5G光傳送網技術及應用

張軍

（中國移動通信集團內蒙古有限公司阿拉善分公司 內蒙古自治區阿拉善盟 750306）

光傳送網技術是整個5G 移動通信技術的重要組成部分，5G 的發展也對其提出了更為嚴格的要求和挑戰，因此，對光傳送網技術進行深入的研究分析對于5G 的發展和普及具有十分強烈的現實意義。

1 5G網絡的特點

相比于4G 網絡，5G 通信技術要求能夠滿足用戶對覆蓋范圍、容量以及傳輸速度等多方面的需要。其中在移動互聯網中，必須要滿足對容量和覆蓋范圍的高要求。5G 網絡的架構（如圖1）整體上可以分成接入網和核心網，而接入網包含著控制平面和用戶平面，核心網包含著AMF、UPF 和SMF，其中AMF 的功能是訪問和移動管理，UPF 的功能是給用戶平臺提供支持，SMF 的功能是會話管理。5G 通信網絡技術的服務對象有兩種，分別是互聯網和物聯網。應用于移動互聯網的場景有兩類，首先是持續時間比較長而且覆蓋范圍比較廣的場景；其次是高容量的熱點場景。應用于物聯網的場景也有兩類，首先是連接很大并且低功耗的場景；其次是可靠性高并且延時比較短的場景。由于場景不同，其所面對的問題可能也存在差異，其中主要有以下幾方面。首先是一定面積范圍之內網絡所能夠支持的設備總數量；其次是在一般網絡環境下的最低傳輸速率以及數據從發出到接受所需要花費的時間；再次是在滿足網絡性能要求的同時，設備雙方能夠產生的最大傳輸速率；最后是單個用戶體驗時的最高傳輸速率以及一定范圍內流量總和等。這些問題的具體標準，都要根據5G 網絡應用的具體場景進行確定和審查[1]。

2 面向5G的光傳送網需求

在5G 通信網絡中，光傳送網處于控制面板和轉發面之間，發揮著重要的承載作用。5G 通信網絡無論是對傳輸功能還是組合網絡的功能要求都比較苛刻，因此對傳送網也提出了更高的功能需求。

2.1 低延時需求

無論是在移動互聯網還是物聯網方面，5G 通信網絡都加大了對延時的要求，一般空口延時要保持在1m/以下，數據的發送和接收之間所經歷的時間也要縮短。因此光傳送網一方面要降低傳送時間，另一方面還要縮短接收時間。根據目前的相關分析，數據傳輸過程中之所以會出現延時，主要是因為光纖的傳輸路徑存在問題。因此可以通過減少中繼器的方式縮短光纖路徑，滿足光傳送網的低延時要求。

2.2 高可靠性需求

5G 網絡對可靠性的要求較高，因此光傳送網也要提高數據傳輸的可靠性。目前，光傳送網更多的是以環形組網的模型運行，其延時性較差，因此必須要進行升級。同時，為了提高光傳送網的可靠性也已經制定了許多保護措施，對于組網架構，可以把網絡扁平化和最優光纖傳輸路徑進行結合，組建出低延時且具有高可靠性的光傳送網。

圖1：5G 網絡整體架構圖示

圖2：5G 網絡發展總體視圖

2.3 智能化需求

由于5G 網絡技術具有靈活、開放等特征，因此光傳送網也必須要能夠控制軟件定義網絡架構，從而不斷優化和升級5G 網絡。其中涉及到的主要技術是軟件定義網絡，以此分離控制面和轉發面，使整個網絡系統更加靈活和智能。這樣一來，能夠通過對控制面的集中控制提高其智能水平，進而提高各項業務的工作效率。

3 5G光傳送網所面臨的挑戰

3.1 頻譜效率及系統容量

隨著信息技術水平的不斷提高，5G 網絡給頻率效率和系統容量帶來了更大的挑戰。要進一步提升用戶的網絡體驗，必須要正確面對核心網帶來的挑戰。因此，提高頻帶的利用率應當成為未來5G 發展的重要方向之一，從而不斷提升網絡的傳輸速度，優化用戶網絡體驗。可以通過非授權頻段和高頻段來滿足5G 網絡對頻譜資源的需求，一方面能夠滿足用戶的網絡體驗，另一方面也可以有效控制網絡運行成本。除此以外，相關人員還應當格外重視對拓展頻率的研發，從而不斷提升系統覆蓋層次。要早日實現5G 用戶的普及，還需要對許多技術進行研究和調整，實現多種通信技術的融合[2]。

3.2 成本控制與網絡消耗

5G 通信網絡的覆蓋范圍越來越廣，因此必然會面對著一個成本控制和資源消耗的問題。時至今日，網絡已經與人們的日常生活和工作密不可分，用戶對網絡的需求量也逐漸增加。5G光傳送網作為一種新型的應用技術，必須要制定合理的價格才能實現廣泛應用。此時，便需要充分考慮運營成本、用戶成本以及用戶需求等多方面的因素，從而保證基本的經濟效益。

3.3 終端設備問題

隨著互聯網和信息技術的不斷發展，用戶所使用的終端設備也更加智能化、現代化和多樣化。因此，智能設備問題也成為了5G光傳送網所面對的一個重要問題，對于一般的用戶而言，能否提供多樣化的網絡服務是他們選擇網絡終端一個重要參考因素。未來的網絡智能終端設備種類必然會不斷增加，只有給用戶提高終端服務體驗，才能夠提升自己核心競爭力，因此不僅要適當控制成本，同時還要進行多模終端的研發[3]。

4 5G網絡架構在應用過程中產生的影響及其設計

4.1 產生的影響

在5G 網絡發展的過程中，其逐漸改變了4G 的傳統兩級架構，發展到了目前的CU、DU 以及AAU 三級架構，從而更好地滿足5G 發展需求。CU 主要是以4G 中原有的BBU 為基礎，對其非時部分進行合理地切割，并重新定義為CentralizedUnit，即集中單元，能夠在很大程度上提高處理服務和非實時協議的速度和水平。而DU 主要是把BBU 中剩余的部分功能進行整合，一般重新定義為DistributeUnit，即分布單元，其主要功能是科學地處理實時服務和物理層協議。AAU 主要是把BBU 中的部分物理層處理功能進行調整和優化，并且和RRU 進行合并，最后定義成ActiveAntennaUnit，即有源天線處理單元。RAN 架構分離之后，承載網相應的也被分成了三個部分，分別是前傳、中傳和回傳，不同結構之間有序相連，以此達到5G 網絡運行的相關需求。

除此以外，為了進一步滿足相關需求，核心網也逐漸開始向云化和下沉發展。5G 網絡要求降低回傳負擔、高靈活性以及低延時性，因此要求核心網實現云化和下沉處理，同時充分利用目前的MEC 移動邊緣計算，組成合理的分布式架構，從而更好地滿足5G網絡的需求。在利用相關技術對EPC 進行拆分時，主要可以分成MEC 和NewCore 兩個部分，同時通過目前的DCI 數據中心互聯和Mesh，實現以承載網為基礎的云化互聯[4]。

4.2 承載方案設計

5G 承載網絡分為前傳、中傳和回傳三個部分，各部分都具有不同的特點。以前傳為例，其應用場景主要可以分成三種，分別是小集中、大集中和環網大集中。對于小集中場景，一般DU 的部署位置比較低，和4G 中BBU 的部署位置基本一致，在實際連接時，AAU 的數量一般在30 個以下。對于大集中場景，DU 的部署位置通常比較高，因此和小集中場景之間存在較大的差別，而且其更多地位于綜合接入點機房，在實際連接時，AAU 的數量一般在30 個以上。最后是環網大集中場景，其大多是以目前的光纖資源和拓撲分布作為基礎，對大集中場景進行科學合理地劃分，一般可以分為兩部分，一部分是P2P 大集中，另一部分是環網大集中。通過完整的場景設計和承載方案設計，能夠有效提高5G 網絡運行的整體質量和運行效率[5]。

在進行無源WDM 方案的設計過程中，通常是利用目前的波分復技術，在無線設備上科學合理地安裝采光模塊，將分波板卡作為媒介，提高其波分復用能力，從而實現通過一個一根光纖連接多個無線設備地基本目的。在實際制定無源波方案時，應當充分考慮波長的基本屬性，一般有兩種主要使用的方案，分別是DWDM 無源粗分方案和CWDM 無源密集方案。經過筆者的研究對比，發現目前的無源波方案比光纖直驅方案性能更好，能夠在很大程度上節省光纖的材料成本，并提高網絡傳輸質量。在實際應用過程中，這種方案也存在一定的限制性，波長等因素也會對通道數、規劃復雜度等產生較為直接的影響。CWDM 方案的波長比較長，但是無源DWDM 的波長數量更多，能夠更好地滿足5G 網絡運行需求。值得注意的是，波長數量更多則意味著對波長管理和控制提出了更高的要求，從而增加了整體的經濟成本，因此相關設計人員應當綜合考慮多種影響因素，不斷對承載方案進行優化（如圖2）。

5 結語

本文首先對5G 網絡和光傳送網的特點進行了簡要介紹，然后對5G 時代給光傳送網提出的新要求和挑戰進行了具體分析，最后對5G 網絡架構在應用過程中產生的影響及其設計進行了深入研究。然而目前5G 網絡僅應用于小部分領域，民用5G 移動網絡僅在部分地區進行了試點，要盡快實現5G 網絡的普及化應用仍然需要解決許多問題，相關研究也不會至于本文。希望相關研究者能夠在研究過程中不斷積累經驗，大膽創新，爭取進一步提高光傳送網技術的應用水平，從而盡快使5G 網絡得到普及應用。