面向5G業務的傳輸承載網建設重點策略

沈利泉，朱少平，朱東照

（1.浙江省通信產業服務有限公司，浙江 杭州 310052；2.華信咨詢設計研究院有限公司，浙江 杭州 310052）

0 引言

5G 網絡呈現大帶寬、低時延、網絡切片和靈活接入等幾大特點，同時FlexE（靈活以太網）、SR（分段路由）和SDN（軟件定義網絡）等新技術的運用給5G 傳輸承載網帶來了新的挑戰。因此，需要建設一張端到端支持新技術特性的傳輸承載網來實現5G 業務的高效承載。

目前國內外對5G 傳輸承載網方面的研究主要集中在關鍵技術和組網需求方面。本文從5G 業務對傳輸承載網的需求出發總結七大關注點，對網絡建設的重點策略展開分析研究，對比不同方案在投資效益和資源消耗等方面的優缺點，并給出推薦方案。

5G 網絡將有前傳（AAU 到DU）、中傳（DU 到CU）和回傳（DU 到核心網）三部分，如圖1 所示。初期受網絡快速部署的考慮，一般采用CU、DU 合設的模式，因此需要通過傳輸解決的主要是前傳和回傳兩個部分。

圖1 4G/5G無線基站業務架構變化示意圖

移動承載網經過了20 年左右的發展，由最初的模擬電話、到2G 語音、3G 數據業務以及現在爆炸式增長的4G 流量業務，發展到目前需要面對的5G 新業務和新網絡新特性需求，考慮新的移動承載網絡系統應該如何組建、光纖物理網應該如何調整、以及當下的網絡建設重點等問題，可從圖2 所示的七個關注點入手展開分析研究。

1 5G傳輸承載網的七大關注重點

1.1 BBU集中架構的應用

從無線和有線兩個專業需求、從投資和成本兩個角度出發，測算對比BBU 集中模式和分散模式的投資及成本優勢。

無線場景分為4G/5G 集中（5G 集中，存量4G 也改造為集中）和僅5G 集中（5G 集中，存量4G 不改造）兩種。各種場景的無線配置模型如表1 所示。

BBU 集中傳輸配置模型：BBU 集中機房1 套PTN（按10 個物理站4G/5G 集中配置拉遠光模塊），每個物理站新建1.5 km 光纜，每BBU 集中區新建3個光交。

BBU 分散傳輸配置模型：每個物理站1 套PTN（按4G/5G 集中配置光口），按照每個站1 km，10% 的新建光纜比例。

測算結論為4G/5G 集中場景下，投資差距不大，但維護成本上BBU 集中模式較分散模式每站一年可節省約3 萬元。

BBU 集中架構在節省建網和運營成本、提高BBU抗災能力、降低站址獲取難度、統一光纜網架構、提升無線網性能等方面具有優勢，而在降低RRU 抗災能力、增加管線資源需求、增加傳輸接入難度等又有一定的劣勢。

BBU 集中對節點機房功耗和機位提出了新的要求。

功耗需求：

◆無線：按照每個BBU 框1 kW（配置3 個5G 站+3 個3D MIMO 站，對應3 個物理站）測算。

◆傳輸：匯聚機房設備按1.5 kW 測算、接入機房設備按0.5 kW 測算。

機位需求：

◆動力：部分機房不需擴容，如需擴容，按1 個機架測算（含開關電源及鐵鋰電池）。

表1 各種場景的無線配置模型

◆無線：為避免散熱系統改造，建議單機架功耗不超過2 kW，按每個BBU 框0.5 個機架測算。

◆傳輸：匯聚機房設備按0.5 個機位測算、接入機房設備按0.1 個機位測算。

不同物理站堆疊規模的無線和傳輸功耗及機位需求測算結果如表2 所示。

若一個節點機房考慮堆疊15 個物理站，需要考慮預留6.5 kW 和4 個機位，才能滿足業務需求。

1.2 BBU集中場景下的前傳方案選擇

按4G/5G 集中場景，采用普通雙纖、單纖雙向（無線設備廠家光模塊）、單纖雙向（第三方廠家光模塊）、無源波分（1:6）四種前傳方案測算投資。前傳方案見圖3 所示。

各種無線業務的纖芯需求測算結果如表3 所示。

宏站需求纖芯36 芯；不同廠家無線設備對纖芯需求有所不同，微站按2 芯需求考慮。

各種前傳方式的造價和纖芯消耗測算結果如表4所示。

測算結論為普通雙纖方案投資最省、單纖雙向（第三方廠家光模塊）方案次之。

◆普通雙纖方案投資最低，建議作為首選方案，但是對光交、管道和光纜資源會帶來一定的壓力。

◆單纖雙向方案較無源波分方案連接簡單、故障點少，建議作為次選方案，在纖芯資源不足且新建光纜受限的場景下應用。

◆無線主設備廠家單纖雙向光模塊價格高，建議選擇第三方廠家單纖雙向光模塊。

◆無源波分方案可以快速解決纖芯資源存在較大缺口且新建光纜受限的問題，但建設和維護相對復雜，建議作為補充手段。

表2 不同堆疊規模的功耗和機位需求測算結果

圖3 前傳方案示意圖

表3 各種無線業務的纖芯需求測算結果

表4 各種前傳方式的造價和纖芯消耗測算結果

1.3 接入層組網方案

BBU 集中場景下對幾種接入層系統架構（如圖4所示）對比分析。

圖4 接入層系統架構示意圖

接入層各種組網架構的接入能力分析結果如表5所示。

表5 接入層各種組網架構的接入能力分析結果

接入層各種組網架構的優缺點分析：

V 字型和口字型組網架構：優點為轉發效率高，擴容靈活性好且成本低；缺點為單系統接入基站數量少，初期帶寬無合適的選擇，配置10G 無法支持FlexE，配置50G 則系統將長期處于低利用率狀態。

環型組網架構：優點為單系統接入基站數量大，可直接配置50G 帶寬支持FlexE；缺點為轉發效率低，擴容靈活性差且成本高。

接入層系統建設方案建議：采用50GE FlexE 端口組建V 字型或口字型系統。

下面談談接入層光纜網架構。接入層光纜網向基于微格化規劃的架構演進（如圖5 所示），主要變化有：

◆減少光交層級：由三級架構（主配光交、輔配光交、小區光交）改為兩級架構（一級分纖點、二級分纖點），原輔配光交根據微格化規劃，或升級為一級分纖點，或降級為二級分纖點。

◆優化接入主干光纜結構：由環型結構改為星樹型結構，縮短光纜距離、提升資源效率。

◆優化接入機房與一級分纖點關系：原有架構為平行關系，接入機房相關光纜層次不清晰，目標網改為歸屬關系，使得光纜網結構更清晰。

◆有線、無線業務光纜統一規劃：依據微格化規劃逐步推進實現無線業務和有線業務光纜統一規劃、合纜建設，減少管孔資源占用。

接入層光纜纖芯測算考慮如下公式：

建議根據最新的纖芯需求模型，測算各層光纖物理網的滿足度，進行相應的架構調整和纖芯擴容，以滿足未來業務的發展需要。

1.4 匯聚層組網方案

匯聚層組網架構的演進如圖6 所示。

圖5 接入層光纜架構示意圖

圖6 匯聚層系統組網架構示意圖

5G 業務初期環形組網優勢：

◆與現網架構一致，多個匯聚點共享環路帶寬，滿足eX2 業務需求。

◆光纜組網路由相對簡單，纖芯占用相對較少。

◆接入層環路掛接靈活。

5G 業務中后期加V 字型組網優勢：

◆以單個節點為單位按需擴容，擴容針對性強，節省投資。

◆業務路徑豐富，直達路由減小業務跳數。

匯聚層系統建設方案建議：采用100GE FlexE 端口，初期組建環型網絡，中后期以V 字型架構擴容，逐步向網狀網演進。

1.5 業務帶寬配置方案

參考有關運營商總部的指導原則和實際工程經驗，業務帶寬配置建議如下：

（1）帶寬規劃

傳送網在承載5G 業務時，接入、匯聚、核心層按照8:2:1 規劃帶寬，系統有效帶寬按照線路側接口速率的80%估算。

（2）帶寬配置

由于初期5G 業務流量較低，系統環路不存在擁塞，初期保證帶寬（CIR）按照20M 配置，單一匯聚設備可匯聚接入層設備數量不高于80 個（雙歸至不同匯聚設備的單個接入設備按照0.5 個計列），每個接入環下掛基站數量不能多于40 個（一個DU 計列為一個基站）。

在實際網絡應用中，業務的CIR 數值按需調整。

1.6 建設模式選擇

5G 傳輸承載網建設需面向業務需求，結合網絡能力、系統布局、設備現狀等因素，合理選擇諸如PTN 擴容、PTN 升級和新建SPN 等建設方案。

下面，從目前主流設備廠家的設備產品性能，匯聚及接入層傳輸PTN 設備對5G 業務需求滿足度分析，包括現網設備的使用情況，“以終為始”的原則來規劃建設，結合早期投資和后期投資情況，分析三種建設方案投資和成本及工期長度上的優缺點。

PTN 擴容/升級的優勢：

◆機房、電源、纖芯等配套資源占用少。

◆可充分利用現有網絡資源，初期建設進度快。

PTN 擴容/升級的劣勢：

◆需采購原廠家設備，不利于商務談判，預計考慮商務優惠情況下投資大于新建SPN 方案。

◆部分利舊設備硬件不支持SPN 新特性，后期還需升級或替換工作。

◆對現網影響大，后續需要大量網絡升級。

新建SPN 的優勢：

◆廠家不限，有利于商務談判，考慮商務優惠情況下預計投資小。

◆硬件支持SPN 新特性；對現網影響小。

新建SPN 的缺劣勢：

◆機房、電源、纖芯等配套資源占用多。

◆端到端新建，初期建設進度慢。

1.7 BBU集中機房條件不具備情況下的建設策略

BBU 集中需要大量的節點機房資源，在條件不具備情況下，可考慮如圖7 所示的三種過渡方案。

2 5G初期的承載網建設工作建議

5G 建設初期的工作重點應該放在光纖物理網基礎資源的建設模型組建和方案調整、節點機房存量整改和資源儲備、現網面向5G 組網的匹配度整改等建設內容上。

2.1 光纖物理網

◆光纜架構：之前以環形網絡架構為主，基站和家寬政企多呈兩張光纖物理網，針對5G 的BBU 集中模型，需要光纜架構由環形到星形的以光交為收斂點的架構調整。

圖7 過渡方案組網示意圖

◆光纜芯數：之前基站業務采用BBU 分散模式，每站對纖芯需求為左右各2 芯，而5G 的BBU 集中模式對纖芯需求高達30 芯/每站（4G 和5G 均集中，每種無線模式按3 扇區測算），在這種模式下，接入光纜、光交以及主干光纜的纖芯的滿足度，就急需根據各地的業務預測和現網情況開展先行分析研究。

2.2 節點機房

◆機房條件：面向5G 業務的BBU 集中要求，節點機房在空間、動力等方面的需求，對機房條件提出了新的挑戰，需要提升節點機房建設標準，盡早進行機房條件的整改工作。

◆機房儲備：根據5G 業務規模預測和全業務發展規劃，分年度開展節點機房儲備建設工作。

2.3 現網整改

◆瓶頸設備替換：制定規劃方案，對早期小容量等瓶頸設備分年度開展替換工作。

◆核心網C/U 分離：U 面下沉對傳輸網的影響，需要各地網絡規劃技術部門盡早開展相關研究，編制適合自己的網絡發展方案。

◆SDN：還需要關注面向5G 業務SDN 的各項功能實現對現網的調整工作內容。

3 結束語

5G 業務快速增長，給運營商帶來了新機遇也帶來新的挑戰，各大運營商應從業務需求出發結合各省網絡短板，分析研究適合各省運營商的傳輸承載網發展方案，提出一些切實可行的建設策略，為5G 網絡發展打造堅實基礎。