面向5G的传送网承载方案研究

赵庆龙

（吉林吉大通信设计院股份有限公司，吉林 长春 130012）

0 引 言

与4G所使用的TD-LTE技术相比，5G对于承载网络的要求更高，由于5G技术的超高带宽和极低时延，要求承载5G移动通信的承载网必须具备更高的稳定性。过去适用于4G网络的架构已远远无法满足5G更高要求的标准，必须推翻原有的网络架构，重新进行设计，针对性设计一套适用于5G技术的承载网络架构。而在进行网络设计时，必须对承载网络的作用机理和组网机构进行详细的剖析和重新编定[1]。

1 5G关于光传送网的功能需求

针对5G网络的特点，光传送网处于5G网络的转发平台和控制平面之间是5G网络信息传递的一个基本承载面，结合有关数据分析，可知5G网络的主网功能和传输性能较上一代通信技术相比有了跨越式发展，其主网功能更加完善，传输性能更加强大，每秒能传输的有效信息数据是过去的10倍，而且在信息传输过程中能保障极低时延，极大地拓宽移动通信技术与物联网技术之间的连接。但为了满足实际的使用需求和技术标准，对于5G网络的承载面有了更高的要求，如果承载平台自身无法达到如此高要求的标准，那么由此平台所进行的信息传输功能会有所下降。为了最大化发挥5G网络技术的优势，技术人员从5G网络的基础带宽承载功能到网络架构再到光传网特性修正多个方面进行同步协调，目的是使5G通信网络所处的光传送网具有能支持5G技术的能力。5G光传输网在未来的推广、使用过程中，要努力实现功能性的添加和完善，同时增加智能运营模式，完善其性能挖掘硬件设施潜力，通过建立完善的基础带宽确保信息承载能力稳定[2]。5G回传网回传过程如图1所示。

图1 5G回传网回传过程

2 中国移动TD-LTE回传网现状

TD-LTE回传网络架构如图2所示。回传网的核心设备一般会集中放置在省会城市，全网通过PTN进行承载，城域传送网一般按照三层架构进行设计，三层架构分别为核心、汇聚及接入，接入及汇聚层使用的是环网架构，核心层一般采用的是口字型组网。如果是同一厂家的设备，采取NNI方式进行组网；如果是不同厂家的设备，采取UNI方式进行对接。每个省的出口业务都是比较大的，所以一般在省干会采取口字型组网方式，以确保回传业务是安全的，因此省干平均会设置2个节点，分别部署在两个不同的地理位置。

3 5G网络关键技术特性

与上一代通信技术相比，5G网络更强大的网络带宽意味着过去从文字到音频再到视频的转变过程会再次发生，在未来社会发展中如何利用5G技术实现更大体量的数据传输，成为改变社会发展模式的一个重要突破。过去从3G到4G的技术跨越，使得人们的生活习惯发生了彻底的颠覆，通过移动互联网终端的普及，实现了年轻人生活模式、学习模式、工作模式、交流模式和信息获取模式的完全颠覆。在5G时代，更强的带宽传输能力在人们的生活学习过程中体现较少，而在工业发展中具有极高的应用价值。事实上，更高的上传和下载速度并不是5G技术突破的重点，其与未来社会发展变革息息相关的特征恰恰体现在极低时延上。极低时延意味着过去由于远距离信息传输而造成的信息传递缓慢和操作滞后现象得到改善，在这样的现实条件下，远程操控会越来越普及，在远程测量和安全设施监控方面均有极大的应用空间。另外，通过远程操控可以使得在4G网络时代就已经开始尝试的自动驾驶技术得到更好的发展，在5G网络环境下，信息传输速度和处理效率会大大提升，对于行驶车辆的信息收集和分析能在一瞬间全部完成，而极低时延则意味着这些信息能在极短的时间内被信号接收系统接收、分析、处理，并以远程控制的方式作用于汽车行驶行为上。在工业发展中，5G技术为互联网系统的搭建提供了有力的信息支持，更多的节点设备终端的加入会使物联网的功能性得到进一步完善。总之，5G网络的关键特征在于极高的热点容量和极低的时延，同时具备连续广域覆盖和低能耗等特点[3]。我国5G发展布局如图3所示。

图2 TD-LTE回传网络架构示意图

图3 我国5G发展布局

5G关键技术指标分别包括用户体验速率、连接数密度、端到端时延、流动性、流量密度和用户峰值速率。其中，用户体验速率是指在正常网络环境下，用户使用网络时能获取的最低传输速度，在5G网络系统中，这个速度被定义在100 Mb/s～1 Gb/s。连接数密度是指单位面积上支持连接的在线设备总和，在5G网络中这一数量级能达到百万级别。端到端时延是指数据包从节点传输到目的地的节点所使用的接收时间，在5G网络中这一时间以毫秒作为单位。流动性是指在满足性能要求的情况下，接收和发送信息双方的最大相对移动速度，在5G网络环境中，这一速度可以达到500 km/h以上。流量密度是指单位面积区域内的总流量，该流量象征该区域在单位时间内能承担的全部网络信息传递功能总和，而这一密度在5G通信网络中可以达到数十太比特。用户峰值速率是指单个用户在使用过程中能获取的最高传输速率，一般实验结果表明可以达到数十吉比特，是上一代通信技术的数十倍。

4 光传送网发展

4.1 低时延和灵活性高性能方案的选择和实现

端到端之间毫秒级的延迟速度是5G网络一些基本功能的基础保障，而灵活性参数又是5G网络用户日常使用中最为基础的应用属性。光传送网在长距离组网的时候主要延时是由物理光纤链路所带来的，然而光纤链路时延长通常除了选取更为合理的物理链路路由之外，没有其他的技术来解决该问题。所以，光传送网降低时延的技术重点是聚焦在节点的处理上，其中最为关键的就是电层信号的处理问题，如FEC和DSP处理技术，因为这些技术的处理时延与传输性能呈反相关关系。

4.2 与其他网络协调与互通

5G网络的承载网络除光传送网之外，还包含IP承载网以及建立在其他形式上（如无线承载）的承载网等。在实际的5G网络承载中，如何实现对于不同承载网组网性能的科学分配，并且保证网络之间无障碍互通，仍然面临许多问题，需要进一步进行研究。

5 前传技术及其优缺点

前传是最靠近5G AAU天线的传输环节，虽然其带宽需求并没有回传那么高，但是因为5G AAU数量庞大，导致5G前传规模庞大，所以5G前传对成本非常敏感。随着5G规模化商用部署节奏的加速，如何选择合适的前传技术以满足5G多业务差异化应用需求至关重要。

从满足前传的需求层来看，WDM、OTN、WDMPON以及光纤直驱方案适用于Option 6和Option 7的场景中。此外，上述方案符合前传的时延规定。但是，由于具体方案不同，所以时延性也是不同的，整体上看均在一个数量等级上。

从组网的灵活度来看，链型网或者多点组网中比较适合使用WDN-PON方案。在点到点组网及环形组网中，比较适合采用WDM或者OTN方案，同时支持多种类型的传输方式，并且能实现线路侧的1+1保护，可以提高业务安全性。

6 结 论

5G网络通信是近年来我国网络通信行业的集大成之作，有效地提升了我国在世界网络通信领域的地位，是一代又一代网络通信人员经过不懈的努力和长久的坚持所获得的伟大成果。但是，在5G通信技术承载系统的选择中还面临很多问题，需要研究人员根据具体的作用机理选择最为合适的处理方案。