5G網(wǎng)絡(luò)中接入光纜網(wǎng)的建設(shè)及組網(wǎng)探究

摘要：文章根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)功能需求，圍繞5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，分別從中繼層、接入層以及用戶層入手，對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，闡述如何通過(guò)服務(wù)化功能設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)5G傳輸接入光纜網(wǎng)建設(shè)，推動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：5G網(wǎng)絡(luò)；光纜網(wǎng)；組網(wǎng)結(jié)構(gòu)；5G基站建設(shè)

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.02.005

中圖分類號(hào)：TN 929.5" " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A" " " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）02-00-03

Research on the Construction and Networking of Transmission Access Optical Fiber Network in 5G Network

ZHANG Peixing

（Huaxin Consulting Designamp;Research Institute Co.， Ltd.， Hangzhou 310051， China）

Abstract： According to the functional requirements of 5G network， master the 5G network architecture， analyze the 5G networking structure from the relay layer， access layer and user layer respectively， and realize the construction of 5G transmission access optical fiber network through service-oriented functional design to promote the sustainable development of 5G network.

Key words： 5G network; optical cable network; networking structure; 5G base station construction

1" 5G網(wǎng)絡(luò)功能需求及架構(gòu)分析

1.1 功能需求

5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景主要涵蓋以下方面：具有連續(xù)性的廣域網(wǎng)絡(luò)覆蓋；高容量熱點(diǎn)；高可靠且低延時(shí)；低功耗、大連接。5G網(wǎng)絡(luò)的功能需求應(yīng)達(dá)到超高傳輸速率與移動(dòng)性傳輸要求，在流量密度方面應(yīng)達(dá)到Tbps/km2的級(jí)別，支持毫秒級(jí)端到端數(shù)據(jù)延時(shí)，且能量功耗盡可能降低。如今的通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無(wú)法滿足5G網(wǎng)絡(luò)的新場(chǎng)景應(yīng)用需求，即便是下載軟件補(bǔ)丁也不能解決網(wǎng)路擁堵的問(wèn)題，所以為了提升化用戶體驗(yàn)，提高業(yè)務(wù)應(yīng)用水平，有必要對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)傳輸情況加以分析，對(duì)5G接入光纜網(wǎng)進(jìn)行組網(wǎng)優(yōu)化建設(shè)[1]。

1.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

實(shí)際上，5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)通常以現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，在5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行期間引入新的建設(shè)思路，使光纜網(wǎng)的建設(shè)更加規(guī)范。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將業(yè)務(wù)運(yùn)行主站作為中心，依靠核心光纜網(wǎng)和傳輸光纜網(wǎng)等元素，將5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商、企業(yè)以及個(gè)人等用戶進(jìn)行有效連接，從而實(shí)現(xiàn)5G新功能的高效使用。業(yè)務(wù)運(yùn)行主站一般負(fù)責(zé)接入5G業(yè)務(wù)，同時(shí)匯集5G交換設(shè)備；核心光纜網(wǎng)負(fù)責(zé)傳輸主網(wǎng)數(shù)據(jù)，這是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵路徑；用戶光纜網(wǎng)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)前端業(yè)務(wù)與5G主網(wǎng)的數(shù)據(jù)交互分析；接入機(jī)房需要完成用戶層和光纜網(wǎng)的數(shù)據(jù)雙向傳遞。

對(duì)于5G光纜網(wǎng)的架構(gòu)，其設(shè)計(jì)思路大致如下：要求5G光纜網(wǎng)架構(gòu)擁有靈活且動(dòng)態(tài)化組網(wǎng)方式；用戶管理更加方便；可簡(jiǎn)化信令，精簡(jiǎn)會(huì)話；實(shí)現(xiàn)用戶功能的下移與命令的快速轉(zhuǎn)發(fā)；支持路由集中控制。通過(guò)以上光纜網(wǎng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)，可使5G光纜網(wǎng)控制和轉(zhuǎn)發(fā)相互分離，支持QoS框架下的平臺(tái)管理，使整個(gè)5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加合理與規(guī)范[2]。

2" 5G結(jié)構(gòu)分析

2.1 中繼層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在5G網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)架構(gòu)中，通常會(huì)根據(jù)不同單元的實(shí)際功能需求進(jìn)行組網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。在5G網(wǎng)絡(luò)接入光纜網(wǎng)后，其組網(wǎng)需求有所轉(zhuǎn)變，中繼層的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)就是其中關(guān)鍵組成部分。該層組網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要按照節(jié)點(diǎn)數(shù)量完成統(tǒng)一規(guī)劃，中繼層組網(wǎng)中包含了光纜網(wǎng)與業(yè)務(wù)服務(wù)站兩部分，一般會(huì)以核心數(shù)據(jù)的處理作為主要業(yè)務(wù)，統(tǒng)籌業(yè)務(wù)需求實(shí)現(xiàn)光纜網(wǎng)組建，最終達(dá)到設(shè)備與數(shù)據(jù)交互、信息反饋等一系列集中處理的系統(tǒng)要求。中繼層組網(wǎng)需要根據(jù)5G基站現(xiàn)有的光纜資源，結(jié)合相應(yīng)部署模式，采用不同場(chǎng)景完成組網(wǎng)，具體情況如下：①集中建設(shè)部署模式，即集中處理單元與分布單元聯(lián)合起來(lái)的部署模式，簡(jiǎn)稱CU/DU部署，該模式可以將中繼光纜同設(shè)備組環(huán)，允許60個(gè)以下5G基站接入其中。②小集中建設(shè)部署模式，在接入點(diǎn)將集中處理與分布單元結(jié)合在一起，完成主干光纜和設(shè)備之間的相互組環(huán)，最終實(shí)現(xiàn)10個(gè)以下的5G基站接入。③D-RAN部署模式，將集中處理與分布單元部署于宏基站位置，實(shí)現(xiàn)1～3個(gè)5G基站的高效接入，以上就是中繼層組網(wǎng)的幾種不同部署情況，需按照5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的情況優(yōu)化整體組網(wǎng)結(jié)構(gòu)[3]。

2.2 接入層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

接入層網(wǎng)絡(luò)主要包含主干層、配線層、數(shù)據(jù)接入層幾部分，各部分采用環(huán)形的方式進(jìn)行組網(wǎng)連接。其中，主干層涵蓋主干光纜網(wǎng)、數(shù)據(jù)接入點(diǎn)、主干節(jié)點(diǎn)三部分；配線層涵蓋傳輸光纜網(wǎng)和相應(yīng)配線節(jié)點(diǎn)。按照5G接入層組網(wǎng)的實(shí)際情況，在組網(wǎng)布局環(huán)節(jié)應(yīng)對(duì)4G與5G網(wǎng)絡(luò)接入做統(tǒng)籌分析，考慮基站數(shù)據(jù)的安全性，全方位保障基站所有數(shù)據(jù)的傳輸安全與穩(wěn)定，接入基站的光纜數(shù)量需符合組網(wǎng)業(yè)務(wù)需求。接入網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面應(yīng)確保滿足用戶需求，兼顧無(wú)線傳輸設(shè)備的使用需求，滿足個(gè)人用戶或者家庭用戶使用網(wǎng)絡(luò)的低成本要求，保障系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，實(shí)現(xiàn)接入層節(jié)點(diǎn)和線芯的合理配置，提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率。

2.3 用戶層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

5G的用戶層網(wǎng)絡(luò)涵蓋內(nèi)容眾多，如無(wú)線局域網(wǎng)、光纖到戶等，這是5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的外部基礎(chǔ)單元，需根據(jù)具體業(yè)務(wù)需求，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)所在區(qū)域的用戶密度情況完成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)籌規(guī)劃，用戶層的物理承載網(wǎng)絡(luò)需要同時(shí)包含移動(dòng)業(yè)務(wù)和固定業(yè)務(wù)兩部分功能，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟原h(huán)形為主，有時(shí)也呈現(xiàn)出樹(shù)形結(jié)構(gòu)。基于5G網(wǎng)絡(luò)部署情況，利用現(xiàn)有光纖與路由資源，將用戶層結(jié)構(gòu)中的網(wǎng)絡(luò)固定業(yè)務(wù)同移動(dòng)業(yè)務(wù)高效融合，使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化。

3" 5G接入光纜網(wǎng)建設(shè)

3.1 5G接入光纜網(wǎng)架構(gòu)原則與架構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1.1 架構(gòu)原則

5G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)募夹g(shù)特點(diǎn)對(duì)于移動(dòng)基站的分布密度與組網(wǎng)結(jié)構(gòu)提出了更加嚴(yán)格的要求，在接入光纜網(wǎng)架構(gòu)方面，連接網(wǎng)到業(yè)務(wù)終端和客戶網(wǎng)絡(luò)接口兩部分之間需要實(shí)體部件進(jìn)行傳輸，在接入光纜網(wǎng)時(shí)要根據(jù)業(yè)務(wù)終端與客戶網(wǎng)絡(luò)接口間的所有信息數(shù)據(jù)，確立物理網(wǎng)絡(luò)。光纜網(wǎng)的接入需遵循“統(tǒng)一制定”“分期建立”的原則要求，按照“穩(wěn)固的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造”“適應(yīng)新業(yè)務(wù)發(fā)展需求”的標(biāo)準(zhǔn)完成光纜連接。按照5G網(wǎng)絡(luò)可以承載的業(yè)務(wù)能力具體分類情況，將連接光纜網(wǎng)劃分為公眾連接網(wǎng)、企業(yè)連接網(wǎng)、基地連接網(wǎng)等。其中，公眾連接網(wǎng)面向家庭用戶或者普通企業(yè)用戶；企業(yè)連接網(wǎng)專門面向重要企業(yè)用戶，部分通信運(yùn)營(yíng)商會(huì)選擇采用區(qū)分組網(wǎng)的方式，根據(jù)業(yè)務(wù)實(shí)際情況獨(dú)立完成，但在后續(xù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中容易發(fā)生纖芯配置不均或調(diào)制困難的問(wèn)題，此時(shí)光纜資源的利用率也會(huì)比較低。

按照5G網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)運(yùn)行特點(diǎn)，為達(dá)到5G網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋，5G基站分布會(huì)比4G基站更加密集。5G基站逐漸朝著客戶的方向聚攏，這一情況類似于家庭用戶的分散特性，為加強(qiáng)對(duì)光纖資源的合理利用，實(shí)現(xiàn)資源的有效配置，建議將上述三個(gè)獨(dú)立的連接光纜網(wǎng)進(jìn)行整理與合并，采用便捷跳纖的方式實(shí)現(xiàn)所有業(yè)務(wù)的承載連接，在連接區(qū)域內(nèi)設(shè)置一個(gè)機(jī)房作為連接點(diǎn)，再根據(jù)道路地形情況設(shè)置光纜環(huán)和光節(jié)點(diǎn)，每個(gè)光節(jié)點(diǎn)都能對(duì)一片區(qū)域進(jìn)行覆蓋，使相鄰的區(qū)域之間不會(huì)出現(xiàn)任何盲區(qū)。在小領(lǐng)域內(nèi)會(huì)設(shè)置若干個(gè)配置光節(jié)點(diǎn)，其覆蓋范圍與居住區(qū)域、企業(yè)空間相互對(duì)應(yīng)，一般會(huì)負(fù)責(zé)小區(qū)內(nèi)所有5G通信業(yè)務(wù)。

3.1.2 架構(gòu)設(shè)計(jì)

5G網(wǎng)絡(luò)接入光纜網(wǎng)大致包含兩種架構(gòu)模式，一種是涵蓋了主干層、配線層、引入層的三層架構(gòu)模式；另一種是只包含主干層與配線層兩部分的兩層架構(gòu)模式。其中，主干光纜主要為環(huán)形結(jié)構(gòu)，而配線采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，引入光纜采用樹(shù)形結(jié)構(gòu)。5G基站在引入光纜的同時(shí)會(huì)盡可能地利用原本4G基站的纖芯資源，如果光纜資源不足，可對(duì)5G基站進(jìn)行擴(kuò)建，使其同有線業(yè)務(wù)或政府企業(yè)業(yè)務(wù)共用主干，最終成功接入光纜網(wǎng)。5G基站接入光纜后可以實(shí)現(xiàn)資源的高效共享。以C-RAN模式為主的5G基站在引入光纜時(shí)需要保證3芯，采用單纖雙向光模塊優(yōu)化整個(gè)架構(gòu)模式；以D-RAN模式為主的5G基站需要引入4芯纖芯，或者按照基站的實(shí)際情況額外預(yù)留2芯用于保護(hù)。

5G基站一般會(huì)使用D-RAN組網(wǎng)架構(gòu)模式，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有光纜實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行，如果5G基站打算使用C-RAN的組網(wǎng)模式，有必要在基站周圍的光交接箱處新建24芯引入光纜，隨后接入光纜網(wǎng)，將其連接到CU/DU集中點(diǎn)。這一組網(wǎng)模式下，拉遠(yuǎn)基站有利于提高纖芯資源利用率，相鄰的拉遠(yuǎn)站如果同時(shí)接入主干光節(jié)點(diǎn)，那么相鄰的5G基站就會(huì)選擇方向不同的纖芯。如果選用D-RAN的組網(wǎng)方式，5G基站應(yīng)適當(dāng)?shù)厥褂霉怖w芯。5G基站接入光纜網(wǎng)需要理論與實(shí)際相結(jié)合，根據(jù)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源與基站的分布情況進(jìn)行纖芯資源的優(yōu)化配置，從而制定出更加合理且精細(xì)化的基站傳輸接入網(wǎng)建設(shè)方案[4]。

3.2 5G光纜網(wǎng)引入服務(wù)化功能設(shè)計(jì)

對(duì)5G光纜進(jìn)行服務(wù)化功能設(shè)計(jì)，以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)靈活定制，完成核心網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、用戶網(wǎng)的合理組合，經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)組合強(qiáng)化5G光纜網(wǎng)的使用功能。核心網(wǎng)可使用戶界面更加簡(jiǎn)潔，支持對(duì)數(shù)據(jù)的高效傳輸，經(jīng)過(guò)集中處理單元與分布單元CU/DU分離，達(dá)到資源的集中控制。按照5G光纜網(wǎng)的實(shí)際承載情況，將光纜網(wǎng)建設(shè)分成三部分，其中數(shù)據(jù)從有源天線傳輸?shù)椒植紗卧獙儆凇扒皞鳌保粩?shù)據(jù)從分布單元傳輸?shù)郊袉卧獙儆凇爸袀鳌?；?shù)據(jù)在集中單元和CN之間來(lái)回傳輸就屬于“回傳”。

5G光纜網(wǎng)建設(shè)主要包含以下幾部分：一是核心光纜網(wǎng)建設(shè)，采用環(huán)形組網(wǎng)方式，將4個(gè)核心光纜環(huán)作為主網(wǎng)，每個(gè)光纜環(huán)都會(huì)有大約6個(gè)光節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)之下又會(huì)有4個(gè)以上配線節(jié)點(diǎn)，配線節(jié)點(diǎn)的數(shù)量不宜超過(guò)12個(gè)。核心光纜網(wǎng)中的纖芯需要按照傳輸組網(wǎng)的數(shù)量來(lái)確定，在建設(shè)核心光纜網(wǎng)時(shí)應(yīng)提前預(yù)留大約10%的空間，用于后續(xù)其他業(yè)務(wù)的擴(kuò)充，確保核心光纜網(wǎng)有足夠的業(yè)務(wù)承載空間。二是傳輸光纜網(wǎng)建設(shè)。按照5G基站的不同組網(wǎng)方式進(jìn)行傳輸光纜網(wǎng)的建設(shè)，由于組網(wǎng)方式不同，所用到的纖芯數(shù)量也會(huì)不同。比如當(dāng)5G基站選擇D-RAN組網(wǎng)方式時(shí)，基站就會(huì)進(jìn)行環(huán)形組網(wǎng)，以共享光纖作為配線。如果5G基站選擇C-RAN的組網(wǎng)方式，配線將會(huì)選擇獨(dú)立光纖，同時(shí)按照10%的冗余預(yù)留要求，根據(jù)室外物理站點(diǎn)的設(shè)置情況確定纖芯數(shù)量。三是用戶光纜網(wǎng)建設(shè)，該環(huán)節(jié)指的是數(shù)據(jù)前傳部分根據(jù)設(shè)備傳輸距離和區(qū)域情況，需要每千米之內(nèi)的基站建設(shè)數(shù)量與纖芯使用數(shù)量有所不同。在城市中心地帶，5G基站之間的間距一般不會(huì)超過(guò)300 m，基站數(shù)量通常在16個(gè)以上，纖芯數(shù)量會(huì)超過(guò)48芯；在城市郊區(qū)地帶，5G基站之間的距離通常在1 000 m以內(nèi)，數(shù)量也會(huì)少于中心地點(diǎn)，最多只能建設(shè)4個(gè)基站，纖芯數(shù)量在24芯左右；農(nóng)村地區(qū)的基站間距一般會(huì)超過(guò)1 500 m，但最遠(yuǎn)不會(huì)大于2 500 m，數(shù)量會(huì)被控制在每平方千米0.44個(gè)左右，纖芯一般為3芯。

3.3 通過(guò)基站引入光纜，優(yōu)化5G RAN組網(wǎng)場(chǎng)景模式

（1）C-RAN組網(wǎng)場(chǎng)景：應(yīng)開(kāi)發(fā)機(jī)架式DU設(shè)備，盡可能地節(jié)約機(jī)房資源，避免對(duì)機(jī)架空間和GPS天面資源的不必要占用，減少光纖與光接口，實(shí)現(xiàn)跨5G基站高效協(xié)同，確保DU設(shè)備運(yùn)行的可控性，即便是系統(tǒng)升級(jí)也不會(huì)給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)任何中斷影響。

（2）IP RAN方案：沿襲原有的4G回傳組網(wǎng)結(jié)構(gòu)模式，支持二、三層靈活組網(wǎng)方式，整體產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)成熟，且具有跨廠家設(shè)備的組網(wǎng)能力，能夠同時(shí)承載4G與5G業(yè)務(wù)。面對(duì)長(zhǎng)距離的網(wǎng)絡(luò)傳輸場(chǎng)景，以WDM或OTN網(wǎng)絡(luò)為前提，為該方案下的設(shè)備提供波長(zhǎng)級(jí)的連接服務(wù)。

（3）OTN方案：按照業(yè)務(wù)的需求情況進(jìn)行波長(zhǎng)配置，或者采用ODUk直達(dá)通道確保5G業(yè)務(wù)達(dá)到低時(shí)延的效果。

（4）PON方案：適用于CU/DU基站地址部署相同的機(jī)房，可滿足一體化部署的回傳要求，支持超過(guò)10 Gbps的傳輸速率，可通過(guò)FTTH網(wǎng)絡(luò)中的ODN與OLT設(shè)備降低網(wǎng)絡(luò)部署成本[5]。

4" 結(jié)束語(yǔ)

總之，5G技術(shù)是當(dāng)前通信領(lǐng)域最熱門的技術(shù)，其技術(shù)特點(diǎn)可以滿足信息技術(shù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)效方面，5G技術(shù)有著較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，5G接入光纜網(wǎng)的建設(shè)可達(dá)到商用市場(chǎng)需求，根據(jù)5G業(yè)務(wù)統(tǒng)一規(guī)劃打造開(kāi)放性光纜網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)密集組網(wǎng)，最終成功創(chuàng)造具有綜合性特點(diǎn)的光纜網(wǎng)絡(luò)集群?！?/p>

參考文獻(xiàn)

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