5G 环境下本地网光缆架构及利用分析

钱永良 华夏邮电咨询监理有限公司 张啸 华夏邮电咨询监理有限公司

关键字：5G 本地光缆架构 利用分析

1 前言

本地传送网络中光通信占主导地位，本地光缆作为实现光通信的基础载体，更是整个网络建设的重中之重。本文从本地光缆架构入手，分析本地光缆承载各业务的纤芯需求，并对5G 环境下业务发展做了展望和纤芯利用预测，辅以模型分析，得出5G 环境下本地光缆架构和基本建设策略。

2 本地光缆架构现状

运营商本地光缆架构基本分为核心层、汇聚层、接入主干和接入层光缆。

2.1 核心层光缆

核心层光缆通常为机房间直达光缆，以96/144 芯为主。主要承载核心局间业务设备和传输设备的连接。

2.2 汇聚层光缆

汇聚层光缆是指本地传输汇聚机房间以及汇聚机房与核心机房间的光缆，通常为直达光缆，以48-144 芯为主。主要承载汇聚机房传输设备间及至核心局传输设备的连接。

2.3 接入主干光缆

城区接入主干和县乡接入主干光缆。城区接入主干光缆是指连接汇聚机房、综合业务接入机房和主干光交等节点间的光缆，以环形结构和链型递减结构为主，覆盖城区及业务量大的乡镇。环形结构接入主干光缆各节点间芯数一致，以96-288 芯为主，拓扑示意见图1。一般环长不超过10 公里、环上节点不超过5 个、采用部分纤芯共享+每节点部分纤芯独享方式；链型递减结构各节点间芯数不一致，从局端至末端节点按照各节点下芯芯数依次递减，以 24-72 芯为主，拓扑示意见图2。

图1 环形非递减接入主干光缆示意图

图2 链形递减接入主干光缆示意图

县乡接入主干光缆是连接各乡镇综合业务接入机房至县城汇聚机房间的光缆，以24-48 芯为主。一般环长不超过200 公里、环上节点不超过10 个、采用部分纤芯乡镇直达+部分纤芯沿途进站方式建设。

2.4 接入层光缆

接入层光缆包含接入、户线、配线、园区光缆等多类型，主要解决 “最后1 公里”入户或各基层业务点、基站、接入光交业务接入。接入层光缆以树状结构为主，以2-48 芯为主。

3 各类业务对本地光缆需求

3.1 传统模式：

(1）移动业务。传统模式下移动业务主要承载在本地传输网上，对本地光缆的需求主要为直放站、拉远站的射频拉远单元（RRU）至上端站的基带处理单元（BBU），所需光缆归属接入层光缆。非级联单RRU 至BBU 的纤芯需求为2 芯。

(2)宽带业务。用户的光网络单元（ONU）通过配线光缆接至OLT，OLT 通过本地光缆或传输网接至服务器（BRAS）。BRAS 设备安装在核心机房或汇聚机房。宽带业务本地光缆的需求分为OLT上行和OLT 下行。OLT上联光缆需求为OLT 至BRAS，希需求为2 芯，所需光缆为接入层光缆、接入主干光缆；OLT 下联光缆需求为OLT至ONU 间，具体网络拓扑详见图3，单PON 口至一级分光器纤芯需求为1 芯，所需光缆属接入主干光缆；一、二级分光器间纤芯需求为1 芯×一级分光器分光比，所需光缆归属接入层光缆中配线光缆；二级分光器至ONU 间纤芯需求为1 芯×二级分光比，所需光缆归于接入层光缆。

图3 OLT 下行网络拓扑图

(3）大客户业务。大客户业务分为语音接入、互联网接入、裸纤出租等模式。其中，裸纤出租业务主要承载于本地光缆上，所需纤芯需求为2 芯×业务接入点数；语音接入和互联网接入业务通常承载于本地传输设备上，纤芯需求只有客户侧设备至上端站设备，纤芯需求为2 芯×传输设备数量。大客户业务所需光缆多数属于接入层光缆。

(4）本地传输系统。本地传输系统以光传送设备为主。目前运营商主流的本地传输网络有同步数字体系（SDH），分组传送网和波分复用（WDM）/光传送网（OTN）三种。

a）SDH/MSTP：以带宽高、交叉容量大、接口类型丰富、组网灵活和标准规范的特点迅速成为2G 环境下主流传送网络。本地网络主要分为核心、汇聚和接入，承载于本地光缆中的核心层、汇聚层和接入层光缆。每端设备所需纤芯数为2 芯×使用光口数。

b）分组传送网：3G 中后期，分组传送网在继承了SDH/MSTP几乎所有优点并解决了SDH/MSTP 固有缺陷的前提下，成为了3G/4G 环境下的本地网承载的传输网络。本地分组传送网网络层级、纤芯需求和对应本地光缆承载方式几乎一致。

c）WDM/OTN：WDM 目前各运营商本地WDM/OTN 网络主要建设在核心机房、汇聚机房、综合业务接入机房，因此对接入层光缆几乎没有需求，主要需求集中在核心层、汇聚层和接入主干光缆，单端设备的纤芯需求为2 芯×光路方向。

3.2 5G 环境下

5G 将利用软件定义网络（SDN）、网络功能虚拟化（NFV）、内容分发网络（CDN）等前沿技术，实现物联网、自组织或自适应网络等以往各代通信技术无法实现或不能完全实现的功能，向用户提供更大的带宽、更低的时延、更高的速率和更可靠的连接。

(1）移动业务。5G 环境下， 2G设备退网，语音业务承载于3G设备，因此对于现网站点叠加5G 设备的情况，所需的本站至上端站的纤芯数量和现网纤芯数量一致。但是，5G 环境下BBU 的池组化进程会继续加速进行，对本地传输设备的带宽需求也会增长。

(2）宽带业务。5G 环境下，OLT 将承载更多的业务。除宽带业务和视频业务外，部分移动基站业务也会通过OLT 承载，并且5G 环境下宽带和IPTV 用户的高带宽带来OLT上行容量的扩容，从而影响OLT上行纤芯需求。用户高带宽会影响现有OLT 下行光缆结构调整，现阶段的两级分光模式会简化为一级分光模式，导致OLT 至分光器间的配线光缆建设需求急剧减少。

BRAS 设备会下沉至汇聚机房，由此带来汇聚机房至核心机房的汇聚层纤芯需求会降低。

(3）大客户业务。大客户业务除保持现有业务外，固移融合的客户业务、智慧园区等综合性客户业务会增加业务占比。此类业务对接入光缆需求较大，而园区/小区内部的配线光缆和户线光缆纤芯需求则和普通区域的纤芯需求一致。同时，在5G 初期，考虑到升级的传输设备价格会高于纤芯价格，承载于光缆的客户数量会有一定的持续增长。到5G 中期，本地传输设备价格回落后，承载于光缆的客户数量则会有下降。

利用SDN 和网络切片技术，本地网络可实现自适应或自组织网络架构，这样会造成传统模式下安装于核心机房的大客户局端设备下沉至客户侧机房，缩短跳纤路径，减少纤芯需求。

(4）本地传输系统

a）SDH/MSTP：4G 时期，各运营商均控制本地传输网中SDH/MSTP 网建设的速度。考虑到SDH/MSTP 网对满足GE 以下小颗粒电路需求的适应性和现网对同步传输模块（STM-N）支持的唯一性，在5G 时期SDH/MSTP 网还是有一定的生命力。

b）分组传送网：5G 环境下，现网分组设备不能支撑大容量、高速率的业务，分组传送网面临的将是随业务全面升级替换现网设备对本地光缆的巨大需求。由于传输设备建设的特殊性，采用先建设再替换的方式，因此在新分组传送设备建设期，对光缆的纤芯需求将是分组设备所占纤芯数量的2 倍。

c）WDM/OTN：目前，400Gb/s OTN 系统已在实验阶段，5G时期会商用。5G环境下，本地WDM/OTN网面临的问题有以下两个：1. 现网设备替换为400G OTN 设备 2.OTN 设备下沉，5G 时期OTN设备会下沉至综合业务接入机房，建设期会造成纤芯需求增长。

4 5G 环境下本地光缆架构建设策略

5G 环境未给本地传送网带来结构上的调整，对应的本地光缆架构也应和现阶段一致，只是在各层级光缆建设策略上有调整。

4.1 核心层光缆

5G 环境下业务发展对核心层光缆需求变动，核心层光缆应沿用现有建设策略和方式进行建设。

4.2 汇聚层光缆

5G 环境下核心机房设备下沉至汇聚机房，汇聚机房至核心机房间纤芯需求减少，考虑到汇聚机房机房条件、装机位置、故障响应速度和维护难度均劣于核心机房，因此下沉的客户局端设备数量不会造成汇聚机房至核心机房光缆芯数大量变化。

4.3 接入主干光缆

5G 环境下业务发展造成汇聚机房和综合业务机房设备数增多，接入主干光缆的纤芯需求也会相应增大。因此：

（1）城区接入主干建设策略为尽量按环形建设。5G 环境下，有BRAS 或其他局端设备下沉的汇聚机房、综合业务接入机房所在城区接入主干光缆环路降低环路长度、减少环上节点数量，用以保证汇聚机房、综合业务接入机房纤芯充足。

（2）5G 环境下，OTN 设备会下沉至乡镇综合业务接入机房，县乡光缆纤芯的需求增长。但县乡光缆普遍路由较少，且需环回至县城，不能简单地裂环或改造。仍按现有策略和建设方式进行建设，但需增加乡镇直达芯数的比例。

4.4 接入层光缆

5G环境下接入层光缆在综合考量投资收益、站点类型、机房条件、用户规模等条件的前提下合理规划光缆芯数。5G 初期选择大芯数光缆，中后期可按需选择。

结束语

光缆作为通信网络的“骨骼”，在各个时代都是网络发展的先决条件。5G 环境下，随着各类传统业务的发展和新业务的兴起，合理规划光缆架构和选择光缆芯数的意义将会越来越大，是运营商盈利不可或缺的基础。