［黃小東］

1 引言

我們的傳送網(wǎng)經(jīng)歷了2G的PDH/SDH時(shí)代，3G的MSTP時(shí)代，4G的PTN/GPON時(shí)代，還有5G的PTN/SPN網(wǎng)絡(luò)。傳送網(wǎng)技術(shù)在不斷的革新，傳輸網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也在不斷的調(diào)整。針對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的各種應(yīng)用場(chǎng)景，未來(lái)的通信網(wǎng)絡(luò)將要實(shí)現(xiàn)真正的“萬(wàn)物互聯(lián)”。5G網(wǎng)絡(luò)將對(duì)應(yīng)用、速率、帶寬和時(shí)延提出更加嚴(yán)格的需求。在當(dāng)下的4G組網(wǎng)架構(gòu)已經(jīng)無(wú)法滿足5G的新業(yè)務(wù)需求，也迫使傳送網(wǎng)要進(jìn)行深入的分析和細(xì)化。5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不同的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對(duì)傳送網(wǎng)的組建架構(gòu)帶來(lái)較大的影響。

2 5G網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)需求

相比4G，5G追求更強(qiáng)性能，對(duì)帶寬、時(shí)延、連接密度關(guān)鍵指標(biāo)要求更高；同時(shí)追求更多場(chǎng)景，不僅考慮人與人、還考慮人與物、物與物連接。

（1）大帶寬，即增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB）：面向大帶寬應(yīng)用，提出即時(shí)即連的超大帶寬接入回傳需求。5G采用成倍提升頻譜效率多址技術(shù)（SCMA多址技術(shù)），在頻域、時(shí)域基礎(chǔ)上，增加碼域的復(fù)用，實(shí)現(xiàn)3倍的網(wǎng)絡(luò)帶寬提升；另外5G通過(guò)多天線的空分復(fù)用優(yōu)勢(shì)，成倍提升系統(tǒng)容量，采用MIMO復(fù)用從4G的4＊4提升至64＊64，帶寬提升16倍。預(yù)計(jì)單站均值帶寬在3.6～6.0 Gbit/s，峰值帶寬在6.4～12 Gbit/s。5G低頻站理論峰值帶寬達(dá)到5.28 Gbit/s，均值2.97 Gbit/s；高頻站理論峰值帶寬19.8 Gbit/s，均值9.9 Gbit/s，是4G基站的15倍左右，單站帶寬增長(zhǎng)明顯，是5G時(shí)代初期最主要的挑戰(zhàn)。

（2）超可靠低時(shí)延通信（uRLLC）：主要面向VR/AR、車聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛、智能制造的應(yīng)用。uRLLC業(yè)務(wù)對(duì)遠(yuǎn)程醫(yī)療、自動(dòng)駕駛等有極苛刻的時(shí)延要求，端到端500 μs～1 ms。

（3）網(wǎng)絡(luò)靈活，大規(guī)模機(jī)器類通信（mMTC）：面向物聯(lián)網(wǎng)、萬(wàn)物互聯(lián)的海量連接需求，提出多連接通道、高精度時(shí)鐘同步。5G承載網(wǎng)連接趨向于Full Mesh全連接，網(wǎng)絡(luò)需要支持的連接數(shù)呈指數(shù)級(jí)增加。

（4）網(wǎng)絡(luò)切片：連續(xù)大覆蓋、熱點(diǎn)高容量、高可靠低時(shí)延、低功耗大連接等場(chǎng)景差異巨大，需要按業(yè)務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分片。

3 5G承載網(wǎng)關(guān)鍵能力挑戰(zhàn)和分析

5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)由4G網(wǎng)絡(luò)的BBU/RRU將重構(gòu)為CU/DU/AAU，傳輸網(wǎng)將對(duì)應(yīng)演變?yōu)榛貍?中傳+前傳的網(wǎng)絡(luò)新架構(gòu)。按照5G組網(wǎng)情況，CU/DU分離場(chǎng)景多樣復(fù)雜，增加中傳時(shí)延，網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)維管理復(fù)雜度提升。如圖1所示。

圖1 4G/5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5G帶寬需求巨大，尤其是在NSA組網(wǎng)情況下，5G部分下行流量可能由現(xiàn)網(wǎng)PTN網(wǎng)絡(luò)承載，未來(lái)可能面臨4G/5G競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)網(wǎng)的環(huán)網(wǎng)帶寬及接口帶寬滿足能力較差，應(yīng)對(duì)5G前期大流量沖擊壓力較大的問(wèn)題。在5G建設(shè)的同時(shí)應(yīng)同步加大對(duì)原有PTN網(wǎng)絡(luò)的帶寬管理，及時(shí)擴(kuò)容，避免4G/5G競(jìng)爭(zhēng)造成現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)的影響。在5G網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)初期，5G下行部分流量可能會(huì)由原有承載4G的PTN網(wǎng)絡(luò)繞行，然后到5G基站落地。

針對(duì)5G的關(guān)鍵業(yè)務(wù)需求，總結(jié)傳輸承載網(wǎng)絡(luò)在帶寬、時(shí)延、靈活連接、網(wǎng)絡(luò)分片能力等方面的關(guān)鍵指標(biāo)能力。如表1所示。

表1 關(guān)鍵指標(biāo)能力需求

傳輸采用基于PAM4的高性價(jià)比的50GE/200GE組網(wǎng)，設(shè)備單跳轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延要達(dá)到15 μs以內(nèi)，引入FlexE技術(shù)實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)的高可靠、硬隔離，采用基于SDN的SR+EVPN等技術(shù)實(shí)現(xiàn)靈活承載、降低網(wǎng)絡(luò)協(xié)議復(fù)雜度、加快業(yè)務(wù)發(fā)放速度。

針對(duì)5G承載網(wǎng)，對(duì)傳輸設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、機(jī)房容量和光纜資源都有比較大的挑戰(zhàn)。設(shè)備方面要求具備切片、大帶寬能力。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面要求具備低時(shí)延、快回傳能力。機(jī)房容量方面要求具備大的外電容量和使用面積，統(tǒng)一、完備的使用規(guī)劃。光纜資源方面要求更緊湊的覆蓋密度，更大的纖芯能力，同時(shí)要求同層級(jí)機(jī)房間要有連接資源。

4 傳輸設(shè)備組網(wǎng)的挑戰(zhàn)和應(yīng)對(duì)探討

4.1 運(yùn)營(yíng)商的設(shè)備組網(wǎng)方案現(xiàn)狀

4.1.1 當(dāng)前環(huán)路帶寬難于有效突破

現(xiàn)網(wǎng)接入層、匯聚層環(huán)路帶寬以N＊10GE的上聯(lián)能力為主，難于支撐未來(lái)5G的需求。首先，接入層環(huán)路帶寬無(wú)法滿足5G需求?，F(xiàn)網(wǎng)接入層帶寬均為10GE及以下，其中10GE環(huán)路平均設(shè)備點(diǎn)8.1個(gè)，GE環(huán)路平均設(shè)備點(diǎn)5個(gè)。而面向5G接入層設(shè)備客戶接口需10GE/25GE，網(wǎng)絡(luò)接口需50GE以上，現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備難以支持。其次，匯聚層與核心層良莠不齊，具備升級(jí)的設(shè)備，可以全面進(jìn)行升級(jí)，對(duì)于不具備升級(jí)的設(shè)備，可采用全面疊加支撐SPN的設(shè)備。當(dāng)前配置上聯(lián)帶寬以10GE為主，擴(kuò)容能力不足。面向5G部署時(shí)，目前約26%傳輸設(shè)備可升級(jí)支持。環(huán)路帶寬情況如圖2所示。

圖2 現(xiàn)網(wǎng)環(huán)路帶寬和5G需求對(duì)比圖

4.1.2 設(shè)備支持網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)能力弱

現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備能力有限，充分利舊當(dāng)前資源，或升級(jí)或替換提升傳送網(wǎng)設(shè)備能力。首先，接入層設(shè)備擴(kuò)展能力有限，充分利舊具備升級(jí)能力的設(shè)備，在接入層采用D-RAN與C-RAN相結(jié)合方式，逐步提升傳送網(wǎng)設(shè)備的承載能力，按業(yè)務(wù)需求，逐環(huán)升級(jí)。其次，骨干、匯聚層當(dāng)前已有較大的站點(diǎn)負(fù)載，且設(shè)備能力有限，需全面提升設(shè)備能力。經(jīng)現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析，可得出如下結(jié)論：接入層方面，現(xiàn)網(wǎng)中接入層設(shè)備具備50 Gbit/s以上能力的設(shè)備僅為26%；具備升級(jí)50GE SPN設(shè)備占全網(wǎng)設(shè)備的26%（目前，PTN960占了絕大部分，需要綜合考慮960更換主控、線路板以及其擴(kuò)展能力）；10GE PTN設(shè)備占全網(wǎng)設(shè)備的16%；具備10GE能力的PTN設(shè)備占全網(wǎng)設(shè)備的26%。不具備10GE能力的PTN設(shè)備占全網(wǎng)設(shè)備的29%。匯聚層方面，匯聚層站點(diǎn)僅30%具備100 Gbit/s以上帶寬能力，但支持SPN的僅12%。骨干層方面，骨干層站點(diǎn)僅50%具備SPN能力?，F(xiàn)網(wǎng)中常用的設(shè)備型號(hào)如表2所示。

表2 現(xiàn)網(wǎng)常用傳輸設(shè)備支持SPN情況

4.2 現(xiàn)有LTE傳輸設(shè)備組網(wǎng)的挑戰(zhàn)

現(xiàn)有的4G LTE傳輸PTN架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在滿足當(dāng)前的需求時(shí)，是有冗余的，但在面向5G的大網(wǎng)絡(luò)帶寬則無(wú)法滿足5G網(wǎng)絡(luò)需求。首先，從調(diào)度結(jié)構(gòu)分析上，當(dāng)前PTN架構(gòu)環(huán)網(wǎng)環(huán)路帶寬不足，如果要滿足單點(diǎn)均值4.8 Gbit/s、峰值10 Gbit/s的需求，需要單點(diǎn)組網(wǎng)，對(duì)光纜和匯聚設(shè)備的端口造成大的困難。其次，從設(shè)備能力上分析，當(dāng)前設(shè)備僅具備最大N＊10GE的上聯(lián)能力，不具備切片能力，對(duì)5G的承載能力不足。在5G建網(wǎng)初期，如果采用現(xiàn)有LTE傳輸設(shè)備組網(wǎng)下，保持當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)穩(wěn)定，做好應(yīng)對(duì)無(wú)限流量套餐的流量增長(zhǎng)預(yù)測(cè)，全面監(jiān)控前傳、中傳及回傳各層級(jí)流量，按需擴(kuò)容網(wǎng)絡(luò)資源。

4.3 承載設(shè)備組網(wǎng)的建議

搭建網(wǎng)絡(luò)新架構(gòu)（CU/DU/AAU），在原有“機(jī)樓-機(jī)房-基站”層級(jí)基礎(chǔ)上，原有核心機(jī)樓在面積、空間、資源、容量都基本飽和，新建重要匯聚機(jī)房，作為核心機(jī)樓的延伸，主要用于大區(qū)域業(yè)務(wù)的匯聚以及BNG、CDN等設(shè)備的下沉，并實(shí)現(xiàn)與核心機(jī)樓互聯(lián)，管理范圍考慮以行政區(qū)作為劃分。部署大容量OTN、SPN/PTN、BNG、CDN等設(shè)備，作為MEC及電信云下沉部署節(jié)點(diǎn)。針對(duì)重要匯聚機(jī)房的兩點(diǎn)建議：（1）組建通信機(jī)樓新組團(tuán)，確定整體格局，為機(jī)樓減負(fù)，在組團(tuán)劃分上要防止單點(diǎn)失效，提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。（2）借此搭建網(wǎng)絡(luò)新架構(gòu)的契機(jī)，重構(gòu)波分平臺(tái)，保護(hù)機(jī)樓。如何構(gòu)建波分系統(tǒng)，可以通過(guò)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)流量和需求預(yù)測(cè)進(jìn)行分析。為了滿足調(diào)度需求，電交叉向全光交換網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的策略減低時(shí)延。采用波分系統(tǒng)破環(huán)插點(diǎn)和新建波分系統(tǒng)等兩種方式來(lái)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)容量超200G的新調(diào)度傳輸平臺(tái)。

新架構(gòu)采用“1+1”承載設(shè)備網(wǎng)，即PTN+SPN，研討架構(gòu)的搭建方式。需重點(diǎn)分析下列3項(xiàng)指標(biāo)：各層級(jí)的帶寬測(cè)算；SPN成環(huán)與SPN+OTN的結(jié)構(gòu)對(duì)比；匯聚層以上，節(jié)點(diǎn)互聯(lián)實(shí)現(xiàn)eX2電路的需求。

接入層組網(wǎng)結(jié)構(gòu)研討，對(duì)比D-RAN與C-RAN，明確建設(shè)方式。通過(guò)在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上對(duì)機(jī)房規(guī)模、配套容量、光纜覆蓋和纖芯的橫向和縱向維度對(duì)比D-RAN與C-RAN優(yōu)缺點(diǎn)。經(jīng)綜合分析現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)和5G需求，得出結(jié)論：應(yīng)該推行以C-RAN為主線的建設(shè)方式，D-RAN為特殊區(qū)域的解決方案。CRAN組網(wǎng)方案，采用CU+DU分離，用光纖直連方式建設(shè)5G，從而達(dá)到節(jié)省基站傳輸設(shè)備、空調(diào)功耗、配套的目標(biāo)。另外需要?jiǎng)澐諧-RAN無(wú)線覆蓋網(wǎng)格，指導(dǎo)傳輸后續(xù)方案制作。

考慮現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備演進(jìn)能力，建議5G建網(wǎng)初期新建匯聚和接入層設(shè)備，中期的目標(biāo)要根據(jù)帶寬需求，將核心層獨(dú)立出來(lái)，最終平滑為一張網(wǎng)綜合承載5G業(yè)務(wù)。

4.4 新建部署SPN網(wǎng)絡(luò)方案

搭建全新的傳輸城域骨干、匯聚、接入層端到端的SPN網(wǎng)絡(luò)，三層到邊緣，全網(wǎng)啟用動(dòng)態(tài)三層電路，IGP分域節(jié)點(diǎn)設(shè)置在重要匯聚機(jī)房。不局限于當(dāng)前業(yè)務(wù)需求，以城市布局、人口分布等作為基礎(chǔ)，搭建具備充足彈性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。同區(qū)域重要匯聚機(jī)房未完成建設(shè)情況下，優(yōu)先選取物業(yè)穩(wěn)定，空間、動(dòng)力、波分資源等條件好的普通匯聚機(jī)房替代。規(guī)劃SPN匯聚環(huán)時(shí)，環(huán)與環(huán)盡量相切（即兩個(gè)環(huán)具有共同的站點(diǎn)）或相交，避免匯聚環(huán)與匯聚環(huán)之間出現(xiàn)真空地帶，導(dǎo)致業(yè)務(wù)無(wú)法接入。

4.5 推進(jìn)基于OXC技術(shù)的OTN系統(tǒng)落地

（1）對(duì)于波分系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，打造一個(gè)穩(wěn)定、可靠、完善的OTN傳送網(wǎng)，全面滿足接入和承載需求。推進(jìn)基于OXC技術(shù)的OTN系統(tǒng)落地，探索OXC技術(shù)新應(yīng)用；提升帶寬承載能力，以優(yōu)先滿足BNG、OLT、SPN、CDN等重點(diǎn)設(shè)備覆蓋；逐步推進(jìn)OTN平臺(tái)由100G平臺(tái)向N＊100G平臺(tái)演進(jìn)；盤活利舊現(xiàn)有波道，按需調(diào)整波道部署。

（2）完善OTN系統(tǒng)的覆蓋。對(duì)于波分未覆蓋區(qū)域，結(jié)合SPN及未有一級(jí)波分環(huán)覆蓋的BNG機(jī)房進(jìn)行補(bǔ)點(diǎn)覆蓋，解決SPN、BNG及三級(jí)CDN上聯(lián)問(wèn)題；對(duì)光纜建設(shè)黑點(diǎn)段落擴(kuò)容波道。

（3）提升傳輸系統(tǒng)容量。OTN系統(tǒng)容量要滿足BNG上聯(lián)鏈路擴(kuò)容、新建BNG及新建OLT的100GE、10G、GE上聯(lián)鏈路需求；同時(shí)也要滿足SPN、CDN、核心網(wǎng)業(yè)務(wù)帶寬需求。

（4）清退老舊OTN資源。針對(duì)老舊同機(jī)樓的10G波分平臺(tái)設(shè)備分階段逐步進(jìn)行割接退網(wǎng)下電，針對(duì)SDH的高價(jià)值集客業(yè)務(wù)逐步割接到智能OTN政企精品網(wǎng)，為機(jī)樓騰出空間動(dòng)力資源。

5 傳輸光纜組網(wǎng)的挑戰(zhàn)和建議

5.1 傳輸光纜組網(wǎng)的挑戰(zhàn)

5G更高密度組網(wǎng)以及規(guī)模C-RAN的建設(shè)，將導(dǎo)致接入光纜纖芯消耗可能增長(zhǎng)3倍以上。現(xiàn)網(wǎng)主干光纜纖芯144芯占比相對(duì)較少，綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)微網(wǎng)格對(duì)于無(wú)線纖芯預(yù)留明顯不足，難以支撐5G時(shí)代前傳需求。

5.2 搭建一張光纜網(wǎng)

面向未來(lái)RAN型云化組網(wǎng)架構(gòu)，遵循微格化原則，豐富末端管線資源；同時(shí)，整合已有“基站光纜網(wǎng)”和“綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)光纜網(wǎng)”資源，合并打造成統(tǒng)一的“一張光纜網(wǎng)”。“一張光纜網(wǎng)”，即整個(gè)綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)統(tǒng)一業(yè)務(wù)接入模式，實(shí)現(xiàn)一體化接入，即家寬、集客、基站等全業(yè)務(wù)都是接入最近的光交箱或分纖箱，通過(guò)配線纜跳纖，收斂至綜合接入機(jī)房?！耙粡埞饫|網(wǎng)”主要包括以下三層結(jié)構(gòu)：骨干光纜網(wǎng)絡(luò)、匯聚光纜網(wǎng)絡(luò)和接入光纜網(wǎng)絡(luò)。

（1）針對(duì)骨干光纜網(wǎng)絡(luò)，搭建以環(huán)形為主的新層級(jí)，構(gòu)建跨區(qū)域的調(diào)度架構(gòu)。并能從層級(jí)上向下收斂普通匯聚機(jī)房的光纜。

（2）對(duì)于匯聚光纜網(wǎng)絡(luò)，要構(gòu)建配對(duì)機(jī)房間的光纜通路。

（3）接入光纜網(wǎng)，構(gòu)建一張光纜網(wǎng)：從光纜規(guī)劃的角度上，可選取相對(duì)獨(dú)立的街道或網(wǎng)格作為分析基礎(chǔ)。從面光纜的覆蓋度和纖芯容量上，分析C-RAN和D-RAN兩種方式一張光纜網(wǎng)的滿足度。對(duì)于光纜連通或成環(huán)，在使用中逐步補(bǔ)充和完善（通過(guò)業(yè)務(wù)反向推動(dòng)連通和成環(huán)）。對(duì)于當(dāng)前相對(duì)獨(dú)立的機(jī)房，通過(guò)構(gòu)建融合模型，如通過(guò)構(gòu)建的接入主干光纜和通過(guò)新建配線光纜至配線光交，把機(jī)房融入一張光纜網(wǎng)中。對(duì)于纖芯或光交容量不足的優(yōu)化和擴(kuò)容，建議重定義末梢光纜的在二級(jí)光交的成端方式。另外，為了規(guī)范光交箱的后期使用，在跳纖中，嚴(yán)格定義尾纖長(zhǎng)度。

加快機(jī)房投產(chǎn)，以機(jī)房為基點(diǎn)，推動(dòng)相應(yīng)的光交、光纜、管道等基礎(chǔ)資源，“一網(wǎng)打盡”接入?yún)^(qū)內(nèi)各類業(yè)務(wù)，由一張光纜網(wǎng)統(tǒng)一承載，統(tǒng)籌管理。實(shí)現(xiàn)快速接入、快速開(kāi)通、高效維護(hù)。

6 結(jié)論

5G由CU/DU/AAU組建的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將構(gòu)建CRAN模式新架構(gòu)，以及5G在SPN網(wǎng)絡(luò)切片、萬(wàn)物互聯(lián)、靈活調(diào)度、高速率、大帶寬、低時(shí)延、應(yīng)用廣等方面的諸多新需求，都促使傳輸技術(shù)向新一代演進(jìn)。當(dāng)前，針對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)傳輸架構(gòu)的新搭建，設(shè)備上采用“1+1”的PTN+SPN承載設(shè)備網(wǎng)，光纜組網(wǎng)上通過(guò)完善一張光纜網(wǎng)的的架構(gòu)，構(gòu)建一張面向未來(lái)、架構(gòu)合理、高效智能、穩(wěn)定安全的全光SPN新網(wǎng)絡(luò)。