5G光传送网技术及应用

张军

（中国移动通信集团内蒙古有限公司阿拉善分公司 内蒙古自治区阿拉善盟 750306）

光传送网技术是整个5G 移动通信技术的重要组成部分，5G 的发展也对其提出了更为严格的要求和挑战，因此，对光传送网技术进行深入的研究分析对于5G 的发展和普及具有十分强烈的现实意义。

1 5G网络的特点

相比于4G 网络，5G 通信技术要求能够满足用户对覆盖范围、容量以及传输速度等多方面的需要。其中在移动互联网中，必须要满足对容量和覆盖范围的高要求。5G 网络的架构（如图1）整体上可以分成接入网和核心网，而接入网包含着控制平面和用户平面，核心网包含着AMF、UPF 和SMF，其中AMF 的功能是访问和移动管理，UPF 的功能是给用户平台提供支持，SMF 的功能是会话管理。5G 通信网络技术的服务对象有两种，分别是互联网和物联网。应用于移动互联网的场景有两类，首先是持续时间比较长而且覆盖范围比较广的场景；其次是高容量的热点场景。应用于物联网的场景也有两类，首先是连接很大并且低功耗的场景；其次是可靠性高并且延时比较短的场景。由于场景不同，其所面对的问题可能也存在差异，其中主要有以下几方面。首先是一定面积范围之内网络所能够支持的设备总数量；其次是在一般网络环境下的最低传输速率以及数据从发出到接受所需要花费的时间；再次是在满足网络性能要求的同时，设备双方能够产生的最大传输速率；最后是单个用户体验时的最高传输速率以及一定范围内流量总和等。这些问题的具体标准，都要根据5G 网络应用的具体场景进行确定和审查[1]。

2 面向5G的光传送网需求

在5G 通信网络中，光传送网处于控制面板和转发面之间，发挥着重要的承载作用。5G 通信网络无论是对传输功能还是组合网络的功能要求都比较苛刻，因此对传送网也提出了更高的功能需求。

2.1 低延时需求

无论是在移动互联网还是物联网方面，5G 通信网络都加大了对延时的要求，一般空口延时要保持在1m/以下，数据的发送和接收之间所经历的时间也要缩短。因此光传送网一方面要降低传送时间，另一方面还要缩短接收时间。根据目前的相关分析，数据传输过程中之所以会出现延时，主要是因为光纤的传输路径存在问题。因此可以通过减少中继器的方式缩短光纤路径，满足光传送网的低延时要求。

2.2 高可靠性需求

5G 网络对可靠性的要求较高，因此光传送网也要提高数据传输的可靠性。目前，光传送网更多的是以环形组网的模型运行，其延时性较差，因此必须要进行升级。同时，为了提高光传送网的可靠性也已经制定了许多保护措施，对于组网架构，可以把网络扁平化和最优光纤传输路径进行结合，组建出低延时且具有高可靠性的光传送网。

图1：5G 网络整体架构图示

图2：5G 网络发展总体视图

2.3 智能化需求

由于5G 网络技术具有灵活、开放等特征，因此光传送网也必须要能够控制软件定义网络架构，从而不断优化和升级5G 网络。其中涉及到的主要技术是软件定义网络，以此分离控制面和转发面，使整个网络系统更加灵活和智能。这样一来，能够通过对控制面的集中控制提高其智能水平，进而提高各项业务的工作效率。

3 5G光传送网所面临的挑战

3.1 频谱效率及系统容量

随着信息技术水平的不断提高，5G 网络给频率效率和系统容量带来了更大的挑战。要进一步提升用户的网络体验，必须要正确面对核心网带来的挑战。因此，提高频带的利用率应当成为未来5G 发展的重要方向之一，从而不断提升网络的传输速度，优化用户网络体验。可以通过非授权频段和高频段来满足5G 网络对频谱资源的需求，一方面能够满足用户的网络体验，另一方面也可以有效控制网络运行成本。除此以外，相关人员还应当格外重视对拓展频率的研发，从而不断提升系统覆盖层次。要早日实现5G 用户的普及，还需要对许多技术进行研究和调整，实现多种通信技术的融合[2]。

3.2 成本控制与网络消耗

5G 通信网络的覆盖范围越来越广，因此必然会面对着一个成本控制和资源消耗的问题。时至今日，网络已经与人们的日常生活和工作密不可分，用户对网络的需求量也逐渐增加。5G光传送网作为一种新型的应用技术，必须要制定合理的价格才能实现广泛应用。此时，便需要充分考虑运营成本、用户成本以及用户需求等多方面的因素，从而保证基本的经济效益。

3.3 终端设备问题

随着互联网和信息技术的不断发展，用户所使用的终端设备也更加智能化、现代化和多样化。因此，智能设备问题也成为了5G光传送网所面对的一个重要问题，对于一般的用户而言，能否提供多样化的网络服务是他们选择网络终端一个重要参考因素。未来的网络智能终端设备种类必然会不断增加，只有给用户提高终端服务体验，才能够提升自己核心竞争力，因此不仅要适当控制成本，同时还要进行多模终端的研发[3]。

4 5G网络架构在应用过程中产生的影响及其设计

4.1 产生的影响

在5G 网络发展的过程中，其逐渐改变了4G 的传统两级架构，发展到了目前的CU、DU 以及AAU 三级架构，从而更好地满足5G 发展需求。CU 主要是以4G 中原有的BBU 为基础，对其非时部分进行合理地切割，并重新定义为CentralizedUnit，即集中单元，能够在很大程度上提高处理服务和非实时协议的速度和水平。而DU 主要是把BBU 中剩余的部分功能进行整合，一般重新定义为DistributeUnit，即分布单元，其主要功能是科学地处理实时服务和物理层协议。AAU 主要是把BBU 中的部分物理层处理功能进行调整和优化，并且和RRU 进行合并，最后定义成ActiveAntennaUnit，即有源天线处理单元。RAN 架构分离之后，承载网相应的也被分成了三个部分，分别是前传、中传和回传，不同结构之间有序相连，以此达到5G 网络运行的相关需求。

除此以外，为了进一步满足相关需求，核心网也逐渐开始向云化和下沉发展。5G 网络要求降低回传负担、高灵活性以及低延时性，因此要求核心网实现云化和下沉处理，同时充分利用目前的MEC 移动边缘计算，组成合理的分布式架构，从而更好地满足5G网络的需求。在利用相关技术对EPC 进行拆分时，主要可以分成MEC 和NewCore 两个部分，同时通过目前的DCI 数据中心互联和Mesh，实现以承载网为基础的云化互联[4]。

4.2 承载方案设计

5G 承载网络分为前传、中传和回传三个部分，各部分都具有不同的特点。以前传为例，其应用场景主要可以分成三种，分别是小集中、大集中和环网大集中。对于小集中场景，一般DU 的部署位置比较低，和4G 中BBU 的部署位置基本一致，在实际连接时，AAU 的数量一般在30 个以下。对于大集中场景，DU 的部署位置通常比较高，因此和小集中场景之间存在较大的差别，而且其更多地位于综合接入点机房，在实际连接时，AAU 的数量一般在30 个以上。最后是环网大集中场景，其大多是以目前的光纤资源和拓扑分布作为基础，对大集中场景进行科学合理地划分，一般可以分为两部分，一部分是P2P 大集中，另一部分是环网大集中。通过完整的场景设计和承载方案设计，能够有效提高5G 网络运行的整体质量和运行效率[5]。

在进行无源WDM 方案的设计过程中，通常是利用目前的波分复技术，在无线设备上科学合理地安装采光模块，将分波板卡作为媒介，提高其波分复用能力，从而实现通过一个一根光纤连接多个无线设备地基本目的。在实际制定无源波方案时，应当充分考虑波长的基本属性，一般有两种主要使用的方案，分别是DWDM 无源粗分方案和CWDM 无源密集方案。经过笔者的研究对比，发现目前的无源波方案比光纤直驱方案性能更好，能够在很大程度上节省光纤的材料成本，并提高网络传输质量。在实际应用过程中，这种方案也存在一定的限制性，波长等因素也会对通道数、规划复杂度等产生较为直接的影响。CWDM 方案的波长比较长，但是无源DWDM 的波长数量更多，能够更好地满足5G 网络运行需求。值得注意的是，波长数量更多则意味着对波长管理和控制提出了更高的要求，从而增加了整体的经济成本，因此相关设计人员应当综合考虑多种影响因素，不断对承载方案进行优化（如图2）。

5 结语

本文首先对5G 网络和光传送网的特点进行了简要介绍，然后对5G 时代给光传送网提出的新要求和挑战进行了具体分析，最后对5G 网络架构在应用过程中产生的影响及其设计进行了深入研究。然而目前5G 网络仅应用于小部分领域，民用5G 移动网络仅在部分地区进行了试点，要尽快实现5G 网络的普及化应用仍然需要解决许多问题，相关研究也不会至于本文。希望相关研究者能够在研究过程中不断积累经验，大胆创新，争取进一步提高光传送网技术的应用水平，从而尽快使5G 网络得到普及应用。