共建共享模式下5G前传承载方案研究

2022-03-29张国新魏可欣魏贤虎

光通信研究 2022年2期

张国新，魏可欣，魏贤虎

(1.中通服咨询设计研究院有限公司，南京 210019； 2.苏州大学，江苏苏州 215031)

0 前言

第五代移动通信技术(The 5th Generation Mobile Communication Technology，5G)是最新一代商用部署的无线移动通信技术，在网络架构方面有较大创新，峰值速率较第四代移动通信技术(The 4th Generation Mobile Communication Technology，4G)有十倍的提升，毫秒级的信息传输时延和千亿级的链路连接能力，成为了数字经济时代万物互联和人机之间深度交互的重要基础。 5G作为一种通用技术,将在全球范围内构建经济社会中各行业数字化向信息技术转变的关键基础性技术配套设施，推动传统领域的数字化、网络化和信息智能化的升级，成为下一个万亿规模的国家战略性新兴产业和经济增长的新动力。

2019年9月，中国电信和中国联通联合公布，计划采用共建共享的模式组织5G网络的建设，共同打造新一代信息通信服务基础设施，创新商业模式和业态，促进产业融合创新和产业生态圈的发展，共建网络强国。5G共建共享给5G承载网络建设方案，特别是5G前传技术方案的选择带来了深远的影响。本文将对5G前传网络架构以及承载需求进行分析，提出5G前传建设方案选择建议，并给出相关建设指导原则。

1 5G前传技术架构

基于 5G无线接入网(Radio Access Network，RAN)架构的变化，5G前传主要用于提供无线侧网元设备有源天线单元(Active Antenna Unit，AAU)与集中单元(Centralized Unit，CU)/分布单元(Distributed Unit，DU)两者之间的数据传送。5G前传主要有两种部署场景，分别为分布式RAN(Distributed-RAN，D-RAN)和集中式RAN(Centralized-RAN，C-RAN)，其中C-RAN场景根据集中的基站规模差异可进一步细分为C-RAN小集中和C-RAN大集中这两种模式。结合中国电信和中国联通现有本地网光缆网架构及基站部署情况，可将5G RAN的组网方式分为以下3种部署场景，对应承载网络分段示意如图1所示。

图1 面向不同 RAN 部署架构的承载网络分段

(1) C-RAN大集中：选取一般机楼/接入汇聚机房进行CU/DU统一部署，相应机楼/机房通常位于汇聚层中继光缆与接入主干层光缆的交界处，大集中模式下覆盖的基站数量一般为10～60个。

(2) C-RAN小集中：选取接入局所进行CU/DU 统一部署，一般位于接入主干层光缆与配线层光缆交界处，小集中模式下连接基站数一般为5～10个。

(3) D-RAN：选取宏站机房进行CU/DU 分布部署，覆盖的基站数为 1～3个。

为降低机房要求、节约机房投资和提升部署效率，在共建共享建设模式下，5G RAN组网方式原则上以C-RAN为主。当前5G前传主流技术方案主要包括光纤直驱、无源粗波分复用(Coarse Wavelength Division Multiplexing,CWDM)、中粗波分复用(Middle Wavelength Division Multiplexing,MWDM)和细波分复用(Little Wavelength Division Multiplexing,LWDM)等。在C-RAN组网模式下，CWDM方案相较光纤直驱方案，显而易见的优点是节省主干光纤，大幅降低了初期建网成本；MWDM和LWDM方案相对于CWDM方案而言，在设备可维护管理性和可靠性方面有一定的优势，但产业链成熟度有所欠缺且技术成本较高，同等接入能力情况下，MWDM和LWDM方案成本至少为CWDM方案的两倍以上。电信联通共建共享模式下，对于5G基站的建设成本有比较高的管控要求，综合考虑建网成本及技术成熟度，CWDM方案成为5G规模建设阶段的首选方案。

2 5G前传承载实施方案

2.1 5G前传承载需求分析

5G前传的承载需求主要表现在带宽、时延和时间同步3个方面。在带宽方面，Sub6 Gbit/s/100 MHz前传接口带宽需求为3×25 Gbit/s；在时延方面，国际标准化组织要求前传双向时延在100 μs以内；在时间同步方面，5G基本业务时间同步要求在+/-1.5 μs以内。共建共享模式下，前传承载需求相对于独立组网主要体现在带宽和光纤需求方面。共建共享时，相应的基站支持200 MHz频谱能力，可以采用200 MHz独立载波或共享载波方式使用相应频谱资源。对于200 MHz独立载波或共享载波基站，CU/DU都需要配置6个25 Gbit/s增强性通用公共无线电接口(enhanced Common Public Radio Interface，eCPRI)，相较100 MHz基站来说，光纤的需求数量翻倍。

5G基站建设分为两种场景：场景1只采用200 MHz独立/共享载波进行3.5 Gbit/s基站部署，CU/DU配置6个25 Gbit/s前传接口；场景2采用200 MHz独立/共享载波3.5 Gbit/s基站+2.1 Gbit/s基站进行基站部署，3.5 Gbit/s基站CU/DU配置6个25 Gbit/s前传接口，2.1 Gbit/s基站CU/DU配置3个10 Gbit/s前传接口。两种不同场景对应的承载需求如表1所示，场景2对应的承载方案示意图如图2所示。

表1 前传承载需求

图2 共建共享5G基站前传架构示意图

2.2 5G前传承载实施方案

在进行现网部署时，应结合5G的基站规划目标以及当前网络的光缆资源现状情况，合理选择相应站点的前传承载方案，降低网络综合建设成本。对于采用D-RAN场景部署的基站，AAU与CU/DU位于同站址，建议配置单纤双向白光模块，采用光纤直连方案进行承载。对于采用C-RAN场景部署的基站，选择CWDM方案可以有效节约基站引入光缆和接入主干光缆的纤芯消耗，节约建设投资。在C-RAN模式下进行5G基站建设时，如出现光缆纤芯资源不足的情况，主要存在以下两种场景：

场景1：基于现有天面叠加且基站光缆空余可用纤芯资源较少(200 MHz独立/共享载波3.5 Gbit/s基站、现有基站光缆空余3/4～7芯可用，200 MHz独立/共享载波3.5 Gbit/s基站+2.1 Gbit/s基站、现有基站光缆空余3/4～10芯可用)，可以考虑两种前传承载方案，分别为“单纤双向光模块+新建引入光缆”和“CWDM方案”，采用C-RAN模式部署时，“CWDM方案”相对于“单纤双向光模块+新建引入光缆方案”，光纤资源需求较少、白光模块与CWDM成本相差不大，总体综合建设成本相对低，在此场景下接入光缆纤芯资源不足时，原则上应采用CWDM方案进行部署。

场景2：基于现有天面叠加且基站光缆基本无空余可用纤芯资源(空余2芯及以下)，分两种情况：

(1) 对于基站引入光缆总芯数不低于12芯的站点，可考虑采用将原有4G基站光纤直连改CWDM、组织2G/3G基站退网等方式腾退空余纤芯，用于5G基站组网，在网络建设时可根据各站点实际情况灵活选择相应纤芯腾退方案。如腾退后空余纤芯数能达到3/4芯，则5G前传应选择CWDM方案，可考虑采用4G与5G混传的方式进行组网，选用10 Gbit/s+25 Gbit/s混合配置的CWDM设备。

(2) 对于基站引入光缆总芯数低于12芯的站点，或无法通过腾退方式具备3/4芯空余可用纤芯的站点，直接采用光缆新建方案，新建一条基站引入光缆就近接入光缆交接箱，距离综合业务接入节点或CU/DU集中点较近时可直接接入综合业务接入节点或CU/DU集中点。

3 无源波分建设指导原则

为了保障无源波分建设工程实施效率，提高无源波分设备的可维护管理性，进一步加强有线无线专业的配合，打造技术先进、覆盖广、体验好和管理高效的5G前传网络，对以往无源波分部署过程中出现的问题进行了归纳总结，并形成了相关指导原则，主要包括波长使用原则、CWDM光模块选择和项目工程管理要求等3方面内容。

(1) 波长使用原则

近期200 MHz独立/共享载波基站采用2套6波25 Gbit/s CWDM系统叠加的方案，为便于维护管理、统一标准，5G基站部署时，第1、2和3扇区AAU侧的光发送分别使用1 271、1 291和1 311 nm波长的光模块，第1、2和3扇区DU侧的光发送分别使用1 331、1 351和1 371 nm波长的光模块，1 271和1 331 nm、1 291和1 351 nm、1 311和1 371 nm成对使用，此方案下AAU和BBU每扇区波长选择参考如表2及图3所示。

表2 200 MHz独立/共享载波3.5 Gbit/s基站CWDM波长使用原则

图3 200 MHz独立/共享载波3.5 Gbit/s基站CWDM承载方案示意图

对于3.5 Gbit/s基站和2.1 Gbit/s基站协同组网的场景，需采用12波长10 Gbit/s+25 Gbit/s混传CWDM系统，为了提高无源波分系统可靠性、降低器件成本，建议前6波配置25 Gbit/s光模块用于3.5 Gbit/s基站承载，后6波配置10 Gbit/s光模块用于2.1 Gbit/s基站承载。混传系统前6个25 Gbit/s波道的波长使用原则与6波25 Gbit/s CWDM系统的波长使用原则保持一致；对于后6个波长，第1、2和3扇区RRU的光发送分别使用1 471、1 491和1 511 nm的光模块，第1、2和3扇区BBU的光发送分别使用1 531、1 551和1 571 nm的光模块，1 471和1 531 nm、1 491和1 551nm、1 511和1 571 nm成对使用，此方案下AAU和BBU每扇区波长选择参考如表3及图4所示。

表3 200 MHz独立/共享载波3.5 Gbit/s基站+2.1 Gbit/s基站(新建锚点)波长使用原则

图4 200 MHz独立/共享载波3.5 Gbit/s基站+2.1 Gbit/s基站CWDM承载方案示意图

(2) CWDM光模块选择

25 Gbit/s CWDM光模块根据最大传输距离，主要有10和15 km光模块。根据综合业务接入区规划，综合业务局站覆盖半径一般都在2 km以内，因此一般站点采用10 km光模块即可，个别偏远站点可考虑采用15 km光模块。10 Gbit/s CWDM光模块根据最大传输距离，主要有10、20和40 km光模块。一般站点采用10 km光模块即可，个别偏远站点可考虑采用20 km光模块。

(3) 项目工程管理要求

用于5G前传的CWDM设备应与无线主设备同时立项、联合实施。为节省光缆资源，降低网络建设总体成本，快速响应移动网建设需求，应加强有线和无线专业的配合，保证光缆资源及时满足基站开通要求。为提高前传线路可靠性，应尽量提供不同路由的接入主干光缆供5G前传使用。

应根据场景因地制宜地选择建设方案，建设方案中应明确CWDM光模块、CWDM复用器/解复用器的选择及相关安装要求；CWDM光模块分为半色标和全色标两种。半色标的CWDM光模块符合工业温度(-40～+85 ℃)的要求，安装在AAU侧。全色标的CWDM光模块符合商业温度(0～+70 ℃)的要求，安装在DU侧。根据波长使用原则，明确AAU侧和DU侧CWDM光模块的对应关系，对应安装。CWDM复用/解复用器按照设备标识成对使用，禁止混插，同时要保证CWDM光模块与CWDM复用/解复用器端口一一对应，避免错连。施工过程中，无线主设备施工单位同步安装、调测和验收，按照相应流程和标准完成安装，确保收发两端波长一一对应。