基于OTN的5G承载技术和方案研究

2020-01-01王鹏

数字通信世界 2020年10期

王鹏

（中国电信集团有限公司山西分公司，山西太原 030006）

文章在结合5H承载网建设实际需要的基础上，探究各项措施的具体内容，以求为我国5G建设实践提供理论借鉴。

1 5G网络构架对承载网构架的影响

关于5G网络架构对承载网架构影响的分析，主要是通过总结相关知识内容，在分析5G网络架构变化的基础上了解产生的实际影响。承载网络建设影响的分析可以作为承载网建设的依据，从而为相关技术的应用提供引导。对于后续内容的研究来说，承载网络建设影响分析同样也是最基础的内容，这将对夯实探究基础起到积极作用。影响内容详情如下：

1.1 基于核心网云化和虚拟化部署的影响分析

相较于4G网络架构来说，5G作出了许多改进和变化，其中最重要的部分当属核心网云化和虚拟化部署。在核心网云化和虚拟化部署的作用下，控制面和用户免逐渐分离，并且用户免分离下沉的过程中，整体运作模式也从以往的集中式转变为分散式，实体内容也分离成多个虚拟网源，而这一切都归功于虚拟化技术的应用。另外，云化部署还会在很大程度上较少最终掩饰，进而对网络内容的推广起到优化作用。

1.2 基于无线接入网C-RAN的影响分析

5G架构对C-RAN会产生积极影响，在以往的3G或4G时代，C-RAN的应用会导致成本提高，并且诶在抗干扰和能耗方面存在一定的问题。不过在大规模的推广和应用后，C-RAN结构可以对无线资源形成有效的管理。尤其是在移动边缘计算机技术的使用下，规模部署和无线资源管理都得到了满足。再加上硬件和软件解码技术的不断发展，无线网的整体软件化能力也显著增强。不过需要注意的是，整个承载网络的灵敏度要求依然比较高。

1.3 基于基站密度的影响分析

5G技术在使用过程中使用的频谱和以往有所差别，虽然全新频谱的覆盖距离相对较短，但是却可以更好的满足基站需求。不过由此也能认识到，5G需要的基站也会相应增多。另外，在部分热点高、容量多的地区布置组网时，组网密集程度也会愈发提高，否则就难以实现加强核心业务的发展。当基站密度提高以后，回传网的运行方式也会呈现出扁平化的特征。在前传网络需求得到满足的情况下，还需要下移光纤，这样才能给更多承载节点的部署提供便利。在细节方面，可以发现这些建设环节会导致无线设备成本的增加。前传方案的优化并不代表5G技术对C-RAN等承载方案的最终有效优化，还需要快速转发、高精度同步等有关方案内容的研究支持，才能借助5G网络结构优化C-RAN等承载方案。

2 5G承载网的具体需求

结合相关研究及调查报告显示，我国在5G承载网建设发展技术的应用领域已经达到一定水平，而且5G技术的应用也在承载网建设方面发挥着积极作用。为了对5G技术组网模式形成全面的认识，文章将从5G网络逻辑架构、组网架构两个方面进行分析。

2.1 5G网络逻辑架构剖析

就5G网络逻辑架构来说，通常逻辑架构的设计分为三个层面，接入云、控制云、转发云。无线接入云要求具有灵活组网的特征。此外，接入云要支持多种场景下的部署，能够妥善管理和协调接入资源，可以实现接入控制和承载分离；控制云有两方面的要求，一方面是智能开放，另一方面则是理想的效用和成本。控制云的功能主要是集中化网络控制，而且在网元功能软件化、虚拟化方面有重要作用；转发云的主要功能是玻璃控制和近基站转发，当前转发云除了有转发能力以外，还拥有一定的业务能力。

2.2 5G承载网的组网架构

相较于4G组网结构来说，5G组成已经从两级结构发展至三级结构，5G组网结构为AAU/DU/CU三级。AAU指的是有源天线处理单元，CU则是无线高层协议栈功能，不顾需要注意的是，这种协议栈功能这能在非实时的前提下发生作用。此外，在功能方面，其支持部分核心网业务的下沉。最后，DU可以再实现物理层功能的同时满足部分实时性需求。

3 5G承载技术及方案应用

3.1 前传承载方案

（1）光纤直联方案。顾名思义，在光线直联方案中，所有苏仙设备AAU都将与DU进行光纤直联。这种方案的实现方式相对简单，但却也存在明显的弊端，即直联光纤方案需要消耗大量的光纤资源。以5G承载网建设实际来看，即使是在5G网络初期，一个5G基站3个Cell，这样就需要至少三根双向单纤。若是在4G/5G共站的情况下，基站还需要考虑4G设置尾纤。另外，随着5G的不断成熟，消耗的光纤资源也会相应增加，据相关调查报告估计，5G完全成熟状态，使用的光纤量将达到4G的十余倍。

（2）无源WDM方案。无缘WDM方案的实施需要在组网结构的AAU和DU上安装彩光模块，这样就能利用少量光纤实现AAU和DU的连接。当然，任何方案都达不到完美的状态。即使无缘WDM方案在成本上有优势，但同样存在明显的缺点。首先是信息传输方面，WDM方案的波长道数有所限制；波道的管理和规划难以设计和实施；故障定位难以实现智能化、维护成本极高。

（3）有源OTN方案。有源OTN方案在组网结构中要配置相应的城域OTN/WDM设备，这是因为前传信号共享光纤资源需要WDM的支持，OTN则是用于管理和保护。首先分析该方案的优势，其优势在于组网灵活，可用于不同规模。不同类型的组网；其次，该组网方案可以提供大宽带和可观的单通道速率，单通道速率最高可到达200G；此外，无论是4G还是5G制式前传，都可以在OTN方案中得到兼容；最后，该方案能够承载多种业务，安全性和可靠性方面也有一定的优越性。不过OTN方案最突出的劣势就是成本，不过随着信息技术的发展和生产工艺的改进，该方案在未来可以通过可插拔光模块等技术进行优化。

（4）光源集中无源DWDM方案。光源集中无源DWDM方案的具体内容是在CO集中设置光源，再向AAU和RRU等无缘模块节点输送未调制直流光信号。当无缘模块接收且调制直流光信号后，可以返回到CO节点实施业务上行。至于光源集中无源DWDM方案的优缺点，则分别为成本低下、性能优化效果显著；缺点是在降低延时方面缺乏有效措施。

（5）超低时延OTN。降低时延的重要性不言而喻，OTN时延优化措施主要通过这两个方面实现时延优化、一个是优化非必要功能模块和FIFO缓存；另一个是优化OTN成帧结构和映射封装方式。总的来说，在各项5G前传方案中，比较适合在光纤资源区域应用的是直联技术，其他方案则适合用于不同状况的光纤资源匮乏区域。

3.2 中传/回传承载方案

就目前来说，主要的中传、回传承载方案都是在OTN技术的基础上设计，这是因为OTN技术的组网方案灵活、成本相对较低、运行维护及可靠性方面都比较理想。其中比较常见的就是增强型组网方案，分组增强组网方案在OTN的技术基础上还引入了无线接入网IP化，最终架构起OTN+IPRAN组网方案。就该组网方案来说，中传网络主要依靠增强型OTN方案实现。回传则需要依靠FlexE技术对网络切片和物理隔离。

3.3 中国三大运营商5G承载方案

5G时代潮流浩浩汤汤，作为我国通信产业的领头羊，三大运营商在5G承载方案的建设方面已经实验和总结了两种方案。第一种是上文提到的分组增强性OTN，另一种方案则是端到端分组增强性OTN/STN2.0。从实际上来说，三大运营商选择的5G承载方案都能满足自身网络业务需要，且用户角度基本不会出现因承载方案问题导致的服务差异。运营商在承载网建设过程中，可以根据区域和业务需要合理选择承载方案。