5G系統對本地傳送網的技術要求探究

文/劉付仲偉

1. 5G系統的關鍵技術特性

5G網絡主要是面向移動互聯網和物聯網進行應用的，該系統涉及到了多個不同的領域，具有連續廣域覆蓋、熱點高容量、低功耗大連接和低時延、可靠性高等多種應用場景。前兩種場景在應用時主要面向的是移動互聯網應用，后兩種場景則主要面向物聯網以及垂直行業應用。5G網絡結合功能框架劃分可以分為接入地面、控制地面和轉發平面3個不同的功能層面，控制平面主要負責全局控制策略的生成，接入平面和轉發平面則主要負責對各項策略的執行。在具體應用中，5G網絡的應用場景主要包含4個不同的方面，即連續廣域覆蓋場景、熱點高容量覆蓋場景、低功耗大連接場景和低時延高可靠場景，不同應用場景面臨的性能挑戰也有所不同，對用戶體驗速率、連接數密度、端到端時延、移動性、流量密度和用戶峰值速率等都提出了不同的要求，而這也對5G系統本地傳送技術提出了更高的挑戰。

當前，5G技術的發展對現有傳送網的應用產生了巨大的沖擊，其主要是因為運營商重點建設的內容是光傳送網OTN、PTN等，這些技術在應用期間還難以真正有效地滿足5G系統的傳輸需要。當前，無論是全國范圍內的一干、省內二干，還是本地網傳輸設備中，網絡架構所呈現出來的分布特點相對來說都顯得比較分散，包含的層級也比較多，如城域骨干層、匯聚層和接入層等。為了更好地滿足設備的使用需求，在本地傳送網技術中SDH應運而生，該技術的應用促使PTN網絡得以成功地構建并不斷創新發展，其與許多業務都有著較強的適配性，可以為多種經濟可靠的業務提供承載服務，這樣也更好地滿足了運營商的多元化運行需求。但是，該技術在應用過程中也存在有不可避免的缺陷，如其難以滿足擴展性和開放性的要求，網絡建設和優化的成本相對來說比較高，而且技術在具體應用實施時過程比較復雜，工程建設周期比較長，前期投入成本巨大，因此無法有效適應5G網絡運營需求。

2. 5G系統對傳送網的功能需求

結合5G網絡架構的情況來看，光傳送網位于5G網絡的控制平面和轉發平面之間，屬于5G網絡的基礎承載網絡，面對5G網絡其有著更為嚴苛的傳輸性能和組網功能要求，相對于傳統的3G和4G技術來說，其需要提供性能更加優質、性能更加靈活、運營更具有智能的傳送技術，在具體的應用中，其主要需要以下方面的技術需求：

2.1 大寬帶和高容量

進入21世紀以來，移動數據流量呈現出爆炸式增長的趨勢，隨著4G技術誕生之后，5G技術也提上了日程，據相關研究表明，2010年-2030年移動數據流量將增長近2萬倍。相較于傳統的4G網絡技術來說，5G網絡在帶寬和容量方面都更加的理想，它可以隨時隨地地為用戶提供100兆每秒以上的體驗速率，局部熱點區域則需要滿足1G每秒的用戶體驗速率，峰值速率則在10G每秒的峰值速率和10T每平方米的流量密度。在5G系統運行過程中，海量數據流量需要傳送網技術為其提供更大的寬度和更高容量的基礎承載網絡，具體的傳送網絡包含有前傳網絡、回傳網絡以及核心網傳輸網絡等，這樣才能滿足5G網絡的多元化使用需求。結合當前的光傳送網絡技術發展現狀來看，當前我國大部分地區光傳送網絡干線已經全面進入100G每秒的時代，并且開始朝著城域逐漸衍生，超過100G每秒尤其是400G每秒的光傳送技術也隨著高階調制、新型超低損耗或者是與大有效面積光纖、靈活柵格、低噪聲放大器等多元化技術的研究發展和不斷成熟，這也給5G系統傳送網技術提供了更加多元化的選擇。

2.2 低時延

5G系統在互聯網和物聯網等領域的實際應用中，對低延遲提出了更高甚至更苛刻的需求愿景。間隙延遲小于甚至1ms，終端延遲為ms級。該ms級低時延應用場景的業務需求要求光傳輸網絡不僅能夠提供極低的傳輸時延，而且能夠提供極低的處理時延。通過現有光傳送網絡的端到端傳輸驗證，光傳送網的端到端時延主要為光纖傳輸路徑引入的傳輸時，其中光傳送網的端到端時延大約在80%以上為光纖傳輸時延，因此是光傳送網中有效降低時延的重要方法之一，采用業務傳輸路徑最短方案進行業務路徑規劃和開通，以滿足更多的應用場景和需求。

2.3 高可靠

5G網絡業務類型也將更加豐富，同時，更多的應用場景要求業務開通的時效性以及業務帶寬靈活可變等，這就要求光傳輸網絡也需要很高的傳輸可靠性保證。當前，許多地區的傳輸網絡技術取得了OLP OMSP、OCH和ODUKSNCP保護方案不同層次的業務。與此同時，現在網絡運行大多數屬于環網絡，光傳輸網絡模型的網絡模式的主要路徑時滯差分通常比較大，所以不適合5G網絡的低延遲需求，也難以適應5G網絡高可靠性的要求。因此，在具體的傳輸過程中，還需要進一步對傳送網的網絡結構進行調整和優化，如可以借助光電混合交叉、網絡拓補結構和智能控制功能等技術，有效提高光傳送網的可靠性以及業務健壯性，以便更好地構建低時延和高可靠的傳送網絡。

2.4 靈活化

5G網絡的業務類型必將會更加豐富，在多個應用場景中應用也要求業務開通的時效性不斷提升，業務帶寬靈活多變等，而這些都要求傳送網具備靈活多變承載貸款的動態指派功能。近些年來，光傳送網為了滿足多元化的業務需求，引入了多種新技術，如ODUflex、GMP等技術，同時，其還結合了已有的ROADM、靈活柵格以及可變收發和電交叉等多種類型的技術，這些技術的應用有效實現了靈活映射和復用，促使帶寬管道更加靈活多變。

2.5 智能化

5G網絡相較于傳統的4G和3G網絡來說智能化特點更加明顯是毋庸置疑的，為了滿足這一技術要求，需要支持軟件定義的網絡控制架構，實現網絡能力的優化升級。5G網絡將以SDN網絡為基礎技術，有效實現控制平面與轉發平面的分離，使整個網絡更加靈活、智能、高效、開放。在光傳輸網絡中引入SDN功能后，5G網絡的主要優勢包括以下幾個方面：首先，集中式控制的引入提高了控制平面的智能決策能力，提高了服務的部署效率和網絡資源的利用效率；其次，借助虛擬網絡抽象技術和資源，以便更好地完成解耦的硬件和軟件，并通過開放和標準化接口控制器連接，簡化運營管理，通過一個開放的網絡和應用程序層界面，提供可編輯的容量光傳輸網絡業務，提供靈活的帶寬，如光學網絡VPN新定制的，增值和其他多樣化的業務需求。

3. 5G系統對本地傳送網技術要求發展的挑戰

在實際應用中，作為承載網絡的傳送網，面對5G網絡大寬帶、高容量、低時延、高可靠、靈活化和智能化等承載需求，根據傳送網技術應用現狀以及發展趨勢來看，在相關系統未來發展中，其可能面臨著以下方面的挑戰：

3.1 光傳輸技術方案選擇及實現

結合移動網絡的典型承載需求來看，傳送網絡主要是由前傳網絡、回傳網絡和核心網絡等多個部分組成的，結合當前5G系統在應用時的目標來看，無論是前傳、回傳還是核心網傳輸，要想達到相應的傳送目的，實際上對于傳送網來說其所面臨的技術方案選擇以及實現的挑戰都是極多的，尤以前傳網絡所面臨的挑戰最多，比如說，超大容量和高密集的無線接入導致前傳網絡的光纖直驅模式在5G網絡中難以有效普及和應用。在相關技術具體的發展和應用中，究竟該選擇何種滿足前傳性能和功能要求的傳輸技術、無線前傳網元之間的有效接口制式等還需要進一步進行深入的研究和探索。尤其是在當前5G網絡從整體上還沒有針對端到端性能指標的明確劃分、無線網元前傳功能的分割還需進一步明確的情況下，面向5G的傳輸方案選擇以及具體實現等仍然面臨著較大挑戰，在相關技術應用過程中，存在的不確定因素相對來說是比較多的。

3.2 低時延和靈活化高性能方案的選擇及實現

如上文所述，從端到端ms量級的超低時延是5G網絡的典型性能需求，靈活化是5G網絡面向用戶相較于3G和4G網絡來說最為突出的特征之一，即5G網絡更加靈活多變。前文中已經提到，光傳輸網絡中長距離網絡的主要時延是由物理光纖鏈路引起的。而光纖鏈路時延一般除了選擇更加理想的物理光纖鏈路之外，并沒有其他技術可以解決系統在使用期間存在的時延問題，因此，光傳送網降低時延的技術主要集中在節點處理方面，其中，最為主要的是墊層信號處理，比如說，當前應用比較頻繁的FEC和DSP等處理技術，這些技術的處理時延和傳輸性能呈現出反比的關系，在這種因素之下，如何在保證傳輸性能的同時進一步降低處理時延所需要面臨的技術挑戰是眾多專家和學者一直以來都在探索的重要話題。此外，為了更好地適應5G網絡業務應用的靈活化、光傳送網還需要提供承載帶寬的靈活化，需要采用多種技術對帶寬進行調整，但是，在對帶寬進行調整時不得不面對的一大難題就在于帶寬靈活調整的過程中，難以實現與5G業務實際應用之間的靈活配合，這樣可能會影響最終時延以及靈活效果的展現。

3.3 傳送網與其他網絡的協調和互通

5G系統在應用期間涉及到了多種不同類型的技術，5G網絡的承載網絡除了傳統的光傳送網之外，還包含有IP承載網、無線承載網等，不同承載網的作用功能、使用需求等都存在一定的差異。在具體的5G網絡承載中怎樣實現不同承載網絡組網功能的合理分配并且實現無障礙溝通等，在實際工作中，仍然面臨有多方面的挑戰和困難，而在未來相關技術應用過程中，還需要結合實際的應用需求，明確不同承載網的作用，保證5G系統所需要的核心承載網與其他輔助承載網之間互相協調和統一，這樣才能更好地發揮相關技術的作用優勢，降低傳送網絡對系統應用產生的局限性，促使相關工作朝著更好的方向發展。

4. 5G系統對本地傳送網的技術要求發展思路

4.1 進一步優化網絡結構

過去的移動通信網絡大多是基于層次化的網絡結構，存在一定的局限性，難以有效滿足5G系統對傳送網技術的要求。目前，網絡結構呈現扁平化發展趨勢，這與IP的發展趨勢基本一致。因此，針對5G系統傳送網技術還需充分考慮如何在現有傳輸網絡和上層網絡演進互相適應，促使相關技術得到更好的發展和應用。做好了網絡結構優化、對網絡的扁平化發展實際上是極為有利的，其可以有效減少各類資源的浪費，降低運維成本。同時，政府部門還需做好引導工作，聯合各大企業加速5G部署，降低對設備廠家的依賴性，促使5G時代傳送網絡呈現出獨立發展的狀態，以便更好地滿足用戶多元化的需求，推動相關工作朝著更好的方向發展。

4.2 靈活應用PNT網絡技術

當前，在進行移動通信時運營商多是借助PTN技術來承載LTE網絡的，該技術具有數據傳輸性能強，傳輸安全可靠的優點，同時其還可以獨立于客戶以及控制層面存在，可以對多種業務進行靈活的承接。所以說，要想真正的發展好5G對本地傳送網的技術要求，還需結合實際的數據傳輸需要，靈活應用和研發PNT網絡技術。

4.3 做好5G信號對廣電網絡傳播防干擾工作

5G作為一種新的系統，其在應用時還存在有多種不穩定的因素，其很容易對廣電信號產生干擾。針對這種問題，筆者認為，一方面可以加裝抗5G干擾C頻段濾波器。在加裝C頻段濾波器仍不足以應對5G干擾時，可根據5G干擾情況考慮以下方案：一是降低5G基站發射功率、調整5G系統最大輻射方向或下傾角（可增加0-8dB的隔離度）、更換5G基站位置等(需要相關通信運營商配合）；二是在加裝C頻段濾波器基礎上，更換帶濾波能力的低噪聲（變頻）放大器（LNA/B）；三是加裝屏蔽網（可增加8-12dB的隔離度）。

5. 5G給視頻制作帶來的影響

5G是一項通用型技術，因為其低延遲、高帶寬、廣連接等技術特點，或將會促進4K的爆發，帶來VR的快速發展，使得人工智能技術在廣電媒體行業有著更加廣泛的使用。由于5G網絡的低時延、高帶寬以及云服務高度的可擴展性，使得高質量視頻的傳輸和分享變得簡單可行，超高分辨率的視頻采集端并不需要進行本地處理，而是直接通過5G網絡上傳，云端處理后再通過5G網絡分發。

目前，很多由廣電系主導的融媒體中心或演播室，紛紛通過擴展演播室功能，使其具備更強的直播互動能力。因此，基于虛擬現實、增強現實等新一代演播室技術的交互沉浸式演播室應運而生，并且可以廣泛應用于廣播電視演播室、新聞播報、體育賽事直播、電視綜藝節目等各種場景。

VR在媒體行業的應用中，給我們帶來的或許是一種全新的敘事方式——不僅可以將整個新聞事件發生的環境毫無遺漏地進行展現，而且其“沉浸”“在場”等特點可以讓受眾身臨其境，變成真正的“目擊者”，以第一人稱的視角去審視、理解新聞。

結語

總之，5G系統在應用期間對于本地傳送網技術提出了大寬帶、高容量、低時延、高可靠、靈活管道和智能化等多方面的需求，這對于傳統的設備提出了更高的挑戰，為了更好地滿足這些傳輸需求，并解決當前技術設備中存在的難題，還需要更多的資金以及技術人才投入，只有這樣才能真正推動我國5G系統技術朝著更好的方向發展，滿足5G技術多元化的應用需求，推動相關工作的不斷發展和進步。5G技術的應用將會給廣電行業帶來新的生機與活力，因此，對于廣電行業來說5G這條高速公路通向的是極具價值和前景的未來。