的承載方案

在5G環(huán)境下，用戶的業(yè)務(wù)需求產(chǎn)生了更加明顯的變化。例如，mMTC物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的處理需要采用大連接的模式，此時(shí)的業(yè)務(wù)帶寬與業(yè)務(wù)需求存在差異。所以，為了更好地滿足這種承載網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求，可以考慮通過中轉(zhuǎn)/回傳的承載方案。

目前，主流的5G回傳網(wǎng)絡(luò)路由轉(zhuǎn)發(fā)功能的實(shí)現(xiàn)主要有兩種模式：（1）繼續(xù)使用現(xiàn)有的IPRAN技術(shù)（基于IP的無線接入網(wǎng)），而為了可以更好地適應(yīng)5G環(huán)境下對更大數(shù)據(jù)傳輸容量的需求，可以在IPRAN技術(shù)的基礎(chǔ)上添加50GG或者25GE，且針對縣級單位等提供基于WDM/OTN網(wǎng)絡(luò)的大量波長鏈接；（2）若此時(shí)的WDM/OTN方案已經(jīng)具備相應(yīng)的ODUK（光通路數(shù)據(jù)單元）和MPLS-TP（以太網(wǎng)/多協(xié)議標(biāo)簽轉(zhuǎn)換傳送應(yīng)用）的分組業(yè)務(wù)處理模式，則可以在現(xiàn)有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步增強(qiáng)其中的數(shù)據(jù)處理功能，采用一種更加緊湊的組網(wǎng)方案與設(shè)備形態(tài)來滿足5G環(huán)境下的承載網(wǎng)靈活應(yīng)用要求。

同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)切片被認(rèn)為是5G技術(shù)的新需求，其中的核心內(nèi)容是對網(wǎng)絡(luò)資源做不同的隔離與劃分。為了滿足這種需求，在中轉(zhuǎn)/回傳的承載方案中，可以考慮提供基于L1的硬切片與L2/L3軟切片兩個層次的網(wǎng)絡(luò)切片傳承方案。

3 結(jié) 論

5G技術(shù)的出現(xiàn)能夠加快實(shí)現(xiàn)移動通信技術(shù)的更新升級。從本文的研究結(jié)果可知，現(xiàn)階段5G技術(shù)承載網(wǎng)面臨著挑戰(zhàn)。所以，為了可以更好地適應(yīng)這種挑戰(zhàn)，需要充分發(fā)揮相關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢，完善5G技術(shù)的體系格局，從而更好地推動5G的發(fā)展。