5G 網絡傳輸解決方案*

張維東

（中國電信股份有限公司重慶網絡監控維護中心，重慶400042）

0 引 言

按照網絡強國戰略的部署，從2019 年開始各大主流運營商快速進行了5G移動通信網絡的部署，在城市熱點區域安裝了大量的5G 基站。如何保障這些5G 基站快速部署到位，組成一張5G 通信網絡以端到端地提供高質量的業務，傳輸網是一個重要環節。此文從5G 傳輸網重要性著手，分析了5G傳輸網重構的必然性和5G 傳輸新技術，總結了5G傳輸網解決方案原則，提出了5G 傳輸網部署方案，對保障5G 網絡安全運行和提供高質量的業務將起到重要作用。

1 5G 傳輸網絡的重要性

5G 基站點多面廣。隨著移動通信技術的發展，低頻的使用接近飽和，5G 移動通信的載波頻率變得越來越高，意味著蜂窩系統的覆蓋半徑越來越小，因為頻率越高，電磁波的衰減越大。5G 基站布局密度比4G 大，基站間距從4G 時代千米級壓縮到百米級，5G 基站平均覆蓋半徑100 ～300 m，大概數量為25 個/km2，5G 基站數量相對于4G 基站數量要增加許多倍。如何將這些大量高密度部署5G 基站組成一張端到端的網絡，建設一張高質量的傳輸網將是一個重要課題，它需要大量的光纜資源、大量的傳輸設備將各個5G 基站連接起來組成一張移動通信網絡。常言道“要想富，先修路”，沒有交通就沒有發展。作為5G 通信網想要快速發展，滿足日益增長的用戶需求，就必須建設好傳輸這張通信交通網。5G 商用，傳輸先行。5G 傳輸是5G 無線網和核心網的紐帶，是5G 網絡建設必不可少部份。

2 5G 傳輸網絡重構的必然性

5G 新的組網架構變化與5G 業務要求變化推動了5G 傳輸網絡的重構。

2.1 5G 組網架構變化

（1）5G 無線接入網架構變化[1]。相比4G 網絡5G 網絡的RAN 無線接入網架構發生了較大變化，其BBU 裂化為CU、DU 兩部份，5G 基站重構為CU、DU、AAU 三級架構，其中CU 和DU 可以分開部署，也可以合一部署，這根據場景和需求確定。當CU 和DU 可以分開部署，需要在CU 和DU之間部署“中傳”承載網，這樣5G 承載網就從4G網絡的前傳和回傳兩部份變成了前傳、中傳、回傳三部份。

“前傳”為AAU 和DU 之間，傳遞無線側網元設備AAU 和DU 間的數據。前傳網絡實現5G 的C-RAN 場景信號的透明傳送，與4G 相比，接口速率和接口類型不同。前傳接口也將由10Gbps CPRI升級為25Gbps eCPRI 或自定義CPRI 接口等。

“中傳”為DU 和CU 之間，傳遞5G 無線側網元設備DU 和CU 間的數據。中傳網絡面向5G 引入了新的承載網絡層次，在網絡實際部署時城域網接入層可同時承載中傳和前傳業務，隨著CU 和DU云化部署發展，中傳網絡也需要支持面向云化應用的靈活承載。

“回傳”為CU 和核心網之間，傳遞5G 無線側網元設備CU 和核心網網元間的數據。回傳網絡實現CU 和核心網、CU 和CU 之間等相關流量承載，由接入、匯聚和核心三層構成。由于核心網演變為5G 核心網和多接入邊緣計算MEC 等，同時5G 核心網云化部署在省干和城域核心的大型數據中心DC，MEC 將部署在城域匯聚或更低位置的邊緣數據中心。因此，城域核心匯聚網絡將演進為面向5G 回傳和數據中心DC 互聯統一的承載網絡。

（2）5G 核心網架構變化。5G 核心網進行云化，其UPF（User Plane Function，用戶面功能）按需下沉。受業務發展驅動，5G 核心網發展成滿足全業務接入和服務全業務場景的云化網絡架構，引入SDN 和NFV 技術，通過網絡切片功能實現不同業務虛擬隔離。

總之，5G 網絡組網架構的變化對傳輸網絡提出了新的變化，它使網元設備之間的聯接變為云之間的互聯組網，如圖1 所示。

圖1 5G 傳輸網絡組網架構示意圖

2.2 5G 業務要求變化

ITU 為5G 定義了eMBB（增強移動寬帶）、mMTC（海量大連接）、uRLLC（低時延高可靠）三大應用場景，這三大業務場景對承載網有不同的需求。eMBB：主要承載的業務類型包括超高清視頻UHD、虛擬現實VR、增強現實AR、沉浸式游戲娛樂等，這些業務對承載網的需求是大帶寬、大吞吐率、高移動性。mMTC：主要承載的業務類型包括智慧家庭、智慧城市、智慧農業等，它對承載網的需求是大連接、低移動性、低速率、低功耗。uRLLC：主要承載的業務類型包括自動駕駛、遠程醫療、遠程工業控制等，它對承載網的需求是高可靠性、低時延。

相比4G 網絡，5G 三大業務對網絡的要求也發生了巨大的變化，具體業務要求為帶寬單站接入高達10 Gbps，時延為最低達1ms，時間同步小于±1.5 us，L3 到邊緣靈活連接，部署智能SDN 提升業務開通及時維護效率。這些差異化的業務要求，對5G 傳輸網絡提出了新的挑戰，它只能通過傳輸網絡切片技術來滿足不同業務的隔離，不同業務帶寬、時延、連接的需求，如#1 號網絡切片承載8K高清視頻eMBB 大帶寬業務，#2 號網絡切片承載自動駕駛uRLLC 低時延業務，#3 號網絡切片承載IOT 物聯網mMTC 超密連接業務。承載網切片功能要保證不同切片對帶寬、時延、可靠性的需求，要保證切片的靈活創建、修改、刪除，要保證切片的完全隔離，同時切片的調整不會影響其他切片。網絡切片將一外物理網絡切割成多個虛擬的端到端的網絡，每一個都可獲得獨立網絡資源，各切片之間可相互絕緣，因此當某一個切片是產生錯誤或故障時，并不影響其它切片。通過網絡切片功能做到了端到端的按需定制業務并能保證隔離性。

總之，5G 三大業務場景eMBB、mMTC、uRLLC帶來了組網架構的變化和業務要求的變化，這也必然導致5G 傳輸網絡的重構[2]。

3 5G 傳輸網新技術

總體來講在5G 三大應用場景的驅動下，對傳輸網進行重構改造時需要考慮五方面的變化要求，它們分別是：提供超大帶寬、提供超低時延、提供超精度時間，支持靈活調度、支持網絡切片。為滿足這些新要求，在5G 傳輸網中必須引入一些新技術手段來解決三大應用場景的差異化業務需求。

FlexE（Flexible Ethernet）靈活以太網技術：它是基于高速以太網接口，將以太網MAC 層和PHY實體層解耦而實現，可支撐5G 網絡實現超大帶寬、超低時延、網絡切片等功能。FlexE 技術可解決物理鏈路帶寬不足和報文轉發時延高的問題，實現帶寬擴展和超低時延傳輸。基于FlexE 可實現承載網端到端的硬切片，可滿足三大應用場景業務的差異化承載需求。

FlexO（Flexible Optical Transport Network） 靈活光傳輸網技術：通過綁定多個標準速率的物理接口（如N×100G）來支持更高容量的ODUflex和OTUCn，OTUCn 提供互通的系統接口，實現超100G OTN 高速率信號的傳輸。

M-OTN（Mobile-optimized OTN）面向移動承載優化的OTN 技術：它是以OTN 技術為內核的一種創新技術，主要特征包括25 G 和50G 線路接口技術、單級復用、靈活設置時隙顆粒度。M-OTN的目標是提供低成本、低時延、低功耗的綜合業務承載方案，主要應用在5G 傳輸網的前傳和回傳中。

SR（Segment Routing）分段路由技術：SR 是一種源路由轉發技術，即只需在網絡的入節點指定數據包要途經的部分或全部節點和鏈路信息，其它途經節點只需轉發，不需維護連接狀態。SR 可實現在流量連接場景下，降低網絡連接的復雜度，使得業務路徑的維護更容易，提高業務路由轉發效率，支撐5G 網絡實現海量連接的靈活調度。

IPv6 技術：IPv6 地址比特數是IPv4 的4 倍（從32 bit 位擴展到128 bit 位），128 位地址可包含43億×43 億×43 億×43 億個地址節點，足以滿足5G 網絡所需的地址空間，巨大的IP 地址空間是部署IPv6 網絡的最大優勢。

高精度時間技術：采用時間和時鐘雙網合一、時隙下沉至前傳網等技術實現高精度的時間時鐘同步功能。滿足5G 超高精度時間傳遞要求，需要從時間源和承載網兩個方面提升時間同步的精度。在時間源方面，可采用衛星共視法，其比對精度可達10ns。從承載設備的角度，實現高精度時間同步需要對承載設備進行帶內和帶外改進，帶內方式：將時間戳下沉到接近物理層而不是MAC 層，以提升時間戳的精準度；帶外方式：基于光模塊實現時間信號和業務信號的分離。

Network slice instance 網絡切片技術：它是一個具有特定網絡特性的邏輯網絡，它是由網絡功能模塊以及配置給這些網絡功能模塊的資源組成。網絡切片技術可以將一個硬件基礎設施中切分出多個虛擬的端到端網絡，每個網絡切片在設備、接入網、傳輸網及核心網方面實現邏輯隔離，以適配各種類型服務并滿足用戶不同業務的差異化需求。傳輸網網絡切片是對網絡的拓樸資源，如鏈路、節點、端口，以及網元內部資源，如轉發、計算、存儲等資源，進行虛擬化形成虛擬資源，并按需組織形成切片網絡。傳輸網絡切片是基于SDN 的網絡虛擬化新技術，其整個體系架構有三層：最底層是網絡基礎設施即數據轉發面，中間層是具有網絡核心控制權的虛擬化控制器，最上層是負責業務配置管理的應用程序和控制器[3]。

4 5G 傳輸網解決方案原則

（1）5G 傳輸網應遵循固移融合、綜合承載的原則和方向，與光纖寬帶網絡的建設統籌考慮，將光纜網作為固網和移動網業務的統一物理承載網絡，在機房等基礎設施及承載設備等方面盡量實現資源共享，以實現低成本快速部署。

（2）傳輸網絡應當滿足5G 網絡的高速率、低時延、高可靠、高精度同步等性能需求，靈活性強，支持網絡切片[4]。

（3）在光纖資源充足或CU/DU 分布式部署的場景，5G 前傳方案以光纖直連為主，應采用單纖雙向（BiDi）技術；當光纖資源不足且CU/DU 集中部署時，可采用基于WDM 技術的承載方案，具體包括無源WDM、有源WDM/M-OTN、WDM PON 等。

（4）對于5G 中傳/回傳，初期業務量不太大，可以采用比較成熟的IPRAN，后續根據業務發展情況，在業務量大而集中的區域可以采用OTN 方案，PON 技術在部分場景可作為補充。初期基于已商用設備滿足5G 部署需求，逐步引入SR、FlexE/FlexO接口、M-OTN 等新功能，回傳接入層按需引入更高速率（如25G/50G）接口；中遠期適應5G 規模部署需求，建成高速率、超低時延、支持網絡切片、基于SDN 智能管控的回傳網絡。

（5）5G 基站接入光纜資源，按照每基站需求6 芯光纖配置，部分廠家設備會采用單AAU 使用兩對光模塊，光纜需求會成倍增加。考慮到今后網絡演進需要和建設成本問題，建議光纜建設時一次性布放24 芯光纜到5G 基站。AAU 至BBU 間采用裸光纖直連的方式，可為環型或星型，一個AAU至BBU 采用普通光模塊需要兩芯光纖，采用單纖雙向技術則只需要一芯光纖。光纜網要根據用戶密度和業務需求統籌規劃和建設，應成為固網和移動網的業務的統一物理承載網絡，目前接入網光纜在FTTx 網絡建設后以環（接入主干）+樹形（配纖+引入）拓撲結構為主，可在此基礎上充分利用現有光纜資源和光纜路由，服務于5G 前傳/回傳網絡，實現固移融合。

5 5G 傳輸網部署方案

根據5G 網絡整體部署進度、網絡演進情況和投資建設成本等綜合因素考慮，采取5G 傳輸網分階段進行部署的方案[5]。

（1）5G 初期階段：現網傳輸設備能力提升，為5G 規模部署做準備。此階段總體目標是配套5G基站新建接入設備10GE 組環，具備100GE 平臺能力，保障后期帶寬擴展能力；新采購100GE 單板建議采用FlexE 單板，保護投資。具體來講，接入層：新建接入環或老舊設備替換，用戶側10GE 接口接入基站，網絡側采用10GE 上行，中后期按需擴容到50GE/100GE。匯聚層：不支持5G 演進老舊設備替換，支持演進設備擴容新單板，初期10GE，中后期逐步部署100GE 互聯，支持SR/FlexE ，根據業務需求引入部署。核心層：不支持5G 演進老舊設備替換，支持演進設備擴容新單板N×10GE 或100GE 互聯，中后期采用N×100GE 或更高速率接口支持SR/FlexE，根據業務需求引入部署。

（2）5G 中后期階段：傳輸設備引入新單板及新特性，支撐5G 規模部署。此階段總體目標是接入層按需擴容50GE/100GE，核心匯聚按需引入N×100GE、FlexE 捆綁/400GE；按業務需求逐步引入控制平面，部署FlexE、SR、網絡切片等5G 新功能，滿足行業用戶需求。具體來講，接入層：新建接入環采用5G 新型A 類設備建議100GE 組環，現網接入環按需50GE/100GE 擴容，建議采用L3到邊緣部署端到端SR。核心匯聚：引入5G 新單板支持SR/FlexE 等5G 新特性，擴容節點采用100GE扁平化口字型組網按需引入N×100GE FlexE捆綁。業務部署：逐步引入SR-TE、FlexE，5G 核心網虛擬化、控制面省集中和用戶面UPF 分布式下沉。

6 結 語

在5G 傳輸網絡建設中，為確保5G 網絡安全運行，減少成本投資，加快網絡建設速度。一方面要充分利用現有傳輸網絡資源，另一方面要結合網絡演進和業務需求，并充分考慮固網和移動網的融合發展，適時提出5G 傳輸解決方案，并進行不斷優化調整完善。