5G傳輸網建設需求與組網技術解析

蘇 楠，趙 斌

（中國廣電四川網絡股份有限公司，四川 成都 610042）

0 引 言

隨著以第五代無線通信技術為核心的網絡架構在廣播電視領域的建設與應用，信號傳輸速率、效率均得到了極大提升，為智慧臺站的建設打下堅實基礎。5G傳輸網是交換網、數據網和支撐網的基礎網絡，并承擔著連接5G無線接入網和核心網的功能，具備靈活調度、組網保護和管理控制等功能，同時提供帶寬、時延、同步以及可靠性等方面的性能保障[1]。結合5G傳輸網的應用場景與運用方式，如何高效發揮5G通信網絡技術優勢，進一步提升網絡運行能力，需要深入解析5G傳輸網的建設需求及組網技術。

1 5G傳輸網建設的基本需求

1.1 前傳組網

與4G通信網絡技術相比，5G通信網絡技術對承載網絡在帶寬、時延、同步、可靠性以及靈活性等方面提出了更多的需求。依據第三代合作伙伴計劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP）的規范定義和業界的發展方向，作為承載網的重要組成部分，集中式無線接入網（Centralized Radio Access Network，C-RAN）架構下5G前傳組網建設的需求包括以下幾點：一是數據接口和速率，標準化25 Gb/s增強型通用公共無線電接口（enhanced Common Public Radio Interface，eCPRI）是主流技術選擇；二是時延，應具備低時延特性，前傳時延單向不超過100 μs；三是同步，應支持同步信號傳輸，滿足5G通信網絡基本業務±1.5 μs的同步要求；四是光功率預算，支持5G通信網絡前傳技術方案所對應的鏈路光功率預算要求；五是管理，支持設備管理、業務配置和監測、故障診斷等管理功能。此外，單纖雙向傳輸技術等有利于節約前傳網絡的光纖用量，降低成本[2]。

現階段，前傳組網的設計與建設主要是通過運用信息化系統設計實現集“傳、享、調、控”等于一體的智慧系統。該指揮系統能夠有效兼容原分系統的業務模式，并支持業務拓展、數據調用、遠程控制以及智慧運維等功能，所有業務工作能夠在智慧系統內獨立完成。

1.2 回傳協同

回傳（Backhaul）指無線接入網連接到核心網的部分，有效協同是信號回傳的最終目標[3]。相比4G通信網絡，5G通信網絡能夠通過不斷調整傳輸節點，大幅提升網元間的互傳流量，并在所有的節點上安裝虛擬機，通過接口對外實現回傳協同。此外，通過回傳協同，能夠始終保持在網絡信號傳輸過程中不經過核心節點，即所需的無源光纖網絡（Passive Optical Network，PON）組件數量少，從而減少相應的故障點，較好地降低了網絡維護難度與成本。

1.3 低時延

1.3.1 5G前傳組網時

HARQ LOOP的架構下，在5G通信網絡技術應用場景中實現超高可靠和超低時延通信（ultra Reliable Low Latency Communications，uRLLC）需要將時延限制在0.5 ms以內，這是5G傳輸網設計建設的重要需求之一[4]。

1.3.2 5G回傳組網時

5G通信網絡控制信道的增強移動寬帶（enhanced Mobile Broadband，eMBB）業務需要將時延限制在10 ms以內，在自動化和智能化要求更高的業務領域，時延標準逐步提高至在1 ms以內。

2 5G建設的實踐設想

5G通信網絡建設中最具代表性的是5G微波廣播電視干線的設計與建設，通過5G微波技術的模塊化優勢，打造綜合業務數據承載網，實現傳統微波干線的改造，有效支撐智慧廣電建設。5G微波傳輸干線網的拓撲結構如圖1所示。

圖1 5G微波傳輸干線網的拓撲

在5G微波傳輸干線網的建設中，通過應用分體式架構，可以將基帶業務單元部署于機柜，將射頻單元上塔，兩者的結合處以同軸電纜相連接，綜合業務經處理后可直接混傳[5]。該建設實踐設想可以通過信號處理技術有效降低功率損耗，且便于軟硬件的拓展。5G傳輸網微波模塊的基礎架構如圖2所示。

圖2 5G傳輸網的微波模塊的基礎架構

現階段，國內約75%的5G傳輸網微波模塊已經逐步升級至為分體式，大幅提升技術運維便利性和智能性的同時，為5G傳輸網組網技術的推廣應用奠定了基礎。

3 5G傳輸網組網的技術解析

由于廣電業務綜合性的現實情況，在實際5G通信網絡應用場景中對于各種組網模式的標準化尚未統一，尤其在前傳、回傳等方面。因此，5G傳輸網組網技術應用的選擇需要側重于解決接口標準化問題。

3.1 前 傳

3.1.1 光纖直驅

該技術以點到點的接入方式解決電信號無法長距離傳輸的問題，即通過光纖連接路由器完成集中承載、調度、傳送[6]。該技術在傳統4G通信網絡的前傳組網中較常使用，但實際運行中系統管理不及時以及運營成本較高等情況比較嚴重，因此對于網絡穩定性要求更高的數據傳輸場景適用性不強。

3.1.2 Open-WDM

通過部署中等波分復用（Micro Wave Division Multiplexing，MWDM）彩光模塊、局端半有源波分復用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）設備及板卡、遠端無源合分波器、可實現服務器級集中式網管的網管系統，可有效解決5G傳輸網前傳組網無管控、無保護、故障定位難、業務維護難的痛點，同時也破解了前傳資源管理、光纖資源緊張、低成本需求等難題。技術路線如圖3所示。

圖3 5G前傳C-RAN場景下Open-WDM的技術路線

利用半有源波分Open-WDM技術實現前傳組網，具有以下優點：一是光傳輸系統只需要1+1熱備份，系統備份簡單、可靠性高，節約光纖資源的同時也保證了網絡建設的可行性；二是支持無源WDM與有源WDM間的多級連接，主用/備用光纖合理搭配、組網方式更加靈活，適用于當用戶接入信息點分散，光纖資源比較短缺的場景；三是實現了主用/備用信號傳輸鏈路的分離，能夠有效降低信號間的串擾以及對終端的影響，從而減輕了技術運維的工作量，并提高了重點區域的網絡安全性[7]。

3.2 回 傳

根據5G傳輸網的回傳需求，回傳組網技術主要區分為2個方面。一方面是ODU Flex+Flex O。為有效應對CU和核心網之間的網絡連接問題，提高接口數據傳輸速率，采用靈活通道、靈活接口技術實現回傳組網，支持可變速率的客戶端需求。另一方面是Flex E。以Shim以太網結構為基礎，對傳輸網前傳與中傳組網的分接、復接等部分進行以太網增強技術處理，自動調整不同的Client接口數據可以根據客戶端通道，為5G傳輸網綜合性業務的智能隔離創造條件[8]。

4 結 論

為了滿足5G傳輸網的設計與建設要求，提升網絡實際運行能力，需要有效梳理5G傳輸網的建設需求，并進一步解析前傳及回傳組網技術。通過對5G傳輸網建設實踐的設想，實現在關鍵點上5G技術的應用創新，進而為5G技術在廣電領域應用的全面推廣奠定堅實的基礎。