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摘要：隨著近兩年5G網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè)，通過(guò)采用D-RAN和C-RAN相結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以降低能耗、減少網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)維成本。然而5G網(wǎng)絡(luò)的大帶寬、高速率、低時(shí)延技術(shù)特性和基站高密度部署，給5G前傳網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了新的困難和挑戰(zhàn)。本文提出幾種前傳承載方案及相關(guān)建議，以解決運(yùn)營(yíng)商面臨的前傳光纖資源緊張的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：5G網(wǎng)絡(luò)，技術(shù)特性，前傳承載方案，困難和挑戰(zhàn)

一、5G網(wǎng)絡(luò)概述及應(yīng)用前景

5G網(wǎng)絡(luò)即第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，5G網(wǎng)絡(luò)并非是4G網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)單升級(jí)，在設(shè)計(jì)理念、應(yīng)用技術(shù)等方面都進(jìn)行了升華和創(chuàng)新，采用了網(wǎng)絡(luò)靈活部署（NFV）、網(wǎng)絡(luò)性能自我感知（云網(wǎng)融合）、網(wǎng)絡(luò)資源靈活配置（切片技術(shù)）等關(guān)鍵技術(shù)，具有高速率、低時(shí)延和大連接的技術(shù)特性，其傳輸速率時(shí)4G網(wǎng)絡(luò)的十倍以上，在安全性、高效性和擴(kuò)展性方面相對(duì)4G網(wǎng)絡(luò)都有極大的提升，更加適應(yīng)未來(lái)智能化新興技術(shù)（車聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、智慧醫(yī)療、虛擬現(xiàn)實(shí)等）產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，更好地滿足移動(dòng)通信用戶的網(wǎng)絡(luò)需求，助力社會(huì)各行各業(yè)信息化、智能化的快速發(fā)展，表1為5G網(wǎng)絡(luò)與4G網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的對(duì)比。

5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景包括增強(qiáng)移動(dòng)寬帶eMBB、超高可靠低時(shí)延通信uRLLC和海量機(jī)器類通信mMTC三種類型，其中eMBB主要體現(xiàn)在云VR/AR、超高清視頻、超高清全景直播、云游戲、全息視頻/投影、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域的應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)為移動(dòng)用戶提供更加智能的應(yīng)用體驗(yàn)；uRLLC主要面向遠(yuǎn)程醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人機(jī)、智能控制、智慧能源等對(duì)時(shí)延、可靠性要求極高的垂直行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域；uRLLC主要面向智慧城市、智慧家庭、智慧農(nóng)業(yè)、環(huán)境檢測(cè)、智慧道路、森林防火等通過(guò)大量終端設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及遠(yuǎn)程監(jiān)控為目標(biāo)的應(yīng)用場(chǎng)景，其應(yīng)用設(shè)備終端需要具備低功耗、低成本的產(chǎn)品特點(diǎn)。

二、5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

目前5G NR網(wǎng)絡(luò)建設(shè)主要有兩種組網(wǎng)架構(gòu)，即SA/NSA組網(wǎng)架構(gòu)，中國(guó)移動(dòng)綜合考慮業(yè)務(wù)與應(yīng)用場(chǎng)景、網(wǎng)絡(luò)性能、網(wǎng)絡(luò)改造與建設(shè)成本、設(shè)備成熟度與工程建設(shè)進(jìn)度、國(guó)際漫游用戶需求等因素，5G以SA為目標(biāo)架構(gòu)，然而5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的SA組網(wǎng)架構(gòu)需要分階段實(shí)現(xiàn)，一般分為以下三個(gè)階段：

5G網(wǎng)絡(luò)部署初期，5G核心網(wǎng)（5GC）投入商用前，使用4G核心網(wǎng)進(jìn)行升級(jí)改造作為錨點(diǎn)，5G基站通過(guò)NSA雙連接分流接入4G核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)5G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)承載，4G網(wǎng)絡(luò)提供連續(xù)覆蓋，NR實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)區(qū)域覆蓋；該方式通過(guò)現(xiàn)網(wǎng)改造升級(jí)具有建網(wǎng)快、投資少的優(yōu)勢(shì)；缺點(diǎn)是不支持5G核心網(wǎng)相關(guān)新業(yè)務(wù)和新功能，僅支持部分eMBB類業(yè)務(wù)。

5G網(wǎng)絡(luò)部署中期引入5GC，以5GC為錨點(diǎn)承載4G、5G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，4G網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣，保障用戶移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)性能體驗(yàn)；5G基站主要實(shí)現(xiàn)其相關(guān)新業(yè)務(wù)和新功能，更好的支持eMBB、URLLC、mMTC類場(chǎng)景的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

5G網(wǎng)絡(luò)部署后期，2/4G網(wǎng)絡(luò)逐漸退網(wǎng)，5G基站占據(jù)市場(chǎng)，此時(shí)5GC已具備完備的5G網(wǎng)絡(luò)功能，更高效地實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的社會(huì)效能，支撐5G應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

5G網(wǎng)絡(luò)部署的關(guān)鍵在于解決前傳承載問(wèn)題，如何低成本、高效率的解決網(wǎng)絡(luò)前傳問(wèn)題是本文研究的關(guān)鍵，本文主要提出幾種基于5G網(wǎng)絡(luò)的前傳解決方案以提升網(wǎng)絡(luò)傳輸速率和網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量，更好地滿足用戶業(yè)務(wù)需求。

三、5G網(wǎng)絡(luò)前傳承載方案

（一）前傳接口方案分析

目前5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)主要采用C-RAN與D-RAN結(jié)合的方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署，無(wú)論是哪種網(wǎng)絡(luò)部署方式，其射頻單元采用的傳輸接口主要是通用公共無(wú)線電接口CPRI和增強(qiáng)型通用公共無(wú)線電接口eCPRI。

CPRI接口基本可以滿足傳統(tǒng)2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)的前傳需求，而在面對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)高頻段、Massive  MIMO技術(shù)，成本效益大大降低，CPRI通過(guò)降低采樣率和比特位寬的壓縮技術(shù)，壓縮效率和質(zhì)量難以滿足5G大帶寬高速率的網(wǎng)絡(luò)需求，對(duì)基站的誤差矢量幅度（EVM）指標(biāo)也會(huì)造成影響，在5G網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)采用CPRI不壓縮與1：2壓縮接口帶寬與接口數(shù)量的信息表如下表3所述。

eCPRI是基于分組化的以太網(wǎng)前傳網(wǎng)絡(luò)接口，相對(duì)于CPRI，eCPRI協(xié)議接口支持基站物理層內(nèi)部靈活和分離的定位功能，eCPRI通過(guò)將BBU中的Low-PHY下沉到AAU模塊中，大大降低BBU和AAU之間的接口速率要求，并且可實(shí)現(xiàn)向上層協(xié)議棧提供多種類型的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，使得單個(gè)AAU和DU之間僅一個(gè)物理接口即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，實(shí)現(xiàn)高效靈活的5G網(wǎng)絡(luò)前傳數(shù)據(jù)傳輸，相對(duì)于CPRI接口傳輸大大降低了傳輸帶寬。

在5G傳輸網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)eCPRI接口技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸，可將前傳帶寬速率降低到25Gbps以下，通過(guò)對(duì)比5G網(wǎng)絡(luò)中單個(gè)AAU與DU之間，采用不同天線通道數(shù)的情況下，CPRI采用不同壓縮比技術(shù)與eCPRI接口在傳輸帶寬和需要的接口數(shù)量進(jìn)行對(duì)比，如表2所示。

綜合對(duì)比CPRI接口與eCPRI接口的功能特點(diǎn)和接口協(xié)議功能劃分，在5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中建議優(yōu)選支持eCPRI接口的設(shè)備。

（二）前傳傳輸承載技術(shù)方案分析

5G網(wǎng)絡(luò)無(wú)論是基站數(shù)量還是傳輸帶寬需求相比4G都提升了數(shù)倍，因此對(duì)光線資源的需求也會(huì)倍增，繼續(xù)采用纖直驅(qū)的方式會(huì)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)資源造成很大的壓力，為此我們提出幾種前傳承載方案以解決5G前傳網(wǎng)絡(luò)中遇到的瓶頸問(wèn)題，以確保5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量，更好地滿足用戶的業(yè)務(wù)需求。本文主要介紹以下六種前傳承載方案：

1.光纖直驅(qū)承載方案

光纖直驅(qū)承載方案通過(guò)在DU/BBU、AAU設(shè)備上安裝白光模塊，設(shè)備間再通過(guò)光纖直接進(jìn)行連接。此承載方案在D-RAN站點(diǎn)應(yīng)用比較廣泛，由于DU與AAU之間傳輸距離短，一般采用單纖單向傳輸。對(duì)于光線資源豐富的C-RAN站點(diǎn)，建議DU到AAU設(shè)備之間距離不超過(guò)10km。采用單纖雙向BiDi技術(shù)可實(shí)現(xiàn)降低50%的光纖消耗，即使采用25Gbps BiDi技術(shù)，對(duì)于DU集中化部署的CRAN機(jī)房，DU連接數(shù)十個(gè)AAU設(shè)備的情況，對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的傳輸管道線路造成很大的壓力，還需要DU集中接入側(cè)設(shè)備具備更高的光纖資源管理能力。

2.無(wú)源WDM承載方案

無(wú)源WDM方案是在DU和AAU上安裝彩光模塊，彩光模塊之間通過(guò)無(wú)源的合/分波器件實(shí)現(xiàn)一個(gè)DU到多個(gè)AAU之間數(shù)據(jù)傳輸，合分波復(fù)用器之間通過(guò)一對(duì)甚至一根光纖進(jìn)行連接；如S111配置的基站中，即使DU至AAU之間采用單纖雙向BiDi技術(shù)，光纖直驅(qū)方案至少需要3根光纖，然而采用無(wú)源WDM方案，使用一根或者兩根光纖即可實(shí)現(xiàn)DU至AAU之間的數(shù)據(jù)傳輸，與采用BiDi技術(shù)的光纖直驅(qū)方案相比，光纖資源還可減少2/3。WDM設(shè)備采用透?jìng)鞣绞讲粫?huì)引入傳播時(shí)延，但DU和AAU之間需要進(jìn)行波長(zhǎng)規(guī)劃，還需要考慮彩光模塊的備件問(wèn)題。

3.半有源WDM承載方案

半有源WDM承載方案與無(wú)源WDM承載方案結(jié)構(gòu)類似，相對(duì)無(wú)源WDM承載方案，半有源WDM承載方案在DU/BBU側(cè)采用有源的波分復(fù)用設(shè)備，可對(duì)遠(yuǎn)端AAU設(shè)備側(cè)的彩光模塊實(shí)現(xiàn)OAM管理。此方案可實(shí)現(xiàn)光線資源和較強(qiáng)的OAM管理能力，但是彩光模塊成本較高，需進(jìn)行波長(zhǎng)規(guī)劃，還要考慮彩光模塊的備件的問(wèn)題。

4.有源WDM/OTN承載方案

有源WDM/OTN承載方案是通過(guò)在DU與AAU之間引入有源WDM/OTN設(shè)備，與半有源WDM的區(qū)別是將AAU側(cè)的彩光模塊換成有源的WDM/OTN設(shè)備，然后通過(guò)一根光纖將兩個(gè)有源WDM/OTN設(shè)備直接相連，可有效地減少光纖數(shù)量從而降低光纖資源投資成本。無(wú)線設(shè)備DU、AAU之間引入有源WDM/OTN設(shè)備，可提供豐富的OAM能力和故障診斷功能，雖然AAU、DU至WDM/OTN設(shè)備需6根單纖單向光纖連接，但傳輸距離較短，纖芯資源布放簡(jiǎn)單，相對(duì)建設(shè)成本比較低。無(wú)線設(shè)備無(wú)需安裝彩光模塊，無(wú)需進(jìn)行波長(zhǎng)分配和管理。OTN設(shè)備具備較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)能力，但成本高，網(wǎng)絡(luò)部署投資大。

5.SPN技術(shù)方案

SPN技術(shù)是中國(guó)移動(dòng)提出的一種基于網(wǎng)絡(luò)切片的傳輸承載方案，采用大容量接口、分組切片和分段路由（SR-TP）等關(guān)鍵技術(shù)，采用SDN是實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管控。SPN技術(shù)通過(guò)在L2（MAC）層和LI（PHY）層之間設(shè)立Flex-E Shim層，Shim層采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)間的物理隔離，可實(shí)現(xiàn)按照不同的業(yè)務(wù)類型將同一物理平面切分為多個(gè)虛擬平面，方便業(yè)務(wù)部署和運(yùn)維。采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)可將時(shí)延控制在5us以內(nèi)，受限于SPN相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備、芯片、光模塊技術(shù)發(fā)展的發(fā)展程度，SPN目前僅支持50  Gbps/100 Gbps的線路帶寬，光纖復(fù)用能力有限，SPN前傳承載主要適合在現(xiàn)有宏站網(wǎng)絡(luò)中配置虛擬專網(wǎng)實(shí)現(xiàn)用戶個(gè)性化需求或特定場(chǎng)景應(yīng)用需求。

6.WDM-PON承載方案

WDM-PON通過(guò)采用在接入機(jī)房DU側(cè)部署光線路終端（OLT）設(shè)備，在遠(yuǎn)端AAU所在機(jī)房側(cè)提供陣列波導(dǎo)光柵（AWG）設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)數(shù)十波長(zhǎng)的光信號(hào)在一根光纖中進(jìn)行傳輸，大大減少OLT至AWG設(shè)備間的光纖數(shù)量，并具備交換、控制、管理功能；在AAU側(cè)部署ONU實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)分配功能，為AAU提供特定的波長(zhǎng)信號(hào)。WDM-PON承載方案可以充分利用現(xiàn)有的光纖傳輸資源，降低5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)快速部署。目前WDM-PON相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還有待進(jìn)一步完善，成熟度比較低，并且設(shè)備成本比較高。

本文提出幾種前傳承載方案以實(shí)現(xiàn)降低網(wǎng)絡(luò)傳輸資源的建設(shè)成本，考慮前傳承載方案在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中應(yīng)用場(chǎng)景、建設(shè)成本、運(yùn)維效率、成熟程度等方面的綜合優(yōu)勢(shì)，提出合理的前傳承載建設(shè)方案，六種前傳承載方案性能對(duì)比如表3所示。

四、前傳承載方案的選擇建議

綜上所述六種前傳承載方案的工作原理和建設(shè)成本，結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景、運(yùn)維效率、建設(shè)工期等綜合因素，制定如下前傳方案選擇建議：

5G網(wǎng)絡(luò)前傳建議優(yōu)選支持eCPRI接口的設(shè)備；

D-RAN站點(diǎn)采用光纖直驅(qū)的前傳承載方案；

光纖資源豐富的C-RAN站點(diǎn)，拉遠(yuǎn)距離在2km內(nèi)，優(yōu)先考慮使用單纖雙向的光纖直驅(qū)前傳承載方案；

光線資源緊張的C-RAN站點(diǎn)，拉遠(yuǎn)距離在2km以上，結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)管控、線路資源情況，按照單纖雙向光纖直驅(qū)、無(wú)源WDM、半無(wú)源WDM、有源WDM/OTN的承載方案順序進(jìn)行選擇；

由于有源波分設(shè)備成本高，目前有源WDM/OTN承載方案主要應(yīng)用在對(duì)QOM要求較高的業(yè)務(wù)場(chǎng)景中，建議根據(jù)半無(wú)源WDM技術(shù)的發(fā)展成熟度，采用半無(wú)源WDM方案取代有源WDM/OTN方案。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文主要提出了六種前傳網(wǎng)絡(luò)承載方案，并根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景、建設(shè)成本、運(yùn)維效率、建設(shè)工期等因素分析制定了五種前傳承載方案的選擇建議，希望本文能幫助運(yùn)營(yíng)商解決5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中因前傳網(wǎng)絡(luò)資源緊張?jiān)斐傻睦_，更加高效實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)規(guī)劃、提升5G網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和用戶體驗(yàn)滿意度。

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王四光（1967.04-），男，漢族，山西臨猗，大學(xué)本科，通信工程師，研究方向：4G/5G通信。

作者： 中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)山西有限公司運(yùn)城分公司  王四光  來(lái)源： 《中國(guó)新通信》2022年第7期