5G 網絡中接入光纜網的建設及組網

陳 玲

（中國聯(lián)合網絡通信有限公司武漢市分公司，湖北 武漢 430000）

1 5G 網絡功能需求

5G 網絡需要提供更快的網絡傳輸速度。隨著物聯(lián)網、云計算和大數據等技術的普及與應用，人們對網絡傳輸速度的要求越來越高。5G 網絡需要滿足大規(guī)模并行處理的需求，以便在短時間內傳輸大量數據，使人們可以更快地下載和上傳文件、觀看高清視頻、進行實時游戲等。

5G 網絡需要提供更穩(wěn)定的連接。傳統(tǒng)的4G 網絡在高密度人群或高流量區(qū)域通常會出現網絡擁塞和信號不穩(wěn)定的問題。因此，5G 網絡需要具備更好的信號覆蓋和容量管理能力，以確保在高密度區(qū)域或高流量時段下，用戶依然可以享受穩(wěn)定的網絡連接，為用戶提供更流暢的通信體驗，也為各種應用場景提供更穩(wěn)定的網絡支持[1]。

5G 網絡需要支持更廣泛的應用場景。除傳統(tǒng)的通信需求外，5G 網絡還應滿足物聯(lián)網、智能交通、智能城市等新興應用領域的需求。例如，5G 網絡可以支持大規(guī)模的物聯(lián)網設備連接，應用于智能家居、智慧醫(yī)療及智能工業(yè)等領域。同時，5G 網絡的低延遲特性可以為自動駕駛、遠程手術及虛擬現實等應用提供支持。

2 5G 網絡架構

5G 網絡架構包括3 個關鍵組件，即用戶設備（User Equipment，UE）、無線接入網絡（Radio Access Network，RAN）和核心網絡（Core Network，CN）。其中，UE 指終端設備，如智能手機、計算機和物聯(lián)網設備等。UE 通過RAN 與基站進行通信，實現數據傳輸和接收；RAN 是連接用戶設備和核心網絡的橋梁，由一系列基站和小區(qū)組成，負責管理無線信號的傳輸和接收。其采用了新的技術標準，如毫米波通信、大規(guī)模多輸入多輸出和波束賦形等技術，以提供更高的數據傳輸速率和更廣泛的網絡覆蓋范圍；CN 是5G 網絡的中樞，負責處理并管理數據的傳輸和路由。CN 由多個網絡節(jié)點組成，包括用戶數據管理（User Data Management，UDM）節(jié)點、會話管理（Slice Management Function，SMF）節(jié)點、數據網絡（Data Network，DN）節(jié)點以及用戶面功能（User Plane Function，UPF）節(jié)點等，其具備更高的靈活性和可擴展性，可以支持各種應用場景和服務需求[2]。

3 5G 組網結構

3.1 中繼層網絡結構

5G 中繼層網絡結構主要包括宏站、微站和室內分布式天線系統(tǒng)（Direct Attached Storage，DAS）3 種形式。其中，宏站是指傳統(tǒng)蜂窩網絡的基站，在5G 中繼層網絡中仍然扮演著重要角色，用于覆蓋廣闊的區(qū)域、提供較大的覆蓋范圍；微站是為了提高密集城市區(qū)域的覆蓋和容量而設計的，通常部署在建筑物、街燈或交通信號燈等基礎設施上，以增強信號覆蓋能力；室內DAS 系統(tǒng)主要用于提供室內覆蓋和容量，適用于人口密集的商業(yè)中心、地鐵站等場所。

在5G 中繼層網絡結構中，宏站、微站和室內DAS 系統(tǒng)之間需要進行良好的協(xié)同工作，以實現網絡的無縫覆蓋和流量的平滑切換。通過合理的規(guī)劃和優(yōu)化，使宏站、微站和室內DAS 系統(tǒng)相互補充，形成一個高效的覆蓋網絡。同時，5G 中繼層的網絡結構需要考慮波束賦形、干擾管理和用戶關聯(lián)等技術，以提高網絡的覆蓋范圍和容量，降低網絡的能耗和成本。

3.2 接入層網絡結構

在5G 組網結構中，接入層網絡主要由2 個關鍵組成部分，即無線接入網和傳輸網。無線接入網負責與用戶設備之間的無線通信；傳輸網則負責將用戶數據傳輸至核心網絡。接入層網絡結構如圖1 所示。

圖1 接入層網絡結構

無線接入網采用了一系列新的技術和協(xié)議，如大規(guī)模多輸入多輸出、波束賦形和毫米波等技術，以提供更高的帶寬和更好的信號覆蓋。在接入層網絡中，無線接入基站扮演著重要角色，它們分布在各個區(qū)域，用于連接用戶設備并提供無線接入服務。這些基站通過光纖傳輸介質與傳輸網相連，將用戶數據傳輸至核心網絡[3]。

傳輸網負責將用戶數據從無線接入網傳輸至核心網絡，確保數據的可靠性和低時延。在5G 組網結構中，傳輸網采用了多種傳輸技術，如光纖、微波和毫米波等。光纖作為主要的傳輸介質，具有高帶寬和低時延的特點，能夠滿足5G 高速傳輸的需求。微波和毫米波則用于解決一些特殊場景下的傳輸問題，如長距離傳輸和非視距傳輸等。

3.3 用戶層網絡結構

5G 用戶層網絡結構采用了虛擬化技術，將網絡功能從傳統(tǒng)的硬件設備中剝離出來，以軟件的形式在云端進行管理和運行。這種虛擬化的方式使網絡更加靈活、可擴展，使其能夠根據用戶需求進行動態(tài)調整。同時，虛擬化可以實現網絡資源的共享和優(yōu)化利用，提高網絡性能和效率。

5G 用戶層網絡結構引入了邊緣計算的概念，將計算和存儲資源放置在靠近用戶的邊緣節(jié)點上，實現數據的近距離處理和響應，以降低網絡傳輸延遲，提高用戶體驗。此外，邊緣計算支持更多的物聯(lián)網設備接入，能夠實現大規(guī)模的智能物聯(lián)網應用。

5G 用戶層網絡結構中使用了多層次的網絡架構，包括基站、小區(qū)、無線接入網以及無線核心網等。基站作為用戶終端和網絡之間連接的橋梁，負責無線信號的傳輸和覆蓋。小區(qū)是基站的集合體，用于形成一個覆蓋范圍較大的無線通信區(qū)域；無線接入網負責將用戶數據從小區(qū)傳輸至核心網，以提供高速的無線接入服務；無線核心網是整個網絡的核心，負責數據的路由、轉發(fā)和管理[4]。

4 5G 接入光纜網建設

4.1 5G 接入光纜網架構原則與架構設計

4.1.1 架構原則

5G 網絡對接入光纜網的要求較為嚴格，且需要根據不同類型的業(yè)務需求進行規(guī)劃和建設。在連接光纜網時，按照統(tǒng)一制定和分期建立的原則進行規(guī)劃，以有效確立物理網絡，滿足5G 網絡的各項要求。針對不同的業(yè)務需求，將連接光纜網劃分為公眾連接網、企業(yè)連接網、基地連接網等。這樣可以根據用戶群體和應用場景設計并部署相應的光纜網絡，從而更好地滿足其需求。采用區(qū)分組網的方式獨立完成企業(yè)連接網時，可能會出現纖芯配置不均或調制困難的問題，影響光纜資源的利用率。為避免這些問題，通信運營商可以在規(guī)劃階段充分考慮不同業(yè)務的特點，合理設計光纜網絡架構，以提高資源的利用率和網絡運行效率。在實際建設中，需要充分考慮技術和商業(yè)的相關因素，確保5G 網絡接入光纜網的建設和組網能夠兼顧性能、成本和未來發(fā)展等需求，以實現穩(wěn)固的網絡構造和適應新業(yè)務發(fā)展需求的目標。

4.1.2 架構設計

5G 網絡接入光纜網的架構模式有3 層架構和2 層架構2 種架構。在這2 種架構模式中，主干光纜通常采用環(huán)形結構，配線采用鏈式結構，引入光纜則采用樹形結構。5G 基站的建設需要充分利用4G 基站的纖芯資源，若光纜資源不足，可以對5G 基站進行擴建，使其與有線業(yè)務或政府企業(yè)業(yè)務共用主干，以成功接入光纜網。一旦5G 基站接入光纜后，就可實現資源的高效共享。在采用C-RAN 模式的5G 基站中，為優(yōu)化整體架構，需要在引入光纜時保證其具有3 芯，并采用單纖雙向光模塊；而在D-RAN 模式下的5G 基站需要引入具有4 芯纖芯的光纜，同時根據基站的實際情況額外預留2 芯用于保護基站運行的安全性[5]。

對于5G 基站是否選擇C-RAN 組網模式、是否在基站周圍新建24 芯引入光纜、纖芯資源的分配等問題，都需要根據實際情況進行綜合考慮和規(guī)劃。以下是幾種理論與實踐相結合的建設方案。

第一種，C-RAN 組網模式。若采用C-RAN 組網模式，需確保基站能夠高效運行，且需要在基站周圍的光交接箱處新建24 芯引入光纜，并將其連接到集中單元/分布單元（Centralized Unit/Distributed Unit，CU/DU）集中點，以提高纖芯資源的利用率，確保基站之間的通信和數據傳輸。

第二種，D-RAN 組網模式。在D-RAN 組網模式下，相鄰的拉遠站可以同時接入主干光節(jié)點，從而選擇方向不同的纖芯，提高纖芯資源的利用率。此時，5G 基站可以適當地使用公共纖芯，以實現資源共享和靈活部署。

無論采用哪種組網模式，5G 基站接入光纜網都需要根據現有網絡資源和基站分布情況優(yōu)化配置纖芯資源，并綜合考慮各種因素，如網絡容量、帶寬需求、基站密度以及未來擴展規(guī)劃等，以制定出更加合理和精細化的基站傳輸接入網建設方案。

4.2 5G 光纜網引入服務化功能設計

5G 光纜的服務化功能設計可以從以下幾個方面入手。

第一，網絡定制化。為滿足不同用戶的需求，5G 光纜網需要提供網絡定制化功能。這可以通過配置不同的傳輸和接入方式來實現，如在核心網、傳輸網和用戶網之間建立虛擬專用網絡（Virtual Private Network，VPN），以便用戶根據需求進行網絡訪問和數據傳輸。

第二，集中控制。5G 光纜網需要具備集中控制功能，以提高資源管理和利用效率。這可以通過分離CU/DU 和控制面/用戶面（Control Plane/User Plane，CP/UP）來實現，以避免資源浪費和冗余使用，提高網絡的可靠性和穩(wěn)定性。CU/DU負責數據傳輸和分發(fā)，而CP/UP 負責集中控制和管理資源。

第三，分層設計。5G 光纜網應采用分層設計，將網絡按前傳、中傳和回傳3 部分進行劃分。前傳部分負責將數據從有源天線傳輸到分布單元，中傳部分負責將數據從分布單元傳輸到集中單元，回傳部分則負責在集中單元和CN 之間來回傳輸數據。這種分層設計可以使網絡更加清晰、簡明，提高網絡的傳輸效率和質量。

第四，開放式接口。5G 光纜網需要具備開放式接口，以兼容不同的軟件和硬件。為實現這一目標，可以采用標準化的接口和協(xié)議，如OpenFlow 和NETCONF 等，以提升網絡的靈活性、可擴展性。

4.3 優(yōu)化5G RAN 組網場景模式

傳統(tǒng)的無線接入網絡往往存在覆蓋范圍窄、容量有限等問題，而通過基站引入光纜可以有效提升基站的接入能力，擴大覆蓋范圍，提高網絡的容量。同時，光纜具有高帶寬和低延遲的特點，可以為5G 網絡提供更加穩(wěn)定和高效的傳輸支持，滿足大規(guī)模數據傳輸和低時延通信的需求。5G RAN 組網場景模式優(yōu)化的關鍵引入C-RAN 架構和D-RAN 架構。C-RAN架構通過光纜連接遠程無線單元（Remote Radio Unit，RRU）與中央處理器（Central Processing Unit，CPU）實現基站的虛擬化和集中化處理，以減少基站之間的干擾，提高網絡的整體性能；而D-RAN 架構通過光纜連接相鄰的基站，實現基站之間的資源共享和協(xié)同工作，從而提高網絡的靈活性和容錯性。

5 結 論

文章深入探究了5G 網絡中接入光纜網的建設及組網，旨在為相關人員提供借鑒和參考。接入光纜網的建設和組網是5G 網絡發(fā)展中不可或缺的一部分，為5G 網絡的高速、低延遲通信提供了堅實的基礎。同時，為人們帶來了更加便捷、高效的數字化生活體驗。未來，隨著5G 網絡的不斷普及和完善，人們將享受到更加多樣化、智能化的應用與服務。