5G承載技術(shù)初研

侯揚 賀石嘉 中國移動通信集團設(shè)計院有限公司湖南分公司

1.概述

展望未來十年，無線通信產(chǎn)業(yè)新業(yè)務(wù)、新需求將持續(xù)快速發(fā)展，5G無疑將是其中的主角。

與前幾代移動通信技術(shù)不同的是，5G將強力驅(qū)動全產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，從以前側(cè)重于人與人的連接、簡單業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)變到萬物互聯(lián)、全業(yè)務(wù)發(fā)展，覆蓋物聯(lián)、車聯(lián)、VR、工廠、醫(yī)療、智慧城市、無人機等更多行業(yè)應(yīng)用場景，無人駕駛、遠程醫(yī)療、遠程機械控制等眾多行業(yè)的顛覆式創(chuàng)新將在5G時代從夢想照進現(xiàn)實。

5G承載是5G端到端系統(tǒng)的基礎(chǔ)，本文將對5G承載技術(shù)進行初步探索。

2. 5G業(yè)務(wù)場景及架構(gòu)演進

相比4G主要考慮人與人，追求速率，5G不僅考慮人與人，也考慮人與物、物與物，重點關(guān)注速率、連接數(shù)密度和時延三大最關(guān)鍵性能指標。

IMT-2020被確認為5G唯一的官方候選名稱，確定了三大類應(yīng)用場景：增強移動寬帶、海量機器類通信、超可靠低時延通信。

2.1 5G無線架構(gòu)演進

5G無線基站功能將分解為CU、DU和AAU三個功能模塊,標準化中確定的CU/DU都是邏輯網(wǎng)元，實際兩者可以分開，也可以一體化部署，兩種方式在5G系統(tǒng)均有可能部署,承載網(wǎng)需要多種部署方式的承載需求。

2.2 5G核心網(wǎng)的變化

運營商在2G/3G/4G時代，基本上以2C市場為主，用戶行為簡單、需求簡單，導致運營商形成了傳統(tǒng)CT的封閉電信網(wǎng)絡(luò)。5G時代以行業(yè)市場為主，需求繁雜、零散，三大場景業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的帶寬、時延等要求差異化巨大。

5G核心網(wǎng)云化下移給承載網(wǎng)帶來的最大變化是連接變化及降低網(wǎng)絡(luò)時延，核心網(wǎng)部分功能將下沉至城域，MEC/RGW可能會下沉至城域匯聚節(jié)點，DGW可能下沉至城域核心節(jié)點，城域網(wǎng)需考慮GI接口互聯(lián)網(wǎng)流量的疏導。

3. 5G承載網(wǎng)需求

3.1 5G大帶寬需求

根據(jù)中國移動在MWC2017發(fā)布的5G原型樣機白皮書中對5G各類站型帶寬的核算，低頻單站峰值帶寬將超5G，高頻單站峰值帶寬近20G。

結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)接入環(huán)、匯聚環(huán)、核心環(huán)情況分析，理論上來看，接入層需支持50GE/100GE，匯聚層需支持100GE/200GE，核心層需支持200GE/400GE。

3.2 5G低時延需求

不同的應(yīng)用對時延的要求不同，詳細見下表。為滿足5G超低時延業(yè)務(wù)需求，除了承載設(shè)備降低單跳時延之外，主要需要通過降低空口時延，以及核心網(wǎng)下移以減少光纖時延。

類別 4G時延 標準參考 5G時延 標準參考User Plane(one way) 10ms TR 25.913 參考各業(yè)務(wù)標準Control Plane 100ms TR 25.913 10ms TR 38.913 V2X 20ms～100ms TS 22.185 3ms～10ms TS 22.186 eMBB 10ms NA 10ms TR 22.863 mMTC NA NA 時延不敏感 TR 22.861

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3.3 5G網(wǎng)絡(luò)切片需求

5G垂直行業(yè)IoT差異化對網(wǎng)絡(luò)提出端到端切片訴求，網(wǎng)絡(luò)分片的推動力來源于5G的多樣化應(yīng)用場景，連續(xù)廣覆蓋、熱點高容量、低時延高可靠、低功耗大連接等場景差異巨大，承載網(wǎng)需滿足時延保證、路徑選擇，帶寬保證等方面嚴格區(qū)分和精細控制，滿足差異化SLA業(yè)務(wù)需求。

3.4 5G時間同步需求

根據(jù)3GPP的TS38.104，分析了5G的頻率同步和時間同步的性能指標需求，結(jié)論是5G 基本業(yè)務(wù)同步需求與4G相當，均為3us；5G協(xié)同業(yè)務(wù)需求指標：65ns/130ns/260ns/3us；絕大多數(shù)百納秒量級的時間同步要求一般發(fā)生在同一個RRU內(nèi)的2個載波，無需網(wǎng)同步；少量百納秒量級的時間同步要求可能發(fā)生在同一CU/DU下的不同RRU之間，需基于前傳網(wǎng)實現(xiàn)網(wǎng)同步；對于基站定位等業(yè)務(wù)，則提出了更高的時間同步指標要求，如3m定位精度需10ns時間同步精度，基于網(wǎng)同步實現(xiàn)難度較大，需結(jié)合其它定位技術(shù)實現(xiàn)。

4. 5G承載網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

總體來看，面向5G的需求，承載網(wǎng)必須具備以下的關(guān)鍵技術(shù)：

4.1 大帶寬技術(shù)

4.2 超低時延技術(shù)

分組網(wǎng)絡(luò)時延關(guān)鍵影響因素在“距離”、“轉(zhuǎn)發(fā)速度“、”擁塞”，通過網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化、轉(zhuǎn)發(fā)面新技術(shù)和信道化隔離，可有效控制時延。

4.3 網(wǎng)絡(luò)分片技術(shù)

FLexE實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分片是基于傳統(tǒng)以太網(wǎng)的輕量級增強，引入FlexE Shim（時隙化技術(shù)），采用64/66bit以太網(wǎng)的物理層碼塊，基于64/66bit塊構(gòu)成時隙，將TDM交換與分組交換融合，簡單來講，F(xiàn)lexE = 標準以太網(wǎng) + 時隙調(diào)度。

4.4 靈活組網(wǎng)技術(shù)

在支持靈活調(diào)度方面引入SR和SDN技術(shù)，SR是基于MPLS分段路由的傳送網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，實現(xiàn)業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)解耦支持連接和無連接業(yè)務(wù)模型，增加”雙向SR-TP隧道”和“面向連接OAM”特性 ；SDN Based L3VPN是基于SDN集中控制的IP路由技術(shù)，提供集中式路由控制能力，路由策略靈活可編程能力，實現(xiàn)業(yè)務(wù)靈活調(diào)度，利用路由集中策略和分布式協(xié)議之間的適度結(jié)合，降低轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備復雜度。

4.5 高精度時間同步

采用超高精度技術(shù)，把5G同步精度由4G的±1.5微秒提升至±390納秒量級，需要更嚴格控制設(shè)備內(nèi)部同步時戳和芯片延時處理，涉及同步硬件的更新。

5. 5G承載建議

根據(jù)相關(guān)指導意見，5G承載堅持現(xiàn)網(wǎng)演進路線，確保4G建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)在5G承載時能充分發(fā)揮效益。

現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)初期以容量提升為主，建議市城區(qū)接入層升級至50GE環(huán)網(wǎng)，部分區(qū)域10GE環(huán)可滿足少量5G站接入；中期根據(jù)流量變化逐步擴容升級，市城區(qū)匯聚層升級至200GE；后期全網(wǎng)流量快速增長，核心層引入400GE接口。

現(xiàn)階段應(yīng)加大基礎(chǔ)資源的儲備工作，機房與系統(tǒng)建設(shè)相匹配，適度超前規(guī)劃，面向全專業(yè)各系統(tǒng)組網(wǎng)需求進行布局，進行資源整合，挖潛現(xiàn)有機房資源能力；管道與光纜建設(shè)相匹配，根據(jù)光纜網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求，加大市政道路管線覆蓋力度，挖潛整改，合理規(guī)劃，提升現(xiàn)有管線資源使用效率。