5G回傳網絡技術探討

耿亮 中國移動通信有限公司研究院網絡技術研究所傳送與接入組項目經理

張德朝 中國移動通信有限公司研究院網絡技術研究所傳送與接入組項目經理

王世光 中國移動通信有限公司研究院網絡技術研究所傳送與接入組項目經理

王磊 中國移動通信有限公司研究院網絡技術研究所傳送與接入組技術經理

5G回傳網絡技術探討

耿亮 中國移動通信有限公司研究院網絡技術研究所傳送與接入組項目經理

張德朝 中國移動通信有限公司研究院網絡技術研究所傳送與接入組項目經理

王世光 中國移動通信有限公司研究院網絡技術研究所傳送與接入組項目經理

王磊 中國移動通信有限公司研究院網絡技術研究所傳送與接入組技術經理

結合5G具體的應用場景和標準化進展，分析了目前5G關鍵技術指標及其對傳輸的要求，并對5G、特別是5G小基站的回傳技術和組網方案進行了探討。

5G 回傳 PON

1 引言

隨著4GLTE技術在全球的成熟推廣與部署，面向2020年的第五代移動通信技術（5G）已經逐漸成為學術界與產業界的熱門研究方向。國際組織對5G的研究最早由ITU-R發起，于2012年成立了IMT-2020項目，從此將5G技術在產業界標準化的工作推上了歷史舞臺。我國主導的IMT-2020（5G）推進組作為中國5G技術研究和開展國際交流合作的主要平臺成立于2013年2月，并于2014年5月和2015年5月分別發布了《5G愿景與需求白皮書》和《5G網絡技術架構白皮書》，從5G的應用場景、技術指標需求、網絡架構和功能特性等方面全面分析了未來5G網絡的發展趨勢和面臨的挑戰。NGMN也于2015年3月發布了5G網絡白皮書。目前，各國5G相關技術的研究組織已經逐漸完成場景和需求的分析，并逐步開始推進具體技術實現標準化的初期工作。

2 5G傳輸技術指標需求

表1給出了《5G愿景與需求白皮書》和《NGMN白皮書》發布的與傳輸相關的幾點關鍵指標需求。

相比4G移動通信系統，5G的單基站帶寬提升了數十倍，部分業務時延要求縮小為1/5，連接密度增大了1000倍（4GLTE一般為2000/km2）。為了滿足這些需求，5G網絡需要提供從接入終端到業務平臺端到端的網絡能力，涉及到傳送網、IP承載網、核心網等多個網絡層面的協作。而作為基礎網絡，回傳網絡無疑在端到端的網絡性能保障中扮演著極重要的角色。

表1 5G網絡性能技術指標需求

3 5G典型應用場景

與以往的移動網絡革新不同，5G不再是單純的空口調制及多址技術的進步，其革新體現在網絡端到端的整體變革。這些變革歸根結底是由新業務場景驅動的。5G典型的應用場景包括高接入速率、高接入密度、突發流量和低時延等幾個特征。

●高接入速率

高接入速率的應用場景包括高清視頻（8K）、虛擬現實、增強現實等單用戶接入帶寬要求極高的典型業務。如8K高清視頻的接入帶寬可達1Gbit/s以上，而未來引入3D圖像處理技術的視頻業務（如虛擬現實），帶寬需求將會超過1Gbit/s。需要指出的是，與目前以下行流量為主的點播類視頻業務不同，虛擬現實和增強現實類業務將會產生大量由終端用戶發起的上行流量，這意味著以下行流量為絕對主導的模型可能發生改變。

針對涵蓋高接入速率的新業務場景，包括IMT-2020（5G）推進組和NGMN在內的5G研究組織均將峰值帶寬的需求定在了數十Gbit/s，這就要求5G回傳網絡具備超大帶寬的接入能力。

●高接入密度

支持大量物聯網業務是5G網絡的重要特征之一，將引入大量傳感器、可穿戴設備等新型接入終端，接入終端的種類豐富，數量龐大，使得單位面積接入設備的數量成千倍地增長，構成高密度接入網絡。5G的應用場景還包括在辦公場所、商場等人員密集的場所提供Gbit/s級別的接入體驗。典型的應用如虛擬辦公，視頻信息廣播等。這些應用不但接入密度大，而且單用戶帶寬高，直接導致該區域的流量密度可能達到數十Tbit/s/km2。

隨著基站部署密度的增加，回傳網絡將面臨傳輸資源不足、組網架構等多方面的問題。超高密度組網帶來的一大難題是選址的范圍進一步縮小，并引發部署條件進一步苛刻，因此單一的回傳技術很難滿足多樣的接入場景，未來的回傳網絡將面臨多種傳輸媒介共存的融合組網架構。

●靈活調度突發流量

能夠靈活調配網絡資源應對突發流量也是5G網絡的一大特征，如體育賽事場館、音樂盛會或節日慶典等僅在特定區域和特定時間內產生密集流量的場景。在這樣的突發場景中，按峰值帶寬部署和分配網絡和帶寬資源將造成較低的資源使用效率和較高的部署成本。為解決這一難題，5G要求網絡具備較強的可擴展性。

對回傳網而言，這個問題需要從網絡部署和資源動態分配兩個方面考慮：一是網絡應支持新設備在特定區域快捷的部署或帶寬的靈活擴展；二是網絡應具備端到端靈活調度帶寬資源的能力，即在產生突發流量時，可以將網絡的帶寬資源定向分配。這樣就可以在較短時間內實現突發流量區域接入能力的提升和調整。

4 小基站回傳技術研究

LTE小基站目前已開始規模商用，5G時代高速率、高密度等需求將使基站部署密度增大，單基站的覆蓋范圍更小，小基站部署的占比將明顯提升，利用小基站高速接入小范圍內流量的場景將更為重要。本章重點闡述一體化皮站（覆蓋半徑10～20m，發送功率＜100mW）和飛站（覆蓋半徑20～50m，發送功率10～500mW）兩種主要的小基站的回傳網絡技術選擇和組網方案。

宏基站由于其分布相對稀疏且通常需要考慮高可靠性，主要采用PTN技術接入。小基站目前的主要回傳技術在接入網層面可選擇的技術有PTN和PON技術，城域網層面可經過CMNet或PTN網絡。

一體化皮站和飛站回傳組網方案主要有3種，如圖1所示。方案1采用PON技術接入，經過BRAS上聯至CMNET；方案2采用PTN技術接入，城域匯聚層組網方式與方案1相同；方案3采用PON或PTN技術，但經過匯聚層PTN、核心層PTN設備直接上聯至小基站核心網。由于一體化皮站/飛站分布相對集中、數量大、密度高且覆蓋范圍小，保護的重要性相對較低，故方案1是較理想的回傳技術方案。

圖1 小基站回傳組網方案

在小基站的部署環境中，GPS安裝和信號獲取難度較大，空口同步是解決小基站同步的一種可選方案，但由于空口同步存在多級級聯誤差累積以及網絡考慮同步的規劃復雜度高等問題，采用1588v2地面傳輸是一種必要的同步解決方案，這就要求PON設備支持1588v2時間同步。目前，PON均已具備支持1588v2技術的能力，考慮到未來小基站回傳將成為PON技術面臨的主要接入對象之一，因此建議近期應用的OLT設備直接具備同步功能，后續不需要再進行硬件替換或軟件升級。

端到端QoS是采用PON和CMNet進行小基站回傳的有力保障。保障端到端QoS可實現小基站低時延、高可靠傳輸，小基站、ONU、OLT、CMNet和小基站核心網設備需要協同QoS機制。小基站和EPC核心網設備需要支持QCI與VLAN、DSCP之間的映射，中間網絡根據此二層或三層標識進行同等優先級處理。PON設備上行根據VLAN實現業務QoS。CMNet設備向上根據PON設備VLAN標識、向下根據小基站核心網設備的DSCP標識進行優先級規劃，避免CMNet擁塞而造成時延過大的問題。

5 結束語

未來5G對回傳網絡提出了巨大的挑戰。在高接入速率、高接入密度和靈活配置的要求下，本文分析了5G對回傳網絡的需求，并探討了一體化皮站/飛站為主的小基站回傳技術選擇和組網方案。

1 IMT2020(5G)推進組.5G愿景與需求白皮書.2014,5

2 IMT2020(5G)推進組.5G網絡技術架構白皮書.2015,5

3 NGMN.NGMN 5G白皮書.2015,3

愛立信“6扇區”創新解決方案增強TD-LTE網絡覆蓋

日前，愛立信率先提出業界領先的“6扇區+高增益天線”創新解決方案，用于增強TD-LTE網絡覆蓋，并攜手中國移動多個省公司成功進行了現網試點。試點結果顯示，該創新解決方案可在不增加站址的情況下幫助運營商明顯提高TDLTE網絡覆蓋。

在與中國移動多個省份合作進行的現網試點項目中，該創新解決方案，可增加覆蓋面積超過50%，弱覆蓋樣點比例降低31%，區域內數據業務量提高了11%，并且6扇區可以讓頻譜效率得到大幅提升，效率提升50%以上。從試點結果可以看出，相比傳統的解決方案，愛立信“6扇區+高增益天線”創新解決方案在增強TD-LTE網絡覆蓋問題上體現出明顯的技術領先優勢。

愛立信助力巴蒂電信擴容印度的3G網絡

近日，印度領先的電信服務提供商巴蒂電信與愛立信進一步加強合作關系，簽署了一份為期4年的協議，愛立信將幫助巴蒂電信擴容印度8個本地網的3GWCDMA網絡。該協議包括在其中3個本地網上的UMTS 2100MHz和UMTS 900MHz頻段部署3G服務，與此同時，愛立信將為WCDMA無線接入網提供安裝和性能管理服務。

愛立信印度公司總裁PaoloColella表示：“印度消費者正在迅速接納智能手機和移動互聯網并將其作為信息和娛樂的來源。我們幫助巴蒂電信擴容其3G WCDMA網絡，從而，使他們可以滿足印度用戶對卓越的數據服務日益增長的需求?！?/p>

Discussions on Mobile Backhaul for 5G Network

The key technical features and the requirements on transport of 5G network are investigated according to development of standards and the specific use cases.The decision of technologies and network planning strategies for the backhaul of 5G,especially the small cells,are discussed.

5G,backhaul,PON

2015-08-20）