（2019 年度“嘉环杯”获奖论文三等奖）网络和机房资源应对5G CRAN部署的策略研究

陈翠芬

中通服咨询设计研究院有限公司

0 引言

人类越来越追求生活上的便利和安全，万物互联的需求与日俱增，国内各大运营商为了满足需求，积极筹备建设5G网络。

2019 年6 月国家工业与信息化部正式给中国移动、中国电信、中国联通和中国广电下发了5G 商用牌照，标志着中国通信网络从移动互联网时代正式跨入到移动物联网时代。

1 5G 网络的部署方式

众所周知，5G 是能实现“万物互联”的网络，具有大带宽、大连接和低时延超可靠等三大应用场景。近年中国移动、中国电信和中国联通在全国多个地区进行了试验网，试验网大部分应用大带宽的场景。

5G 网络与4G 网络相比，网络上、下行带宽都得到了扩展。4G 网络注重客户终端浏览体验，下行带宽较大，但上行带宽较小；5G 网络弥补了这方面的不足，同时满足了现今人们使用移动终端浏览视频、上传大容量视频的需求。

5G 网络为了满足大带宽、大连接和低时延等特点，单个网络站点的覆盖范围相对比较小，单站覆盖范围约为1-1.5 公里，所以5G 的站点部署密度会比4G 网络高。

图1 5G 网络部署方式

通过试验网络的运行，CU-DU 分离将是未来5G 的标准网络架构，通过网络功能单元分层设计，实时部分和非实时部分可以根据业务特征，按需部署在不同网络节点和不同层级数据中心。未来CU-DU 分离架构下的基站可以是传统分布式部署，也可以是BBU 集中部署。

现阶段国内运营商都按CU(集中单元)和DU(分散单元)合设方式进行组网，对于CU 和DU 合设的BBU 部署方式，按如下两种方式进行。

方式1：BBU 分散部署（DRAN）。此方式沿用了4G 基站部署方式，将BBU+AAU 放置在基站机房内，每个基站机房放置1 台BBU 设备。

方式2：BBU 集中部署（CRAN）。此方式将多个（5 个-30个）BBU 设备放置在条件较好的汇聚机房（或接入机房）内，AAU 放置在基站机房，BBU 和AAU 通过裸纤、无源波分等方式进行连接。

从5G 网络的实际特点考虑，如果采用DRAN 进行组网，相对4G 基站机房，5G 基站机房数量将会产生倍数的增长。相对应的，采用CRAN 组网能更好地提高通信网络基础资源的利用率，降低建设投资和维护成本，且考虑到灾后通信网络建设，CRAN 组网方式恢复更快捷。

综合来说，5G 网络部署初期CRAN 和DRAN 两种方式会同时存在，未来CRAN 方式的比例会越来越高。

2 5G 网络部署面临的困难

（1）传输设备面临的困难

现今运营商承载4G 网络采用PTN 设备或IPRAN 设备，其中PTN(分组传送网)是为满足运营商从话音业务向数据业务演变而诞生的新一代传输网络。2009 年中国移动集团公司开始部署全球最大规模的PTN 网络，目前已在全国300 多个城市部署超过百万台，用于2G/3G/4G 基站回传、政企专线接入等核心业务。

2016 年随着国内主流运营商多载波基站的规模部署，无线网络开启4.5G 时代，并逐步向5G 时代迈进。但业务对承载网络提出大带宽、低时延等更大的挑战，现今使用的PTN网络已不能满足5G 网络地承载需求。

（2）机房和机房配套面临的困难

根据站点的布放特点，现有基站设备多放置在汇聚机房或接入机房内，除了部分汇聚机房空间较大外，汇聚机房和接入机房空间多在10 平方米-20 平方米。

表1 机房机柜位置需求表

根据5G 网络集中放置的特点，5G 基站至少需14 个机柜位置，机房面积至少需25 个平方米。若多个运营商共享机房，面积需求在50-60 平方米左右。

根据设备厂家提供的5G 设备和5G 传输设备的功耗，结合BBU 集中放置的思路，5G 机房总功耗需求至少30kW，现有4G基站机房几千瓦的电力系统无法满足后期5G部署需求。

表2 基站功耗需求表

（3）现有光缆网面临的困难

5G 部署前期，国内运营商仍会采用原有传输网架构，所以城域网核心层、骨干层和汇聚层网络调整不大，如采用CRAN 方式放置，光缆网的压力主要集中在接入层。

根据CRAN 的特点，5G 基站前传如果采用裸纤方式传输，单个BBU 与AAU 之间需6 芯光缆。如果单个汇聚机房放置BBU 达到20 个，则BBU 到AAU 的光缆需求为120 芯。虽然行业内提出了BBU 与AAU 之间连接可采用无源波分或有源波分方式实现，但随着5G 网络扩大，接入层的光缆需求将会产生级数的增长。

3 应对策略

针对现有资源承载5G 网络存在的短板，运营商应该有针对性地改造网络架构、传输设备和基础资源等以满足5G 网络承载需求。

3.1 传输网络应对策略

（1）传输网络总体架构不变

为满足5G 网络低时延的需求，5G 核心网将会云化和下移，虽然核心网下移，但无线网络总体架构不变。云化数据中心的架构采用核心DC、边缘DC 和接入机房的方式。根据5G网络架构的部署，传输网络主要架构还是核心层、汇聚层和接入层。再有，采用CRAN 方式，BBU 放置的集中度很高，每个机房从5 个-30 个不等，从网络带宽和网络安全性考虑，5G时代的接入层不建议传输网采用长支链和超大环路进行组网。

图2 传输网络组网架构

（2）优化接入层网络

从2010 年开始，中国电信、中国移动陆续提出“构建ODN 网络”“综合业务采用同一张光缆网承载”等思路。经过近10 年的建设，运营商已组建成熟的ODN 网络，光缆网格也根据宽带业务、政企业务和移动业务等进行了较好的划分。

现有城区ODN 网络已经综合承载了家庭宽带业务、政企业务和移动业务。在密集城区，单个综合业务接入区覆盖面积为2 平方公里左右；一般城区里，单个综合业务接入区覆盖面积为2-5 平方公里左右。单个综合业务接入区汇聚机房数量1-3个不等。

5G 网络覆盖范围小，如采用CRAN 的放置方式，BBUAAU 间消耗光纤资源多。为了降低光纤的消耗，应缩短BBUAAU 间的传输距离，BBU 池的位置应当适当下沉，建议在现有综合业务接入区的基础上，划分CRAN 网格，结合现有综合业务接入区覆盖范围、光缆资源情况和机房条件等因素，在单个综合业务接入区再划分成2-4 个CRAN 网格。

图3 CRAN 网络规划图

每个CRAN网格放置1个BBU池机房，机房新增传输设备，传输设备可采用双归型、口字型和环型等方式与汇聚层设备组网。不建议组建超长单链和传输设备大于6 台的超大环路。

3.2 传输设备应对策略

5G 网络部署初期，根据5G 站点规模和流量模型，可以确定核心层、汇聚层和接入层的环路带宽需求。如前期5G 市场尚未成熟、环路流量较少，可考虑采用现有PTN 设备承载5G 网络。但随着5G 站点的大规模建设，5G 网络大带宽、智能化应用需求增加时，5G 网络采用SPN 传输设备承载将成为必然。

SPN(切片分组网)是从PTN 演进而来的，既继承PTN 原有的特性，又添加了一个智能化的“大脑”，实现了网络的智能化，保证网络和业务的平滑演进。针对5G 不同的使用场景，SPN 设备能实现业务分层隔离。

3.3 光缆应对策略

由于传输网总体架构调整不大，所以CRAN 的组网方式就是BBU-AAU 之间光缆消耗大。光缆具备稳定、损耗低、使用年限长（20-30 年）等特点，经过多年建设，国内光缆从销售到后期维护市场都很成熟。目前光缆每公里造价在0.8万元-2万元不等，城区光缆多采用管道和附挂的建设方式，每公里光缆造价较低。

综上所述，在BBU-AAU 光缆连接距离较短（小于或等于5 公里）的场景，建议采用裸纤连接BBU 和AAU。对于BBU-AAU 光缆连接距离较长（大于5 公里）的场景，可选区无源波分的方式连接BBU 和AAU，具体组网方式如下。

图4 无源波分组网图

3.4 机房基础资源应对策略

机房基础资源既是通信网络的基础，更是通信网络中的关键。好的机房基础资源是搭建通信网络的保证。机房的基础资源包括了机房建筑条件、机房配套等，国内运营商建设网络几十年，机房数量庞大，所以资源摸排必须先行。

（1）摸排资源，选取优质机房作为5G 机房

国内机房设备数量多、各专业独立施工，很难形成统一的机房资源资料，且现有机房还存在多个运营商共享共用的情况，所以5G 部署前需认真细致地对机房资源进行摸排。摸排按综合业务接入区为最小单位，从机房的地理位置、机房建筑面积、机房剩余可使用面积、机房内安装设备情况、机房光缆资源、机房动力配套等方面对机房资源进行调研。建议首选位于区域（网格）中心位置、机房面积大于25平方米（腾挪空间较大）的机房作为5G 机房。

（2）多渠道、多方式建设或改造汇聚机房

5G 机房的承重必须符合国家规范要求，且5G 机房电力需求量大，对电源供给要求高，所以通信机房尽量不选取民房。城区的临街商铺由于价格高、车辆出入不方便等情况，难以作为运营商的首选。

从经济性和资源共享方面考虑，国内运营商利用其他渠道采用合作的方式进行机房建设，如与市政设施合作等。

（3）机房基础资源建设先行

随着5G 商用牌照下发，各运营商2019 年开始启动5G 网络的建设，重点是省会城市和本省热点区域。2020 年则计划在县城及以上区域大规模启动5G 网络建设，所以2019 年是机房资源建设压力较大的一年。

首先需完成机房退网设备和线缆的清理，以保证机房可使用空间满足要求；其次，机房电力系统要按需求进行改造，5G 机房引电建议直接从就近变压器上，避免商业区用电高峰期对通信机房供电的影响，机房电力保障不低于30kW；再有，机房空调和桥架等配套可在5G 站点设备建设时同步建设。

4 结束语

5G 网络带宽更大、更智能，它与之前的3G 网络和4G 网络区别很大，所有很多建设经验不能完全应用到5G 网络上，很多初步设想会根据5G 网络部署的深入而调整，但充分利用现有资源、经济有效地建设网络的原则是永远不会改变的。