基于CRAN的5G前传网络规模建设方案研究*

2020-05-07

广东通信技术 2020年4期

1 研究背景

随着运营商5G试验网建设不断深入，5G网络逐渐进入大规模部署阶段。“5G商用，承载先行”，快速高效的规模部署满足需求的5G承载网络成为业界关注的焦点。在5G承载网中，前传是其技术难度最大、成本最敏感、对维护效率影响最大的部分，实现一个高性价比的高效前传网络对5G承载网规模建设具有重要的意义[1]。

5G前传部署中，具有“集中化、协作化、云计算化”和“绿色节能”特征的CRAN组网模式是演进的重要方向[2-3]。CRAN在降低基站选址难度、降低网络建设和运维成本、协作化提升网络性能等方面具有良好的优势，但CRAN大规模部署会迅速消耗机房、光缆基础资源等设施，给5G网络规模部署提出了挑战[3-4]。本文通过分析基于CRAN的5G前传网络架构和建设需求，提出了基于“一张光缆网”结构的5G前传网络规模部署解决方案，实现

2 基于CRAN的5G前传网络架构和需求分析

5G NR将基站分为集中单元CU和分布单元DU两个功能实体，5G RAN从4G/LTE网络的基带单元BBU与射频拉远单元RRU的两级结构演进到了CU、DU和AAU（有源天线处理单元）的三级结构[5]。当CU和DU分离部署时，相应的承载网分解为前传、中传和回传，AAU-DU之间称为前传，负责基站AAU和综合业务接入点/DU集中点的业务调度。CRAN部署模式下，DU堆叠在中心机房集中部署，AAU放置在远端天面，它们之间通过CPRI接口利用光纤进行连接[3]，基于CRAN的5G网络架构如图1所示。

图1 基于CRAN的5G网络架构

由于RAN广覆盖的特性，5G前传网络中的AAU数量巨大，对承载网末端资源消耗极大。光缆需求是5G前传网络部署所遇到的首要突出问题，对于光纤基础设施，一方面要满足大带宽、低时延、高精度的要求，另一方面要控制日益增长的建设成本，以保持网络的经济可行性，作为业务承载的基础，光纤基础设施资源正成为5G差异化竞争要点[1,6]。此外，CRAN部署还需要大量的机房及其配套设施，使得前传网络成本几乎占到接入承载网50%以上[1]。因此，解决CRAN建网时前传网络对光缆、机房和配套的需求及成本问题是规模部署必须要解决的难题。

3 运营商“一张光缆网”规划

满足5G规模建设对光缆的需求并能最大限度控制成本增长的方法就是通过“一张光缆网”规划，对接入光缆网进行统一规划和建设，通过对现有光缆网进行整合优化，充分利用已有的光纤基础设施，包括机房、光缆等，将5G基站接入光缆与有线宽带接入光缆有效融合，实现全业务统一接入[7,8]。“一张光缆网”目标架构如图2所示。资源合理配置，有效降低网络、机房和配套成本，搭建优质可靠、具有平滑演进能力、成本效益俱佳的5G前传网络。

图2 “一张光缆网”目标网络架构示意图

“一张光缆网”基于网格化进行规划设计，通过引入“综合业务接入区”，将汇聚区划分为更小的微网格，将汇聚机房的光纤汇聚、流量汇聚功能进一步下沉，实现多种业务需求与网络资源的匹配。

综合业务汇聚区承担综合业务接入区业务汇聚/收敛功能，通常由2~4个相邻的综合业务接入区组成，区内至少应含2个以上骨干汇聚机房节点。综合业务接入区是为满足基站、专线、家庭宽带等业务接入需求，结合行政区域、自然区划、路网结构和客户分布，划分而成的能独立完成业务汇聚的区域，综合业务接入区要明确业务归属，固化业务接入点，从而形成有序、清晰的光缆接入网。综合业务接入区内应至少设置2个普通汇聚节点，城市中心区域其面积不大于3平方公里，一般城区面积不大于6平方公里，区域内应包括汇聚节点、主干接入光缆、分纤点、末端接入光缆等网络要素。

为实现网络深度覆盖及资源精细化管控，进一步缩短业务末端接入距离，提升业务接入效率及降低重复建设率，还可以将综合业务接入区划分为更小的“微网格”，其覆盖半径根据业务密集程度一般为100~600 m。

“一张光缆网”结构下，接入主干光缆双归至两个汇聚机房，采用主干光交箱实现配线环/链的纤芯分配，配线环双归至两个主干光交箱，配线链单归至一个主干光交箱，配线箱作为二级分纤点按微网格进行网络架构划分，主干光缆一般288芯，按独享纤芯+共享纤芯+预留纤芯分配，配线光缆一般144芯，成端48芯，后续按需12芯成端。

4 基于CRAN的5G前传网络建设方案

4.1 DU集中部署典型场景模型

DU集中部署是5G前传网络的发展趋势。DU集中部署后可利用基带池共享方式，实现基带容量动态共享和基带资源动态分配和调度，更好的应用于产生“话务迁徙”的区域，通过基带集中处理、协作式无线电技术，实现网络资源共享及动态网络负载均衡。但DU集中部署对光纤、机房等设施消耗较大，建设过程需找到不同场景下无线与传输网络之间的平衡点，使业务需求与网络结构达到最优平衡，更好的发挥DU集中化部署的整体效益。

在实际的规划建设中，应在“一张光缆网”的结构下，收集现网的管道、光缆、汇聚节点、设备组网拓扑资料，以网格化管理，结合网络结构安全性、建设可实施性、网络可扩展性等方面进行综合评估，得出最优的DU集中化部署方案，降低无线及传输资源成本，实现资源合理化使用及达到综合效益最大化。

根据DU的集中度从高到低可分为以下2种模型：CRAN大集中和CRAN小集中。两种模型的典型部署场景如图3所示。

图3 CRAN典型部署场景

4.1.1 模型1：CRAN大集中

DU集中部署在汇聚机房或综合接入机房，各综合业务接入区的AAU拉远点接入至CRAN机房的DU池，根据业务集中经验，每个CRAN机房集中部署15台DU，接入15个5G基站（45个AAU），CRAN机房数量为基站数量/15。每个基站3个AAU全程需占用6芯光纤（使用无源波分占用1芯）。每站点末端接入长度约为0.5 km，同时前传需全程占用配线和主干纤芯。

4.1.2 模型2：CRAN小集中

DU选择在微网格配线箱上所在条件较好的原有基站机房进行集中部署，CRAN机房由原基站机房改造而来，根据业务集中经验，每个CRAN机房集中部署5台DU，接入5个5G基站（15个AAU），CRAN机房数量为基站数量/5。AAU就近接入所在微网格的CRAN机房的DU池，每个基站3个AAU全程占用6芯（使用无源波分占用1芯），每站点末端接入长度约0.5 km，前传不需占用主干及配线光缆纤芯。

表1 利旧管道成本计算表

4.2 DU集中部署模型配套建设造价分析

4.2.1 造价测算参数说明

（1）利旧管道成本计算方式

利旧管道成本=原有管道新建时的成本×A（A=a×b×c）×利旧管道长度

其中，原有管道新建时的成本按2孔25万/公里计取；a表示管道扩建难度调整系数，b表示管道建设难度调整系数，c表示管道子管价值调整系数，具体计算结果如表1所示。

（2）利旧光缆成本计算方式

利旧光缆成本=主干光缆单芯造价×纤芯占用率×占用主干纤芯数量+配线光缆单芯造价×纤芯占用率×占用配线纤芯数量

其中，纤芯占用率表示1条光缆实际占用的芯数比例（部分为备用纤芯），根据光缆网建设纤芯分配现状计算得出，光缆占用率为65%，具体计算结果如表2所示。

（3）利旧光缆纤芯公里投资=折合管道成本投资+折合光缆纤芯成本投资。

利旧配线光缆成本=折合子管投资+折合纤芯投资=3.44/(144*0.65)+0.09=0.13万元/纤芯公里

利旧主干光缆成本=折合子管投资+折合纤芯投资=3.44/(288*0.65)+0.07=0.09万元/纤芯公里

表2 利旧光缆成本计算表

（4）末端接入光缆一般为24或48芯光缆，无论采用哪种组网方式，该段光缆建设成本差异不大，在本模型中按2.5万元/皮长公里计取。

4.2.2 DU集中部署模型配套建设造价测算方法

（1）光缆部分

模型1为CRAN大集中，AAU至DU分别占用主干、配线和末端光缆纤芯；模型2为CRAN小集中，AAU至DU仅占用末端光缆纤芯，DU上联占用主干和配线光缆纤芯；采用类似原4G基站的DU和AAU共址合设的方案称为DRAN模型，DRAN上联全程占用主干、配线和末端光缆纤芯。从考虑纤芯资源利用效率角度出发，所有测算采用无源波分彩光直驱方式测算，测算结果如表3所示。