中國(guó)移動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)-前傳承載解決方案介紹

中國(guó)移動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，前傳承載解決方案介紹

5G已蓄勢(shì)待發(fā)，中國(guó)移動(dòng)5G的中回傳解決方案已基本確定，但對(duì)于5G前傳的承載方案尚未進(jìn)行深入研究，為此就前傳提出幾種解決方案，并分析其優(yōu)劣和應(yīng)用場(chǎng)景分析，為后期5G前傳網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供參考。1

背景5G已蓄勢(shì)待發(fā)，中國(guó)移動(dòng)也開(kāi)始了5G的現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)測(cè)試。5G的架構(gòu)相比4G有較大變化，如圖1所示：圖1

4G與5G結(jié)構(gòu)對(duì)比示意圖5G時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相比4G有所調(diào)整，重構(gòu)為AAU-DU-CU-核心網(wǎng)四部分，相應(yīng)的承載也分為三段：AAU-DU間稱為前傳，DU-CU間稱為中傳，CU-核心網(wǎng)間稱為回傳。對(duì)于中回傳段落，目前中國(guó)移動(dòng)已經(jīng)基本確定其承載方案，但前傳解決方案直接影響未來(lái)機(jī)房、電源、管線等的規(guī)劃和建設(shè)，因此，有必要在5G正式商用之前進(jìn)行前傳方案的研究和探討。2

前傳的幾種解決方案5G前傳目前公認(rèn)的接口類型有CPRI接口和eCPRI接口兩種，其中CPRI接口速率為100GE，eCPRI接口速率為25GE，有以下幾種解決方案：2.1

方案一：光纖直驅(qū)前傳中CPRI和eCPRI接口一般的傳輸距離控制在10公里內(nèi)，因此可在BBU/DU與每個(gè)AAU的端口間全部采用點(diǎn)到點(diǎn)光纖直連。該方案簡(jiǎn)單易行，可滿足前傳承載需求。根據(jù)調(diào)研，目前各個(gè)無(wú)線設(shè)備廠家一個(gè)5G基站前傳需要2-12芯，一個(gè)BBU/DU考慮收斂10-20個(gè)AAU考慮，則需要消耗大量光纖資源，BBU/DU側(cè)光纖管理要求高，出口的管道、光纜資源成為此方案的瓶頸。從技術(shù)方案上來(lái)看，也可以通過(guò)AAU級(jí)聯(lián)來(lái)減少光纖資源的消耗，同時(shí)無(wú)線側(cè)設(shè)備通過(guò)前傳信號(hào)自身可完成光纖直驅(qū)線路的保護(hù)、OAM和網(wǎng)絡(luò)管理。因此，該方案的特點(diǎn)是部署成本比較低，但受限于末端光纖資源，適用于光纖資源豐富和BBU/DU小規(guī)模集中場(chǎng)景。結(jié)合中國(guó)移動(dòng)的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)情況，大部分應(yīng)用場(chǎng)景中現(xiàn)網(wǎng)光纖資源無(wú)法滿足5G前傳光纖資源需求，需要新建光纜，新建光纜時(shí)宜采用大芯數(shù)環(huán)網(wǎng)架構(gòu)（類似綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)的主干光纜網(wǎng)），如圖2所示，根據(jù)規(guī)劃接入AAU數(shù)量選用144-288芯光纜，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)終端12-24芯光纖，并通過(guò)聯(lián)絡(luò)光纜與匯聚機(jī)房相連。采用此部署方式，可避免BBU/DU機(jī)房大量小芯數(shù)光纜集中，對(duì)管道造成極大壓力；此方式要求提前對(duì)部署節(jié)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)并進(jìn)行大芯數(shù)光纜部署。圖2

前傳光纜網(wǎng)建設(shè)方案示意圖但在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)，AAU的建設(shè)是逐步進(jìn)行，采用大芯數(shù)光纜環(huán)形組網(wǎng)仍存在一定的不確定性，也可采用星型光纜連接，為避免對(duì)機(jī)房出口管道的影響，可在BBU/DU機(jī)房出口部署大芯數(shù)光纜、在機(jī)房附近設(shè)置光纜分纖點(diǎn)方式，將大芯數(shù)光纜分成多條小芯數(shù)光纜，再按需連接至各個(gè)AAU。2.2

方案二：WDM/OTN對(duì)于現(xiàn)有光纖資源有限、且新建光纜有困難時(shí)，也可采用WDM/OTN方案。（1）WDM承載方案WDM技術(shù)已經(jīng)非常成熟，采用無(wú)源合分波+彩光直驅(qū)方案，BBU/DU和AAU上的光模塊分別采用帶波長(zhǎng)的彩光模塊，在BBU/DU前端配置光合分波器OMD，AAU節(jié)點(diǎn)配置光分插復(fù)用器OAD，采用WDM技術(shù)，可以大幅節(jié)約光纖資源的消耗。WDM設(shè)備對(duì)前傳業(yè)務(wù)采用純透?jìng)魈幚?，因而?duì)時(shí)延特性影響極為有限。缺點(diǎn)在于：彩光光模塊會(huì)對(duì)AAU基站管理提出新的要求，無(wú)法采用信號(hào)復(fù)用技術(shù)提高波長(zhǎng)利用率，業(yè)務(wù)的OAM管理功能有限。另外，每個(gè)BBU/DU與AAU波長(zhǎng)連接在物理上是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，因此功率預(yù)算是彩光直驅(qū)需要考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。目前CCSA正在討論制定“城域接入型波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)技術(shù)要求”，使其更適合無(wú)線基站前傳需求。該方案要求BBU/DU與AAU間很好地規(guī)劃彩光波長(zhǎng)，因此在實(shí)際部署和維護(hù)管理中相對(duì)復(fù)雜。（2）OTN承載方案為減少AAU和BBU/DU間波長(zhǎng)規(guī)劃，也可通過(guò)OTN方式承載。接入OTN設(shè)備客戶側(cè)，映射和復(fù)用成高速的OTN信號(hào)并轉(zhuǎn)換成彩光接口，進(jìn)行波分復(fù)用后在一根或一對(duì)光纖中傳輸，大幅節(jié)省光纖資源。該方案采用OTN技術(shù)進(jìn)行信號(hào)復(fù)用還可以提高波長(zhǎng)利用率，利用OTN開(kāi)銷字節(jié)提供更豐富的OAM功能和故障診斷能力，并可以支持網(wǎng)絡(luò)保護(hù)，同時(shí)AAU和BBU/DU設(shè)備不需要彩光光模塊，避免了無(wú)線設(shè)備進(jìn)行波長(zhǎng)分配和管理的復(fù)雜性。組網(wǎng)方面比較靈活，可支持環(huán)形、樹形和MESH型等多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但采用OTN承載方式需要考慮到其不足之處：OTN設(shè)備是有源的，在前傳的場(chǎng)景中，絕大多數(shù)是無(wú)機(jī)房的應(yīng)用，小型化的OTN設(shè)備需要采用工業(yè)級(jí)器件，增加溫控能力，考慮更為嚴(yán)苛的環(huán)境應(yīng)用和復(fù)雜的安裝條件；另一方面，傳統(tǒng)OTN設(shè)備的成本較高，如果規(guī)模部署，OTN設(shè)備用量巨大，相關(guān)功能采用ASIC實(shí)現(xiàn)，可以大幅降低設(shè)備成本。隨著大顆粒集客、家寬上聯(lián)等業(yè)務(wù)需求，中國(guó)移動(dòng)OTN也在逐步向邊緣下沉，此時(shí)共用OTN可以進(jìn)一步攤薄成本，并適應(yīng)未來(lái)大業(yè)務(wù)量發(fā)展。2.3

方案三：WDM-PONPON星型組網(wǎng)結(jié)構(gòu)契合5G前傳需求，是一種比較合適的解決方案，但由于WDM-PON技術(shù)不夠成熟，因此目前采用PON做前傳是考慮比較少的方式，在滿足5G前傳時(shí)，WDMPON需要具有以下特點(diǎn)：（1）線路速率0.6~10GBps，單PON口支持多速率，用戶側(cè)支持多種接口類型。由于中國(guó)移動(dòng)部分LTE基站也采用拉遠(yuǎn)方式，5G建設(shè)初期基本與LTE同站址，因此存在多種制式基站共站址方式，此時(shí)要求WDM-PON具備多速率承載的能力，在同一個(gè)PON口下，不同波長(zhǎng)可以對(duì)應(yīng)不同的傳輸速率，以滿足不同無(wú)線制式基站承載的要求。（2）傳輸距離10~40km。CPRI接口一般傳輸距離要求不小于10公里。根據(jù)中國(guó)移動(dòng)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)情況和BBU/DU集中規(guī)模，城區(qū)BBU/DU-AAU間的光纜傳輸距離一般在4公里以內(nèi)；農(nóng)村地區(qū)BBU/DU-AAU間的光纜傳輸距離一般在10公里以內(nèi)。（3）傳輸時(shí)延<200us，頻率抖動(dòng)<0.002ppm，頻率同步±0.05ppm，時(shí)間同步<±8.138ns。WDM-PON設(shè)備應(yīng)具備完善的同步接口，支持時(shí)間和頻率同步功能。（4）此外，WDMPON系統(tǒng)用于移動(dòng)前傳，還需要具備轉(zhuǎn)發(fā)功能、糾錯(cuò)功能、成幀功能、保護(hù)功能和光鏈路診斷功能?？傊?，WDMPON提供了豐富的帶寬、時(shí)延小并且安全性好，能很好的滿足5G基站前傳的帶寬需求，可作為未來(lái)前傳的主要技術(shù)選擇之一。但目前業(yè)界WDM-PON尚缺成熟商用技術(shù)，器件成本高昂，大規(guī)模應(yīng)用需要降低系統(tǒng)成本和無(wú)色ONU技術(shù)。2.4

方案四：IP+光前傳網(wǎng)中也可采用IP+光方案，其大帶寬和低時(shí)延特點(diǎn)，可以很好滿足5G基站前傳需求：在業(yè)務(wù)帶寬能力方面：IP+光方案為5G基站前傳提供了靈活的承載方案，一方面利用IP的特性適應(yīng)各種帶寬需求場(chǎng)景，IP分組技術(shù)使BBU/DU和AAU之前的帶寬利用利更高，前傳網(wǎng)絡(luò)的資源得到高效應(yīng)用；另一方面，用光層剛性管道的大帶寬提供能力適應(yīng)前傳的大帶寬需求。在業(yè)務(wù)時(shí)延保障方面：針對(duì)低時(shí)延的前傳要求，IP+光可分別在IP層和光層采用專屬低時(shí)延解決方案。在IP層采用設(shè)備級(jí)超低時(shí)延轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，在設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)芯片內(nèi)，通過(guò)以太幀的前導(dǎo)碼將報(bào)文分為普通和加速兩類，對(duì)加速類報(bào)文采用搶占普通報(bào)文資源和Cut-through轉(zhuǎn)發(fā)方式，可將節(jié)點(diǎn)的電層處理時(shí)延從幾十毫秒減低到幾毫秒。在光層采用光層穿通的方式，僅對(duì)需要接入或落地的業(yè)務(wù)波長(zhǎng)進(jìn)行電層處理，其它波長(zhǎng)直接在光層穿通，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)一跳直達(dá)。IP+光方案可以很好地滿足帶寬和時(shí)延的需求，但該方案技術(shù)方面仍需進(jìn)一步推動(dòng)和研發(fā)，仍未有真正商用的產(chǎn)品，但卻給中國(guó)移動(dòng)5G前傳部署提供了一種新的技術(shù)方案選擇。2.5

方案對(duì)比光纖直驅(qū)、WDM/OTN、WDM-PON、IP+光等各種技術(shù)方案各有優(yōu)缺，中國(guó)移動(dòng)必須結(jié)合現(xiàn)有實(shí)際網(wǎng)絡(luò)情況和未來(lái)業(yè)務(wù)發(fā)展需求、網(wǎng)絡(luò)部署規(guī)劃等多方面因此綜合考慮：從滿足前傳的需求方面看，光纖直驅(qū)、WDM/OTN、WDM-PON方案較適合提供承載剛性管道的能力，而IP+光由于本身具體分組和光的能力，可以很好適應(yīng)5G前傳的部分場(chǎng)景；另一方面，在時(shí)延滿足度上看，上述幾種方案都可以很好的滿足時(shí)延的要求，只不過(guò)由于光器件引入的時(shí)延略有差異會(huì)導(dǎo)致傳輸距離不完全相同，但是總體上說(shuō)都在一個(gè)數(shù)量級(jí)別。從組網(wǎng)靈活性上看，光纖直驅(qū)、WDM-PON方案適合點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)、鏈型組網(wǎng)，而WDM/OTN、IP+光方案適合點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)、鏈型組網(wǎng)和環(huán)型組網(wǎng)等多種組網(wǎng)方式，同時(shí)支持單纖雙向和雙纖雙向傳輸方式，滿足無(wú)線網(wǎng)絡(luò)各種組網(wǎng)方式的需求。同時(shí)，環(huán)型組網(wǎng)時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)線路側(cè)1+1保護(hù)，提高了業(yè)務(wù)的安全性。從光纖資源消耗上看，直驅(qū)光纖消耗資源最多，其它方案相當(dāng)。但如何部署需要結(jié)合現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)光纖及系統(tǒng)建設(shè)情況，如：對(duì)于規(guī)模部署了PON網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域來(lái)說(shuō)，合理利用現(xiàn)網(wǎng)的資源加以改造，WDM-PON也是一個(gè)很好的選擇；而對(duì)規(guī)模部署了LTE基站前傳的區(qū)域來(lái)說(shuō)，結(jié)合當(dāng)前的前傳方案開(kāi)展4G/5G前傳的規(guī)劃則是更加明智的選擇。從前傳網(wǎng)管理上看，光纖直驅(qū)和WDM方式的前傳管理只能依賴AAU和BBU/DU單元本身，相關(guān)的故障檢測(cè)也只能依賴于AAU和BBU/DU有限的監(jiān)控管理字段，其它幾種方案借助相應(yīng)的字節(jié)開(kāi)銷、OSC、ESC等手段在網(wǎng)絡(luò)管理方面的能力則較強(qiáng)，在故障管理、性能管理、安全管理、配置管理、維護(hù)管理和系統(tǒng)管理等方面更加便捷。對(duì)比如表1所示。表1

前傳方案對(duì)比表總之，以上方案各有優(yōu)缺，適用的場(chǎng)景也各不相同；從目前階段來(lái)看，光纖直驅(qū)更合適；但隨著規(guī)模部署，WDM、OTN方案也具有一定優(yōu)勢(shì)；隨著WDM-PON技術(shù)成熟，采用WDM-PON也不失很好的一種方案選擇。中國(guó)移動(dòng)現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際情況多種多樣，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)，宜根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景選擇合適的技術(shù)和方案，達(dá)到性價(jià)比、運(yùn)維管理等多方面合適的解決方案，滿足各種前傳承載需求。3

小結(jié)中國(guó)移動(dòng)的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)在即，如何合理的規(guī)劃部署前傳網(wǎng)絡(luò)，也是5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重要一環(huán)，以上方案僅根