1 研究背景

隨著運營商5G試驗網建設不斷深入，5G網絡逐漸進入大規(guī)模部署階段?！?G商用，承載先行”，快速高效的規(guī)模部署滿足需求的5G承載網絡成為業(yè)界關注的焦點。在5G承載網中，前傳是其技術難度最大、成本最敏感、對維護效率影響最大的部分，實現一個高性價比的高效前傳網絡對5G承載網規(guī)模建設具有重要的意義[1]。

5G前傳部署中，具有“集中化、協作化、云計算化”和“綠色節(jié)能”特征的CRAN組網模式是演進的重要方向[2-3]。CRAN在降低基站選址難度、降低網絡建設和運維成本、協作化提升網絡性能等方面具有良好的優(yōu)勢，但CRAN大規(guī)模部署會迅速消耗機房、光纜基礎資源等設施，給5G網絡規(guī)模部署提出了挑戰(zhàn)[3-4]。本文通過分析基于CRAN的5G前傳網絡架構和建設需求，提出了基于“一張光纜網”結構的5G前傳網絡規(guī)模部署解決方案，實現

2 基于CRAN的5G前傳網絡架構和需求分析

5G NR將基站分為集中單元CU和分布單元DU兩個功能實體，5G RAN從4G/LTE網絡的基帶單元BBU與射頻拉遠單元RRU的兩級結構演進到了CU、DU和AAU（有源天線處理單元）的三級結構[5]。當CU和DU分離部署時，相應的承載網分解為前傳、中傳和回傳，AAU-DU之間稱為前傳，負責基站AAU和綜合業(yè)務接入點/DU集中點的業(yè)務調度。CRAN部署模式下，DU堆疊在中心機房集中部署，AAU放置在遠端天面，它們之間通過CPRI接口利用光纖進行連接[3]，基于CRAN的5G網絡架構如圖1所示。

圖1 基于CRAN的5G網絡架構

由于RAN廣覆蓋的特性，5G前傳網絡中的AAU數量巨大，對承載網末端資源消耗極大。光纜需求是5G前傳網絡部署所遇到的首要突出問題，對于光纖基礎設施，一方面要滿足大帶寬、低時延、高精度的要求，另一方面要控制日益增長的建設成本，以保持網絡的經濟可行性，作為業(yè)務承載的基礎，光纖基礎設施資源正成為5G差異化競爭要點[1,6]。此外，CRAN部署還需要大量的機房及其配套設施，使得前傳網絡成本幾乎占到接入承載網50%以上[1]。因此，解決CRAN建網時前傳網絡對光纜、機房和配套的需求及成本問題是規(guī)模部署必須要解決的難題。

3 運營商“一張光纜網”規(guī)劃

滿足5G規(guī)模建設對光纜的需求并能最大限度控制成本增長的方法就是通過“一張光纜網”規(guī)劃，對接入光纜網進行統(tǒng)一規(guī)劃和建設，通過對現有光纜網進行整合優(yōu)化，充分利用已有的光纖基礎設施，包括機房、光纜等，將5G基站接入光纜與有線寬帶接入光纜有效融合，實現全業(yè)務統(tǒng)一接入[7,8]?！耙粡埞饫|網”目標架構如圖2所示。資源合理配置，有效降低網絡、機房和配套成本，搭建優(yōu)質可靠、具有平滑演進能力、成本效益俱佳的5G前傳網絡。

圖2 “一張光纜網”目標網絡架構示意圖

“一張光纜網”基于網格化進行規(guī)劃設計，通過引入“綜合業(yè)務接入區(qū)”，將匯聚區(qū)劃分為更小的微網格，將匯聚機房的光纖匯聚、流量匯聚功能進一步下沉，實現多種業(yè)務需求與網絡資源的匹配。

綜合業(yè)務匯聚區(qū)承擔綜合業(yè)務接入區(qū)業(yè)務匯聚/收斂功能，通常由2~4個相鄰的綜合業(yè)務接入區(qū)組成，區(qū)內至少應含2個以上骨干匯聚機房節(jié)點。綜合業(yè)務接入區(qū)是為滿足基站、專線、家庭寬帶等業(yè)務接入需求，結合行政區(qū)域、自然區(qū)劃、路網結構和客戶分布，劃分而成的能獨立完成業(yè)務匯聚的區(qū)域，綜合業(yè)務接入區(qū)要明確業(yè)務歸屬，固化業(yè)務接入點，從而形成有序、清晰的光纜接入網。綜合業(yè)務接入區(qū)內應至少設置2個普通匯聚節(jié)點，城市中心區(qū)域其面積不大于3平方公里，一般城區(qū)面積不大于6平方公里，區(qū)域內應包括匯聚節(jié)點、主干接入光纜、分纖點、末端接入光纜等網絡要素。

為實現網絡深度覆蓋及資源精細化管控，進一步縮短業(yè)務末端接入距離，提升業(yè)務接入效率及降低重復建設率，還可以將綜合業(yè)務接入區(qū)劃分為更小的“微網格”，其覆蓋半徑根據業(yè)務密集程度一般為100~600 m。

“一張光纜網”結構下，接入主干光纜雙歸至兩個匯聚機房，采用主干光交箱實現配線環(huán)/鏈的纖芯分配，配線環(huán)雙歸至兩個主干光交箱，配線鏈單歸至一個主干光交箱，配線箱作為二級分纖點按微網格進行網絡架構劃分，主干光纜一般288芯，按獨享纖芯+共享纖芯+預留纖芯分配，配線光纜一般144芯，成端48芯，后續(xù)按需12芯成端。

4 基于CRAN的5G前傳網絡建設方案

4.1 DU集中部署典型場景模型

DU集中部署是5G前傳網絡的發(fā)展趨勢。DU集中部署后可利用基帶池共享方式，實現基帶容量動態(tài)共享和基帶資源動態(tài)分配和調度，更好的應用于產生“話務遷徙”的區(qū)域，通過基帶集中處理、協作式無線電技術，實現網絡資源共享及動態(tài)網絡負載均衡。但DU集中部署對光纖、機房等設施消耗較大，建設過程需找到不同場景下無線與傳輸網絡之間的平衡點，使業(yè)務需求與網絡結構達到最優(yōu)平衡，更好的發(fā)揮DU集中化部署的整體效益。

在實際的規(guī)劃建設中，應在“一張光纜網”的結構下，收集現網的管道、光纜、匯聚節(jié)點、設備組網拓撲資料，以網格化管理，結合網絡結構安全性、建設可實施性、網絡可擴展性等方面進行綜合評估，得出最優(yōu)的DU集中化部署方案，降低無線及傳輸資源成本，實現資源合理化使用及達到綜合效益最大化。

根據DU的集中度從高到低可分為以下2種模型：CRAN大集中和CRAN小集中。兩種模型的典型部署場景如圖3所示。

圖3 CRAN典型部署場景

4.1.1 模型1：CRAN大集中

DU集中部署在匯聚機房或綜合接入機房，各綜合業(yè)務接入區(qū)的AAU拉遠點接入至CRAN機房的DU池，根據業(yè)務集中經驗，每個CRAN機房集中部署15臺DU，接入15個5G基站（45個AAU），CRAN機房數量為基站數量/15。每個基站3個AAU全程需占用6芯光纖（使用無源波分占用1芯）。每站點末端接入長度約為0.5 km，同時前傳需全程占用配線和主干纖芯。

4.1.2 模型2：CRAN小集中

DU選擇在微網格配線箱上所在條件較好的原有基站機房進行集中部署，CRAN機房由原基站機房改造而來，根據業(yè)務集中經驗，每個CRAN機房集中部署5臺DU，接入5個5G基站（15個AAU），CRAN機房數量為基站數量/5。AAU就近接入所在微網格的CRAN機房的DU池，每個基站3個AAU全程占用6芯（使用無源波分占用1芯），每站點末端接入長度約0.5 km，前傳不需占用主干及配線光纜纖芯。

表1 利舊管道成本計算表

4.2 DU集中部署模型配套建設造價分析

4.2.1 造價測算參數說明

（1）利舊管道成本計算方式

利舊管道成本=原有管道新建時的成本×A（A=a×b×c）×利舊管道長度

其中，原有管道新建時的成本按2孔25萬/公里計?。籥表示管道擴建難度調整系數，b表示管道建設難度調整系數，c表示管道子管價值調整系數，具體計算結果如表1所示。

（2）利舊光纜成本計算方式

利舊光纜成本=主干光纜單芯造價×纖芯占用率×占用主干纖芯數量+配線光纜單芯造價×纖芯占用率×占用配線纖芯數量

其中，纖芯占用率表示1條光纜實際占用的芯數比例（部分為備用纖芯），根據光纜網建設纖芯分配現狀計算得出，光纜占用率為65%，具體計算結果如表2所示。

（3）利舊光纜纖芯公里投資=折合管道成本投資+折合光纜纖芯成本投資。

利舊配線光纜成本=折合子管投資+折合纖芯投資=3.44/(144*0.65)+0.09=0.13萬元/纖芯公里

利舊主干光纜成本=折合子管投資+折合纖芯投資=3.44/(288*0.65)+0.07=0.09萬元/纖芯公里

表2 利舊光纜成本計算表

（4）末端接入光纜一般為24或48芯光纜，無論采用哪種組網方式，該段光纜建設成本差異不大，在本模型中按2.5萬元/皮長公里計取。

4.2.2 DU集中部署模型配套建設造價測算方法

（1）光纜部分

模型1為CRAN大集中，AAU至DU分別占用主干、配線和末端光纜纖芯；模型2為CRAN小集中，AAU至DU僅占用末端光纜纖芯，DU上聯占用主干和配線光纜纖芯；采用類似原4G基站的DU和AAU共址合設的方案稱為DRAN模型，DRAN上聯全程占用主干、配線和末端光纜纖芯。從考慮纖芯資源利用效率角度出發(fā)，所有測算采用無源波分彩光直驅方式測算，測算結果如表3所示。

表3 光纜造價計算表

（2）機房及設備部分

考慮到網絡更迭基本以5年為一個技術更新周期，機房租金以5年計（不考慮機房配套其他建設造價），傳輸設備數量等于機房數量。因基站主設備在各種模型造價相當，且天面租金和建設造價在各種模型中相同，僅測算配套建設造價，并不包含天面租金和造價，測算結果如表4所示。

表4 機房及設備造價計算表

4.2.3 DU集中部署模型造價測算

我們從全網規(guī)劃的站點出發(fā)，結合“一張光纜網”綜合業(yè)務接入區(qū)和主干/配線光纜現狀，以業(yè)務密集區(qū)域和業(yè)務分散區(qū)域兩個典型場景需求來進行測算分析，需求數據如表5所示，測算結果分別如表6和表7所示。

表5 典型場景需求數據

表6 業(yè)務密集區(qū)域典型場景測試結果

表7 業(yè)務分散區(qū)域典型場景測試結果

5 結論與建議

針對上述典型場景造價測算分析，可以得出以下結論和建議：

（1）只要實施DU集中部署的CRAN方式，均比原來4G建設時DU至AAU共址的DRAN模式更加有利于提升綜合業(yè)務接入區(qū)的整體效益。

（2）在業(yè)務密集區(qū)域，采用模型1比模型2更加經濟，因此，在業(yè)務密集區(qū)域應盡量采用模型1的CRAN大集中方式建設；在業(yè)務相對分散區(qū)域，采用模型2造價更低，因此，在業(yè)務分散區(qū)域應盡量采用模型2的CRAN小集中方式建設。

（3）機房造價占比很高，因此采用CRAN集中部署DU設備，可以大幅度節(jié)省機房投資。當然，集中后的CRAN機房對于供電、備電等要求也會更高，需在選址時綜合考慮。

（4）由于主干/配線光纜的纖芯資源在一張光纜網分布中屬于戰(zhàn)略性資源，在后續(xù)擴容相對困難。因此在實際網絡規(guī)劃、優(yōu)化調整時，建議不能僅僅考慮成本造價，而應根據DU池的集中程度和纖芯使用情況的平衡程度進行綜合考慮，盡量結合彩光（無源波分）等技術手段的使用來降低纖芯占用需求。

（5）從網絡維護的角度考慮，DU池越集中，維護集中度越高、故障定位越迅速，便于集中投入維護力量進行安全保障；但從網絡結構安全角度考慮，DU池越集中帶來的單點風險越大，故障影響面也越大。因此需要根據建設及維護保障要求等實際情況進行綜合考慮。