5G 网络中接入光缆网的建设及组网

陈 玲

（中国联合网络通信有限公司武汉市分公司，湖北 武汉 430000）

1 5G 网络功能需求

5G 网络需要提供更快的网络传输速度。随着物联网、云计算和大数据等技术的普及与应用，人们对网络传输速度的要求越来越高。5G 网络需要满足大规模并行处理的需求，以便在短时间内传输大量数据，使人们可以更快地下载和上传文件、观看高清视频、进行实时游戏等。

5G 网络需要提供更稳定的连接。传统的4G 网络在高密度人群或高流量区域通常会出现网络拥塞和信号不稳定的问题。因此，5G 网络需要具备更好的信号覆盖和容量管理能力，以确保在高密度区域或高流量时段下，用户依然可以享受稳定的网络连接，为用户提供更流畅的通信体验，也为各种应用场景提供更稳定的网络支持[1]。

5G 网络需要支持更广泛的应用场景。除传统的通信需求外，5G 网络还应满足物联网、智能交通、智能城市等新兴应用领域的需求。例如，5G 网络可以支持大规模的物联网设备连接，应用于智能家居、智慧医疗及智能工业等领域。同时，5G 网络的低延迟特性可以为自动驾驶、远程手术及虚拟现实等应用提供支持。

2 5G 网络架构

5G 网络架构包括3 个关键组件，即用户设备（User Equipment，UE）、无线接入网络（Radio Access Network，RAN）和核心网络（Core Network，CN）。其中，UE 指终端设备，如智能手机、计算机和物联网设备等。UE 通过RAN 与基站进行通信，实现数据传输和接收；RAN 是连接用户设备和核心网络的桥梁，由一系列基站和小区组成，负责管理无线信号的传输和接收。其采用了新的技术标准，如毫米波通信、大规模多输入多输出和波束赋形等技术，以提供更高的数据传输速率和更广泛的网络覆盖范围；CN 是5G 网络的中枢，负责处理并管理数据的传输和路由。CN 由多个网络节点组成，包括用户数据管理（User Data Management，UDM）节点、会话管理（Slice Management Function，SMF）节点、数据网络（Data Network，DN）节点以及用户面功能（User Plane Function，UPF）节点等，其具备更高的灵活性和可扩展性，可以支持各种应用场景和服务需求[2]。

3 5G 组网结构

3.1 中继层网络结构

5G 中继层网络结构主要包括宏站、微站和室内分布式天线系统（Direct Attached Storage，DAS）3 种形式。其中，宏站是指传统蜂窝网络的基站，在5G 中继层网络中仍然扮演着重要角色，用于覆盖广阔的区域、提供较大的覆盖范围；微站是为了提高密集城市区域的覆盖和容量而设计的，通常部署在建筑物、街灯或交通信号灯等基础设施上，以增强信号覆盖能力；室内DAS 系统主要用于提供室内覆盖和容量，适用于人口密集的商业中心、地铁站等场所。

在5G 中继层网络结构中，宏站、微站和室内DAS 系统之间需要进行良好的协同工作，以实现网络的无缝覆盖和流量的平滑切换。通过合理的规划和优化，使宏站、微站和室内DAS 系统相互补充，形成一个高效的覆盖网络。同时，5G 中继层的网络结构需要考虑波束赋形、干扰管理和用户关联等技术，以提高网络的覆盖范围和容量，降低网络的能耗和成本。

3.2 接入层网络结构

在5G 组网结构中，接入层网络主要由2 个关键组成部分，即无线接入网和传输网。无线接入网负责与用户设备之间的无线通信；传输网则负责将用户数据传输至核心网络。接入层网络结构如图1 所示。

图1 接入层网络结构

无线接入网采用了一系列新的技术和协议，如大规模多输入多输出、波束赋形和毫米波等技术，以提供更高的带宽和更好的信号覆盖。在接入层网络中，无线接入基站扮演着重要角色，它们分布在各个区域，用于连接用户设备并提供无线接入服务。这些基站通过光纤传输介质与传输网相连，将用户数据传输至核心网络[3]。

传输网负责将用户数据从无线接入网传输至核心网络，确保数据的可靠性和低时延。在5G 组网结构中，传输网采用了多种传输技术，如光纤、微波和毫米波等。光纤作为主要的传输介质，具有高带宽和低时延的特点，能够满足5G 高速传输的需求。微波和毫米波则用于解决一些特殊场景下的传输问题，如长距离传输和非视距传输等。

3.3 用户层网络结构

5G 用户层网络结构采用了虚拟化技术，将网络功能从传统的硬件设备中剥离出来，以软件的形式在云端进行管理和运行。这种虚拟化的方式使网络更加灵活、可扩展，使其能够根据用户需求进行动态调整。同时，虚拟化可以实现网络资源的共享和优化利用，提高网络性能和效率。

5G 用户层网络结构引入了边缘计算的概念，将计算和存储资源放置在靠近用户的边缘节点上，实现数据的近距离处理和响应，以降低网络传输延迟，提高用户体验。此外，边缘计算支持更多的物联网设备接入，能够实现大规模的智能物联网应用。

5G 用户层网络结构中使用了多层次的网络架构，包括基站、小区、无线接入网以及无线核心网等。基站作为用户终端和网络之间连接的桥梁，负责无线信号的传输和覆盖。小区是基站的集合体，用于形成一个覆盖范围较大的无线通信区域；无线接入网负责将用户数据从小区传输至核心网，以提供高速的无线接入服务；无线核心网是整个网络的核心，负责数据的路由、转发和管理[4]。

4 5G 接入光缆网建设

4.1 5G 接入光缆网架构原则与架构设计

4.1.1 架构原则

5G 网络对接入光缆网的要求较为严格，且需要根据不同类型的业务需求进行规划和建设。在连接光缆网时，按照统一制定和分期建立的原则进行规划，以有效确立物理网络，满足5G 网络的各项要求。针对不同的业务需求，将连接光缆网划分为公众连接网、企业连接网、基地连接网等。这样可以根据用户群体和应用场景设计并部署相应的光缆网络，从而更好地满足其需求。采用区分组网的方式独立完成企业连接网时，可能会出现纤芯配置不均或调制困难的问题，影响光缆资源的利用率。为避免这些问题，通信运营商可以在规划阶段充分考虑不同业务的特点，合理设计光缆网络架构，以提高资源的利用率和网络运行效率。在实际建设中，需要充分考虑技术和商业的相关因素，确保5G 网络接入光缆网的建设和组网能够兼顾性能、成本和未来发展等需求，以实现稳固的网络构造和适应新业务发展需求的目标。

4.1.2 架构设计

5G 网络接入光缆网的架构模式有3 层架构和2 层架构2 种架构。在这2 种架构模式中，主干光缆通常采用环形结构，配线采用链式结构，引入光缆则采用树形结构。5G 基站的建设需要充分利用4G 基站的纤芯资源，若光缆资源不足，可以对5G 基站进行扩建，使其与有线业务或政府企业业务共用主干，以成功接入光缆网。一旦5G 基站接入光缆后，就可实现资源的高效共享。在采用C-RAN 模式的5G 基站中，为优化整体架构，需要在引入光缆时保证其具有3 芯，并采用单纤双向光模块；而在D-RAN 模式下的5G 基站需要引入具有4 芯纤芯的光缆，同时根据基站的实际情况额外预留2 芯用于保护基站运行的安全性[5]。

对于5G 基站是否选择C-RAN 组网模式、是否在基站周围新建24 芯引入光缆、纤芯资源的分配等问题，都需要根据实际情况进行综合考虑和规划。以下是几种理论与实践相结合的建设方案。

第一种，C-RAN 组网模式。若采用C-RAN 组网模式，需确保基站能够高效运行，且需要在基站周围的光交接箱处新建24 芯引入光缆，并将其连接到集中单元/分布单元（Centralized Unit/Distributed Unit，CU/DU）集中点，以提高纤芯资源的利用率，确保基站之间的通信和数据传输。

第二种，D-RAN 组网模式。在D-RAN 组网模式下，相邻的拉远站可以同时接入主干光节点，从而选择方向不同的纤芯，提高纤芯资源的利用率。此时，5G 基站可以适当地使用公共纤芯，以实现资源共享和灵活部署。

无论采用哪种组网模式，5G 基站接入光缆网都需要根据现有网络资源和基站分布情况优化配置纤芯资源，并综合考虑各种因素，如网络容量、带宽需求、基站密度以及未来扩展规划等，以制定出更加合理和精细化的基站传输接入网建设方案。

4.2 5G 光缆网引入服务化功能设计

5G 光缆的服务化功能设计可以从以下几个方面入手。

第一，网络定制化。为满足不同用户的需求，5G 光缆网需要提供网络定制化功能。这可以通过配置不同的传输和接入方式来实现，如在核心网、传输网和用户网之间建立虚拟专用网络（Virtual Private Network，VPN），以便用户根据需求进行网络访问和数据传输。

第二，集中控制。5G 光缆网需要具备集中控制功能，以提高资源管理和利用效率。这可以通过分离CU/DU 和控制面/用户面（Control Plane/User Plane，CP/UP）来实现，以避免资源浪费和冗余使用，提高网络的可靠性和稳定性。CU/DU负责数据传输和分发，而CP/UP 负责集中控制和管理资源。

第三，分层设计。5G 光缆网应采用分层设计，将网络按前传、中传和回传3 部分进行划分。前传部分负责将数据从有源天线传输到分布单元，中传部分负责将数据从分布单元传输到集中单元，回传部分则负责在集中单元和CN 之间来回传输数据。这种分层设计可以使网络更加清晰、简明，提高网络的传输效率和质量。

第四，开放式接口。5G 光缆网需要具备开放式接口，以兼容不同的软件和硬件。为实现这一目标，可以采用标准化的接口和协议，如OpenFlow 和NETCONF 等，以提升网络的灵活性、可扩展性。

4.3 优化5G RAN 组网场景模式

传统的无线接入网络往往存在覆盖范围窄、容量有限等问题，而通过基站引入光缆可以有效提升基站的接入能力，扩大覆盖范围，提高网络的容量。同时，光缆具有高带宽和低延迟的特点，可以为5G 网络提供更加稳定和高效的传输支持，满足大规模数据传输和低时延通信的需求。5G RAN 组网场景模式优化的关键引入C-RAN 架构和D-RAN 架构。C-RAN架构通过光缆连接远程无线单元（Remote Radio Unit，RRU）与中央处理器（Central Processing Unit，CPU）实现基站的虚拟化和集中化处理，以减少基站之间的干扰，提高网络的整体性能；而D-RAN 架构通过光缆连接相邻的基站，实现基站之间的资源共享和协同工作，从而提高网络的灵活性和容错性。

5 结 论

文章深入探究了5G 网络中接入光缆网的建设及组网，旨在为相关人员提供借鉴和参考。接入光缆网的建设和组网是5G 网络发展中不可或缺的一部分，为5G 网络的高速、低延迟通信提供了坚实的基础。同时，为人们带来了更加便捷、高效的数字化生活体验。未来，随着5G 网络的不断普及和完善，人们将享受到更加多样化、智能化的应用与服务。