面向5G的傳送網(wǎng)承載方案研究

趙慶龍

（吉林吉大通信設(shè)計院股份有限公司，吉林 長春 130012）

0 引 言

與4G所使用的TD-LTE技術(shù)相比，5G對于承載網(wǎng)絡的要求更高，由于5G技術(shù)的超高帶寬和極低時延，要求承載5G移動通信的承載網(wǎng)必須具備更高的穩(wěn)定性。過去適用于4G網(wǎng)絡的架構(gòu)已遠遠無法滿足5G更高要求的標準，必須推翻原有的網(wǎng)絡架構(gòu)，重新進行設(shè)計，針對性設(shè)計一套適用于5G技術(shù)的承載網(wǎng)絡架構(gòu)。而在進行網(wǎng)絡設(shè)計時，必須對承載網(wǎng)絡的作用機理和組網(wǎng)機構(gòu)進行詳細的剖析和重新編定[1]。

1 5G關(guān)于光傳送網(wǎng)的功能需求

針對5G網(wǎng)絡的特點，光傳送網(wǎng)處于5G網(wǎng)絡的轉(zhuǎn)發(fā)平臺和控制平面之間是5G網(wǎng)絡信息傳遞的一個基本承載面，結(jié)合有關(guān)數(shù)據(jù)分析，可知5G網(wǎng)絡的主網(wǎng)功能和傳輸性能較上一代通信技術(shù)相比有了跨越式發(fā)展，其主網(wǎng)功能更加完善，傳輸性能更加強大，每秒能傳輸?shù)挠行畔?shù)據(jù)是過去的10倍，而且在信息傳輸過程中能保障極低時延，極大地拓寬移動通信技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之間的連接。但為了滿足實際的使用需求和技術(shù)標準，對于5G網(wǎng)絡的承載面有了更高的要求，如果承載平臺自身無法達到如此高要求的標準，那么由此平臺所進行的信息傳輸功能會有所下降。為了最大化發(fā)揮5G網(wǎng)絡技術(shù)的優(yōu)勢，技術(shù)人員從5G網(wǎng)絡的基礎(chǔ)帶寬承載功能到網(wǎng)絡架構(gòu)再到光傳網(wǎng)特性修正多個方面進行同步協(xié)調(diào)，目的是使5G通信網(wǎng)絡所處的光傳送網(wǎng)具有能支持5G技術(shù)的能力。5G光傳輸網(wǎng)在未來的推廣、使用過程中，要努力實現(xiàn)功能性的添加和完善，同時增加智能運營模式，完善其性能挖掘硬件設(shè)施潛力，通過建立完善的基礎(chǔ)帶寬確保信息承載能力穩(wěn)定[2]。5G回傳網(wǎng)回傳過程如圖1所示。

圖1 5G回傳網(wǎng)回傳過程

2 中國移動TD-LTE回傳網(wǎng)現(xiàn)狀

TD-LTE回傳網(wǎng)絡架構(gòu)如圖2所示。回傳網(wǎng)的核心設(shè)備一般會集中放置在省會城市，全網(wǎng)通過PTN進行承載，城域傳送網(wǎng)一般按照三層架構(gòu)進行設(shè)計，三層架構(gòu)分別為核心、匯聚及接入，接入及匯聚層使用的是環(huán)網(wǎng)架構(gòu)，核心層一般采用的是口字型組網(wǎng)。如果是同一廠家的設(shè)備，采取NNI方式進行組網(wǎng)；如果是不同廠家的設(shè)備，采取UNI方式進行對接。每個省的出口業(yè)務都是比較大的，所以一般在省干會采取口字型組網(wǎng)方式，以確保回傳業(yè)務是安全的，因此省干平均會設(shè)置2個節(jié)點，分別部署在兩個不同的地理位置。

3 5G網(wǎng)絡關(guān)鍵技術(shù)特性

與上一代通信技術(shù)相比，5G網(wǎng)絡更強大的網(wǎng)絡帶寬意味著過去從文字到音頻再到視頻的轉(zhuǎn)變過程會再次發(fā)生，在未來社會發(fā)展中如何利用5G技術(shù)實現(xiàn)更大體量的數(shù)據(jù)傳輸，成為改變社會發(fā)展模式的一個重要突破。過去從3G到4G的技術(shù)跨越，使得人們的生活習慣發(fā)生了徹底的顛覆，通過移動互聯(lián)網(wǎng)終端的普及，實現(xiàn)了年輕人生活模式、學習模式、工作模式、交流模式和信息獲取模式的完全顛覆。在5G時代，更強的帶寬傳輸能力在人們的生活學習過程中體現(xiàn)較少，而在工業(yè)發(fā)展中具有極高的應用價值。事實上，更高的上傳和下載速度并不是5G技術(shù)突破的重點，其與未來社會發(fā)展變革息息相關(guān)的特征恰恰體現(xiàn)在極低時延上。極低時延意味著過去由于遠距離信息傳輸而造成的信息傳遞緩慢和操作滯后現(xiàn)象得到改善，在這樣的現(xiàn)實條件下，遠程操控會越來越普及，在遠程測量和安全設(shè)施監(jiān)控方面均有極大的應用空間。另外，通過遠程操控可以使得在4G網(wǎng)絡時代就已經(jīng)開始嘗試的自動駕駛技術(shù)得到更好的發(fā)展，在5G網(wǎng)絡環(huán)境下，信息傳輸速度和處理效率會大大提升，對于行駛車輛的信息收集和分析能在一瞬間全部完成，而極低時延則意味著這些信息能在極短的時間內(nèi)被信號接收系統(tǒng)接收、分析、處理，并以遠程控制的方式作用于汽車行駛行為上。在工業(yè)發(fā)展中，5G技術(shù)為互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的搭建提供了有力的信息支持，更多的節(jié)點設(shè)備終端的加入會使物聯(lián)網(wǎng)的功能性得到進一步完善。總之，5G網(wǎng)絡的關(guān)鍵特征在于極高的熱點容量和極低的時延，同時具備連續(xù)廣域覆蓋和低能耗等特點[3]。我國5G發(fā)展布局如圖3所示。

圖2 TD-LTE回傳網(wǎng)絡架構(gòu)示意圖

圖3 我國5G發(fā)展布局

5G關(guān)鍵技術(shù)指標分別包括用戶體驗速率、連接數(shù)密度、端到端時延、流動性、流量密度和用戶峰值速率。其中，用戶體驗速率是指在正常網(wǎng)絡環(huán)境下，用戶使用網(wǎng)絡時能獲取的最低傳輸速度，在5G網(wǎng)絡系統(tǒng)中，這個速度被定義在100 Mb/s～1 Gb/s。連接數(shù)密度是指單位面積上支持連接的在線設(shè)備總和，在5G網(wǎng)絡中這一數(shù)量級能達到百萬級別。端到端時延是指數(shù)據(jù)包從節(jié)點傳輸?shù)侥康牡氐墓?jié)點所使用的接收時間，在5G網(wǎng)絡中這一時間以毫秒作為單位。流動性是指在滿足性能要求的情況下，接收和發(fā)送信息雙方的最大相對移動速度，在5G網(wǎng)絡環(huán)境中，這一速度可以達到500 km/h以上。流量密度是指單位面積區(qū)域內(nèi)的總流量，該流量象征該區(qū)域在單位時間內(nèi)能承擔的全部網(wǎng)絡信息傳遞功能總和，而這一密度在5G通信網(wǎng)絡中可以達到數(shù)十太比特。用戶峰值速率是指單個用戶在使用過程中能獲取的最高傳輸速率，一般實驗結(jié)果表明可以達到數(shù)十吉比特，是上一代通信技術(shù)的數(shù)十倍。

4 光傳送網(wǎng)發(fā)展

4.1 低時延和靈活性高性能方案的選擇和實現(xiàn)

端到端之間毫秒級的延遲速度是5G網(wǎng)絡一些基本功能的基礎(chǔ)保障，而靈活性參數(shù)又是5G網(wǎng)絡用戶日常使用中最為基礎(chǔ)的應用屬性。光傳送網(wǎng)在長距離組網(wǎng)的時候主要延時是由物理光纖鏈路所帶來的，然而光纖鏈路時延長通常除了選取更為合理的物理鏈路路由之外，沒有其他的技術(shù)來解決該問題。所以，光傳送網(wǎng)降低時延的技術(shù)重點是聚焦在節(jié)點的處理上，其中最為關(guān)鍵的就是電層信號的處理問題，如FEC和DSP處理技術(shù)，因為這些技術(shù)的處理時延與傳輸性能呈反相關(guān)關(guān)系。

4.2 與其他網(wǎng)絡協(xié)調(diào)與互通

5G網(wǎng)絡的承載網(wǎng)絡除光傳送網(wǎng)之外，還包含IP承載網(wǎng)以及建立在其他形式上（如無線承載）的承載網(wǎng)等。在實際的5G網(wǎng)絡承載中，如何實現(xiàn)對于不同承載網(wǎng)組網(wǎng)性能的科學分配，并且保證網(wǎng)絡之間無障礙互通，仍然面臨許多問題，需要進一步進行研究。

5 前傳技術(shù)及其優(yōu)缺點

前傳是最靠近5G AAU天線的傳輸環(huán)節(jié)，雖然其帶寬需求并沒有回傳那么高，但是因為5G AAU數(shù)量龐大，導致5G前傳規(guī)模龐大，所以5G前傳對成本非常敏感。隨著5G規(guī)模化商用部署節(jié)奏的加速，如何選擇合適的前傳技術(shù)以滿足5G多業(yè)務差異化應用需求至關(guān)重要。

從滿足前傳的需求層來看，WDM、OTN、WDMPON以及光纖直驅(qū)方案適用于Option 6和Option 7的場景中。此外，上述方案符合前傳的時延規(guī)定。但是，由于具體方案不同，所以時延性也是不同的，整體上看均在一個數(shù)量等級上。

從組網(wǎng)的靈活度來看，鏈型網(wǎng)或者多點組網(wǎng)中比較適合使用WDN-PON方案。在點到點組網(wǎng)及環(huán)形組網(wǎng)中，比較適合采用WDM或者OTN方案，同時支持多種類型的傳輸方式，并且能實現(xiàn)線路側(cè)的1+1保護，可以提高業(yè)務安全性。

6 結(jié) 論

5G網(wǎng)絡通信是近年來我國網(wǎng)絡通信行業(yè)的集大成之作，有效地提升了我國在世界網(wǎng)絡通信領(lǐng)域的地位，是一代又一代網(wǎng)絡通信人員經(jīng)過不懈的努力和長久的堅持所獲得的偉大成果。但是，在5G通信技術(shù)承載系統(tǒng)的選擇中還面臨很多問題，需要研究人員根據(jù)具體的作用機理選擇最為合適的處理方案。