5G承载网建设与演进

郭惠军 刘光明 刘涛

(普天信息工程设计服务有限公司，北京 100088)

0 引言

自2020年我国正式迈入5G时代。5G在给我们带来最新的业务发展和市场模式下，对承载网提出严峻挑战，承载网组网方案应适配精准投资建设要求逐步演进[1]。

1 不同时期5G业务发展

5G业务三大典型应用场景：eMBB场景主要以“人”为中心，为其提供高速率、大带宽的移动业务；mMTC和uRLLC则主要面向物物连接，eMTC以满足海量物联的需求为主；uRLLC则面向车联网、工业互联网等低时延、高可靠行业的特殊应用需求，充分发挥的特点。目前5G技术成果及其实用性，可满足大部分eMBB类型业务，而针对mMTC、uRLLC情景随着R16版本的冻结，技术及业务应用逐步成熟。

图1 承载网与各专业对接图

2 近期需求分析

根据5G技术发展及应用，当前5G基站将以宏站方式为主。按照国家牌照分配给移动的5G频谱共计160MHz，电信、联通共建共享200MHz频谱带宽。5G初期，将主要采用与4G基站同站址方式部署，对传送网基础资源需求与4G阶段基本相当。前期5G基站布点基本位于市区与县城中心，大部分采用C-RAN方式部署，部分站点采用D-RAN方式补充。

5G网络目前总体架构分为NSA/SA部署方式。对于NSA部署方式，现有传送网无法满足全部业务承载能力，部分设备需要进行升级改造，而对于集中建立大量5G基站的核心区域，建议新建承载网承载5G基站业务。

3 组网部署原则及建设方案

3.1 前期承载网部署原则

结合5G基站部署节奏，统筹考虑扩容现网资源和新建5G承载网的建设，即能提高现网带宽利用率，又可适时建设新一代承载网。(1)对于市区，及时新建5G承载网络、避免扩容现有传送网。充分引入竞争、降低网络造价，优先选择新建SPN/STN等方案。(2)对于县城，应结合5G基站部署节奏，分场景推进5G承载网络建设。(3)对于乡镇农村，暂不建5G承载网，现有传送网络优先通过现网调配方式满足需求[2]。

3.2 近期组网方案

3.2.1 前传

前传网络应综合考虑建设成本、建设周期、现有机房、光纤资源、用户安全级别要求等多种条件，分场景合理选择方案；在不影响网络质量、客户感知的情况下，暂不考虑前传网络光纤双路由保护、避免过度保护带来资源浪费，前期建设以光纤直驱为主要建设模式，结合无源波分和有源设备方式进行补充[3]。

3.2.2 接入层

接入层采用环网结构，对于环网上接入D-RAN节点较多的接入层初期采用10GE/50GE组建系统；组建系统时应采用FLexE板卡。

3.2.3 汇聚层

根据业务量采用合适的组网方案，初期采用环网或口字型结构组建100GE系统。

3.2.4 核心层

初期以组建100GE/200GE的口字型系统为主，组建系统采用FLexE板卡组网。其中，目前200GE的传输距离在40公里内。

3.2.5 核心骨干层

核心节点部署位置考虑与核心网UPF对接、与CE对接、机房条件等多种因素，为了确保网络的扩展性、灵活性和安全性，可在与其它专业对接点配置落地设备。

省内骨干传送网的建设主要跟核心网用户面(UPF)部署策略相关，根据2B、2C UPF部署位置对应建设方案，如图1所示。

3.3 IGP分域方案

前期采用重要汇聚节点作为IGP分域点，重要汇聚节点和核心层组成一个IGP域；汇聚环和接入环组成另外一个IGP域，当此域内节点超过一定规模时，可划分多个IGP域。

3.4 网管建设方案

采用省内统一集中部署方式，即每个省、同一设备厂家采用同一套网管系统，用于管理全省5G传送网设备，以实现控制面业务省内端到端调度。采用云化部署方式、并优先考虑部署在IT云资源池，若采用厂家专用服务器，应纳入云资源池管理。同时选择具备大容量管理能力的管理软件。管理DCN和控制DCN应相互隔离，管理DCN、控制DCN带宽可结合省内网元规模调整，建议管理DCN通道带宽GE，控制DCN通道带宽10GE。OMC系统要求支持省级集中，并优先纳入云资源池管理，考虑到业务安全，建议采用异地容灾方案。

3.5 带宽规划原则

传送网在承载5G业务时，接入、汇聚、核心层按照8∶2∶1规划带宽。由于初期5G业务流量较低，基本以手机类终端为主，因此可按照现有4G基站PRB利用率进行预估算，本次取平均值20%。5G基站S111带宽前期根据100M带宽频谱计算，单基站峰值带宽7G，均值带宽3G，如表1所示。

表1 带宽测算表

4 中后期建设方案选型

5G应用在中后期，伴随5G业务类型多种多样，信息接入点数量剧增，带宽需求成几何倍增长，时延要求更加苛刻，业务承载需求也将更加复杂多变[4]。

针对5G整体业务发展，CU、DU逐步采用分设，形成CU云部署，引发大量中传需求，5G承载网络结构将逐步做到扁平化，随着MEC的下沉，带来末端接入带宽增大。

4.1 前传部分

按照目前前期新建5G S111基站三个AAU 25G接入计算，现行市场25G彩光模块单价约700元，1∶6无源波分器单价约270元。

纤芯使用量≤12的情况下前传建设成本投资：

(1)光纤直达方案：12芯光缆，按照1KM接入光缆计算，城区内建设成本约为5000元。

(2)无源波分方案：12芯光缆，6波合分波器，按照1km接入光缆计算，建设成本约为5000+(700×6+270×2)=9740元。

投资造价比：5000∶9740=1∶1.948

单芯造价：

(1)光纤直达方案：5000/12=416.67元

(2)无源波分方案：(5000+(700×6+270×2))/(11+6)=572.94元。

纤芯使用量12～18芯之间：

投资比：10000∶9740=1∶0.974

前期建设基本以单址单站形式建设，若采用无源波分方案显然建设成本较高，维护成本增加。而采用光纤直达更适合，中后期随着5G基站的密集建设，会出现同址多站现象，前传承载根据基站/室分的建设密度及时调整，同址基站/室分达到3个时，无源波分方案更节省建设成本，成为最优建设方式。同时无源波分产品伴随的市场需求快速增长，光模块产能大量提升，彩光模块价格降落到250元以下时，中后期采用无源波分方案，既能节省建设成本，又能盘活现有资源，保护固有资产，满足新建基站业务的需求。

4.2 中、回传方案

5G中后期接入层以100GE环路为主，汇聚/骨干层将以200GE/400GE口字型为主，缩短边缘用户UE至核心网路径，减少中间网元设备跳接点，提高网络时延，增大节点间带宽。

中后期随着网络的成熟，mMTC、uRLLC等各类5G行业应用类业务发展尤为突出，伴随着MEC边缘计算逐步下沉，引发DC云数据中心大规模部署，从而直接影响到回传带宽和时延的需求。为解决此类承载问题，可以为DC数据中心单独设置承载网络机构，采用波分系统承载，DC数据中心之间大颗粒业务采用OTN/ROADM方式承载，由边缘DC数据中心直达核心DC数据中心，提高整体网络利用率。减少时延。将空闲出来前期SPN/STN等承载网网络资源，用于跨区域业务的发展的需求。

电信联通共享共建方面，由前期的核心层互通，逐步变为汇聚层互通，汇聚层以50GE/100GE带宽为主，减少核心层带宽压力，降低业务时延，每个汇聚环路承建方对共享方提供双路互联互通通道，形成口字型组网。

5 结语

5G承载是端到端系统的基础保障，是整个5G产业化进程的根本。2020年伴随着5G基站大量建设，各类5G业务对传送网带来更大的挑战。要关注承载技术的发展与更新，推进分阶段建设完善5G承载网，增进与各类业务的发展融合，使之成为高效、简化、安全的智能化网络。