5G承载技术初研

侯扬 贺石嘉 中国移动通信集团设计院有限公司湖南分公司

1.概述

展望未来十年，无线通信产业新业务、新需求将持续快速发展，5G无疑将是其中的主角。

与前几代移动通信技术不同的是，5G将强力驱动全产业的数字化转型，从以前侧重于人与人的连接、简单业务转变到万物互联、全业务发展，覆盖物联、车联、VR、工厂、医疗、智慧城市、无人机等更多行业应用场景，无人驾驶、远程医疗、远程机械控制等众多行业的颠覆式创新将在5G时代从梦想照进现实。

5G承载是5G端到端系统的基础，本文将对5G承载技术进行初步探索。

2. 5G业务场景及架构演进

相比4G主要考虑人与人，追求速率，5G不仅考虑人与人，也考虑人与物、物与物，重点关注速率、连接数密度和时延三大最关键性能指标。

IMT-2020被确认为5G唯一的官方候选名称，确定了三大类应用场景：增强移动宽带、海量机器类通信、超可靠低时延通信。

2.1 5G无线架构演进

5G无线基站功能将分解为CU、DU和AAU三个功能模块,标准化中确定的CU/DU都是逻辑网元，实际两者可以分开，也可以一体化部署，两种方式在5G系统均有可能部署,承载网需要多种部署方式的承载需求。

2.2 5G核心网的变化

运营商在2G/3G/4G时代，基本上以2C市场为主，用户行为简单、需求简单，导致运营商形成了传统CT的封闭电信网络。5G时代以行业市场为主，需求繁杂、零散，三大场景业务对网络的带宽、时延等要求差异化巨大。

5G核心网云化下移给承载网带来的最大变化是连接变化及降低网络时延，核心网部分功能将下沉至城域，MEC/RGW可能会下沉至城域汇聚节点，DGW可能下沉至城域核心节点，城域网需考虑GI接口互联网流量的疏导。

3. 5G承载网需求

3.1 5G大带宽需求

根据中国移动在MWC2017发布的5G原型样机白皮书中对5G各类站型带宽的核算，低频单站峰值带宽将超5G，高频单站峰值带宽近20G。

结合现网接入环、汇聚环、核心环情况分析，理论上来看，接入层需支持50GE/100GE，汇聚层需支持100GE/200GE，核心层需支持200GE/400GE。

3.2 5G低时延需求

不同的应用对时延的要求不同，详细见下表。为满足5G超低时延业务需求，除了承载设备降低单跳时延之外，主要需要通过降低空口时延，以及核心网下移以减少光纤时延。

类别 4G时延 标准参考 5G时延 标准参考User Plane(one way) 10ms TR 25.913 参考各业务标准Control Plane 100ms TR 25.913 10ms TR 38.913 V2X 20ms～100ms TS 22.185 3ms～10ms TS 22.186 eMBB 10ms NA 10ms TR 22.863 mMTC NA NA 时延不敏感 TR 22.861

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3.3 5G网络切片需求

5G垂直行业IoT差异化对网络提出端到端切片诉求，网络分片的推动力来源于5G的多样化应用场景，连续广覆盖、热点高容量、低时延高可靠、低功耗大连接等场景差异巨大，承载网需满足时延保证、路径选择，带宽保证等方面严格区分和精细控制，满足差异化SLA业务需求。

3.4 5G时间同步需求

根据3GPP的TS38.104，分析了5G的频率同步和时间同步的性能指标需求，结论是5G 基本业务同步需求与4G相当，均为3us；5G协同业务需求指标：65ns/130ns/260ns/3us；绝大多数百纳秒量级的时间同步要求一般发生在同一个RRU内的2个载波，无需网同步；少量百纳秒量级的时间同步要求可能发生在同一CU/DU下的不同RRU之间，需基于前传网实现网同步；对于基站定位等业务，则提出了更高的时间同步指标要求，如3m定位精度需10ns时间同步精度，基于网同步实现难度较大，需结合其它定位技术实现。

4. 5G承载网关键技术

总体来看，面向5G的需求，承载网必须具备以下的关键技术：

4.1 大带宽技术

4.2 超低时延技术

分组网络时延关键影响因素在“距离”、“转发速度“、”拥塞”，通过网络架构优化、转发面新技术和信道化隔离，可有效控制时延。

4.3 网络分片技术

FLexE实现网络分片是基于传统以太网的轻量级增强，引入FlexE Shim（时隙化技术），采用64/66bit以太网的物理层码块，基于64/66bit块构成时隙，将TDM交换与分组交换融合，简单来讲，FlexE = 标准以太网 + 时隙调度。

4.4 灵活组网技术

在支持灵活调度方面引入SR和SDN技术，SR是基于MPLS分段路由的传送网络应用，实现业务与网络解耦支持连接和无连接业务模型，增加”双向SR-TP隧道”和“面向连接OAM”特性 ；SDN Based L3VPN是基于SDN集中控制的IP路由技术，提供集中式路由控制能力，路由策略灵活可编程能力，实现业务灵活调度，利用路由集中策略和分布式协议之间的适度结合，降低转发设备复杂度。

4.5 高精度时间同步

采用超高精度技术，把5G同步精度由4G的±1.5微秒提升至±390纳秒量级，需要更严格控制设备内部同步时戳和芯片延时处理，涉及同步硬件的更新。

5. 5G承载建议

根据相关指导意见，5G承载坚持现网演进路线，确保4G建设的网络在5G承载时能充分发挥效益。

现有的网络初期以容量提升为主，建议市城区接入层升级至50GE环网，部分区域10GE环可满足少量5G站接入；中期根据流量变化逐步扩容升级，市城区汇聚层升级至200GE；后期全网流量快速增长，核心层引入400GE接口。

现阶段应加大基础资源的储备工作，机房与系统建设相匹配，适度超前规划，面向全专业各系统组网需求进行布局，进行资源整合，挖潜现有机房资源能力；管道与光缆建设相匹配，根据光缆网络建设需求，加大市政道路管线覆盖力度，挖潜整改，合理规划，提升现有管线资源使用效率。