5G對傳輸網提出新需求解決方案需因地制宜

中國移動通信集團新疆有限公司石河子市分公司網絡部|趙月

在實際部署中，可以考慮將IoT-sGW與當前LTE sGW部署在同一機房，將IoT-MME與當前LTE MME部署在同一機房，減少NB-IoT業務引入對承載網帶來的影響。

為匹配新業務類型的發展需求，移動通信技術幾乎每十年就會更新一代。移動數據流量和物聯網設備連接數出現爆發式增長，移動通信網絡的頻譜效率和網絡容量需要進一步提升，當前的LTE網絡將逐步向5G網絡演進。

4.5G和5G對傳輸網提出新需求

4.5G技術在當前4G網絡的基礎上，通過引入載波聚合、站間協同等技術，提升用戶峰值速率，推進TDD/FDD融合組網，提升網絡覆蓋及網絡承載能力，對傳輸網提出了多種需求。

而5G網絡主要特征可以用“標志性能力指標”和“一組關鍵技術”定義。其中，標志性能力指標為“Gbit/s用戶體驗速率”，一組關鍵技術包括大規模天線陣列、超密集組網、新型多址、全頻譜接入和新型網絡架構。5G相對4G網絡有多種變化，對傳輸網也提出了多種需求。

總體來看，4.5G、5G技術的發展對傳送網的需求可以歸納為以下三大方面。

● 大帶寬：4.5G、5G技術都對帶寬提出了更高的要求，100G及超100G以太網技術將會是未來的發展趨勢。

● 低時延：為滿足端到端超低時延要求，網絡結構需扁平化，同時也需考慮從設備角度降低轉發時延。

● 控制平面：靈活連接是未來網絡的基本需求，未來網絡需要引入SDN集中化控制器。4.5G、5G主要實現形式是小基站和NB-IoT，在具體實施過程中還需要借助BBU集中/C-RAN技術方案。

5G傳輸解決方案

針對小基站的傳輸解決方案

小基站是指單載波（20MHz帶寬）功率在500mW以下，集成了BBU、RRU、天線的一體化基站，即一體化的皮基站和飛基站兩類。小基站是一種低成本室內覆蓋解決方案，可作為蜂窩網絡的有效覆蓋補充和容量擴充手段，主要用于家庭、小型企業、營業廳、超市等室內補盲補熱場景。

小基站系統的主要網元有小基站、小基站網關（以下簡稱網關）及網管系統，其中，網關的功能是保證小基站接入的安全和傳輸數據的安全，并對S1接口信令面進行匯聚。小基站一般要求具有自啟動功能，支持GPS同步、空口同步和地面傳輸同步3種方式。

小基站組網架構如圖所示。飛基站采用PON+CMNET方案連接至小基站網關,無自有資源時可使用第三方資源實現回傳；皮基站采用PON/PTN+CMNET方案連接至網關，新建接入設備時優先考慮PON設備，即選擇PON+CMNET,原則上不采用第三方資源回傳。

鑒于小基站尤其是飛基站，其數量較多、可規劃性較差，原則上不推薦采用端到端PTN方式承載，如有應嚴格控制接入數量，并做好風險控制，避免PTN設備與CMNET網絡直接相連。

● PON+CMNET：對于部署在PON覆蓋區域的小基站，采用PON+CMNET回傳方案，即末端采用PON接入，通過OLT上聯至BRAS/SR，經城域數據網、省干CMNET后連接至小基站網關。為了保證安全性，在CMNET與小基站網關間需經過防火墻，以保證網絡的安全性。

● PTN+CMNET：對于小基站部署場景不具備PON網絡但有PTN資源時，采用L2 PTN接入，通過PTN連接至BRAS/SR，PTN和BRAS/SR間可通過LAG保護方式連接。

小基站IP地址由小基站網關對小基站的地址進行轉換及收斂，僅為小基站網關分配少量普通基站IP地址。小基站分配一個VLAN地址，由于PON網絡VLAN使用不統一，小基站VLAN分配需根據PON網絡使用情況確定。

針對NB-IoT的傳輸解決方案

移動通信正從人與人的連接，向人與物以及物與物的連接邁進，萬物互聯是必然趨勢。相比藍牙、ZigBee等短距離通信技術，移動蜂窩網絡具備廣覆蓋、可移動以及大連接數等特性，能夠帶來更加豐富的應用場景，理應成為物聯網的主要連接技術。作為LTE的演進型技術，4.5G除了具有高達1Gbit/s的峰值速率，還意味著基于蜂窩物聯網的更多連接數，支持海量M2M連接以及更低時延，將助推高清視頻、VoLTE以及物聯網等應用快速普及。蜂窩物聯網正在開啟一個前所未有的廣闊市場。

基于蜂窩的窄帶物聯網成為萬物互聯網絡的一個重要分支。NB-IoT構建于蜂窩網絡，只消耗大約180KHz的帶寬，可直接部署于GSM網絡、UMTS網絡或LTE網絡，以降低部署成本，實現平滑升級。NB-IoT具備四大特點：一是廣覆蓋，將提供改進的室內覆蓋，在同樣的頻段下，NB-IoT比現有的網絡增益20dB，覆蓋面積擴大100倍；二是具備支撐海量連接的能力，NB-IoT一個扇區能夠支持10萬個連接，支持低延時敏感度、超低的設備成本、低設備功耗和優化的網絡架構；三是更低功耗，NB-IoT終端模塊的待機時間長達10年；四是更低的模塊成本，企業預期的單個接連模塊不超過5美元。

圖 小基站組網架構

NB-IoT對承載的需求體現在帶寬、時延、Qos、網絡性能等方面。

● 帶寬需求：以典型S111站型為例，基站上行峰值約為624Kbit/s，下行峰值約為540Kbit/s。實際應用中，下行流量遠小于上行。

● 時延需求：NB-IoT S1接口的時延相對于LTE S1接口進一步放寬，可以達到秒級。

● Qos需求：考慮到NB-IoT終端多為周期性上報，為保證數據可靠傳輸，可以在PTN上為之分配較高優先級EF。

● 網絡性能需求：無論是升級現網GSM基站支持GN雙模，還是新建NB-IoT基站，都需要針對S1接口新增承載電路，涉及偽線、隧道、保護實例等業務配置。

NB-IoT對PTN網絡承載挑戰有限，不會對承載網絡造成沖擊。在實際部署中，可以考慮將IoT-sGW與當前LTE sGW部署在同一機房，將IoT-MME與當前LTE MME部署在同一機房，減少NB-IoT業務引入對承載網帶來的影響。

BBU集中/C-RAN部署方案

（1）BBU集中/C-RAN技術方案分析

運營商面臨著無線接入網高昂的投資和運維成本，快速增長的數據流量和相對緩慢的APRU增長等挑戰，為了滿足不斷增長的無線寬帶業務需求，移動運營商不斷增加空中接口帶寬和基站數量，無線接入網絡的能源消耗問題也變得日益嚴重，同時潮汐效應導致基站較低的平均利用率。基于以上前提，移動運營商提出了無線網絡綠色演進的理念，通過引入全新的網絡構架BBU集中部署以滿足低成本、高容量、低能耗、易運營的要求。

（2）BBU集中部署優勢分析

BBU集中部署可有效降低對機房及配套資源的依賴，便于集中維護和擴容，提高了BBU利用率。

● 支持未來網絡平滑演進：BBU集中部署后，后續網絡演進可利用基帶池共享方式，實現基帶容量動態共享，并且實現基帶資源的動態分配和調度，更好地應用于產生“話務遷徙”的區域。

● 降低建設及維護成本：BBU集中可提高BBU設備的利用率，減少BBU配置數量，降低無線網絡投資、基礎配套設施費等建設成本消耗；BBU集中機房主要選擇在條件較好的匯聚機房及無線基站機房作為站址，可以充分利用原有機房的光纜、電源、空調等配套資源，提高機房的整體利用率，另外在選址、機房、室內配套、傳輸覆蓋等方面，可以大幅縮短站點建設周期。

（3）BBU集中部署的劣勢也不能忽視

● 網絡結構安全方面：BBU集中部署后，RRU與BBU之間采用星形組網，一旦發生光纜中斷事故，RRU與BBU之間的連接將出現中斷，網絡安全冗余性不足。BBU集中部署在部分機房后，如該機房發生浸水、外電長時間斷電、誤操作或設備單點故障導致BBU設備退服時，可能會造成大面積的無線網絡癱瘓。

● 光纜網絡方面：BBU集中部署后，RRU站點由于無傳輸設備承載，無法將多個RRU業務進行匯聚后再傳送，造成光纖資源的消耗，部署越集中對主干、配線資源的消耗較大，后續擴容對瓶頸段落的管道資源要求越來越高，投資明顯增加。如通過部署波分設備承載，則單站接入造價明顯提高。

（4）C-RAN技術尤為重要

C-RAN是基于集中化處理、協作式無線電和實時云計算構架的綠色無線接入網構架，具備BBU集中化、基帶池內的BBU協作化、無線處理資源的“云化”、基站“軟化”等特征。C-RAN具備4C特色，即Clean（節能減排），Centralized（集中處理），Cooperative（協同調度）和Cloud（具有云計算能力的軟硬件平臺）。

海量的基站建設需求導致站址獲取越來越困難，大量站址的租用及電源配套問題已成為制約網絡發展的重要因素，而室外柜則普遍存在交付復雜且安全性低的問題。

另外，LTE系統采用OFDM(正交頻分復用)技術實現同頻組網，由于其物理層技術自身沒有小區間干擾抑制的機制，導致小區邊緣干擾嚴重，小區邊緣吞吐量無法保證，載波聚合時同頻干擾尤為明顯；而采用C-RAN建網，站間協同技術可有效提升LTE/LTE-A用戶體驗，同時降低時延，可有效提升小區邊界用戶體驗。可見，隨著LTE建設的大規模展開，采用C-RAN技術顯得尤其重要。