面向5G业务的传输承载网建设重点策略

沈利泉，朱少平，朱东照

（1.浙江省通信产业服务有限公司，浙江 杭州 310052；2.华信咨询设计研究院有限公司，浙江 杭州 310052）

0 引言

5G 网络呈现大带宽、低时延、网络切片和灵活接入等几大特点，同时FlexE（灵活以太网）、SR（分段路由）和SDN（软件定义网络）等新技术的运用给5G 传输承载网带来了新的挑战。因此，需要建设一张端到端支持新技术特性的传输承载网来实现5G 业务的高效承载。

目前国内外对5G 传输承载网方面的研究主要集中在关键技术和组网需求方面。本文从5G 业务对传输承载网的需求出发总结七大关注点，对网络建设的重点策略展开分析研究，对比不同方案在投资效益和资源消耗等方面的优缺点，并给出推荐方案。

5G 网络将有前传（AAU 到DU）、中传（DU 到CU）和回传（DU 到核心网）三部分，如图1 所示。初期受网络快速部署的考虑，一般采用CU、DU 合设的模式，因此需要通过传输解决的主要是前传和回传两个部分。

图1 4G/5G无线基站业务架构变化示意图

移动承载网经过了20 年左右的发展，由最初的模拟电话、到2G 语音、3G 数据业务以及现在爆炸式增长的4G 流量业务，发展到目前需要面对的5G 新业务和新网络新特性需求，考虑新的移动承载网络系统应该如何组建、光纤物理网应该如何调整、以及当下的网络建设重点等问题，可从图2 所示的七个关注点入手展开分析研究。

1 5G传输承载网的七大关注重点

1.1 BBU集中架构的应用

从无线和有线两个专业需求、从投资和成本两个角度出发，测算对比BBU 集中模式和分散模式的投资及成本优势。

无线场景分为4G/5G 集中（5G 集中，存量4G 也改造为集中）和仅5G 集中（5G 集中，存量4G 不改造）两种。各种场景的无线配置模型如表1 所示。

BBU 集中传输配置模型：BBU 集中机房1 套PTN（按10 个物理站4G/5G 集中配置拉远光模块），每个物理站新建1.5 km 光缆，每BBU 集中区新建3个光交。

BBU 分散传输配置模型：每个物理站1 套PTN（按4G/5G 集中配置光口），按照每个站1 km，10% 的新建光缆比例。

测算结论为4G/5G 集中场景下，投资差距不大，但维护成本上BBU 集中模式较分散模式每站一年可节省约3 万元。

BBU 集中架构在节省建网和运营成本、提高BBU抗灾能力、降低站址获取难度、统一光缆网架构、提升无线网性能等方面具有优势，而在降低RRU 抗灾能力、增加管线资源需求、增加传输接入难度等又有一定的劣势。

BBU 集中对节点机房功耗和机位提出了新的要求。

功耗需求：

◆无线：按照每个BBU 框1 kW（配置3 个5G 站+3 个3D MIMO 站，对应3 个物理站）测算。

◆传输：汇聚机房设备按1.5 kW 测算、接入机房设备按0.5 kW 测算。

机位需求：

◆动力：部分机房不需扩容，如需扩容，按1 个机架测算（含开关电源及铁锂电池）。

表1 各种场景的无线配置模型

◆无线：为避免散热系统改造，建议单机架功耗不超过2 kW，按每个BBU 框0.5 个机架测算。

◆传输：汇聚机房设备按0.5 个机位测算、接入机房设备按0.1 个机位测算。

不同物理站堆叠规模的无线和传输功耗及机位需求测算结果如表2 所示。

若一个节点机房考虑堆叠15 个物理站，需要考虑预留6.5 kW 和4 个机位，才能满足业务需求。

1.2 BBU集中场景下的前传方案选择

按4G/5G 集中场景，采用普通双纤、单纤双向（无线设备厂家光模块）、单纤双向（第三方厂家光模块）、无源波分（1:6）四种前传方案测算投资。前传方案见图3 所示。

各种无线业务的纤芯需求测算结果如表3 所示。

宏站需求纤芯36 芯；不同厂家无线设备对纤芯需求有所不同，微站按2 芯需求考虑。

各种前传方式的造价和纤芯消耗测算结果如表4所示。

测算结论为普通双纤方案投资最省、单纤双向（第三方厂家光模块）方案次之。

◆普通双纤方案投资最低，建议作为首选方案，但是对光交、管道和光缆资源会带来一定的压力。

◆单纤双向方案较无源波分方案连接简单、故障点少，建议作为次选方案，在纤芯资源不足且新建光缆受限的场景下应用。

◆无线主设备厂家单纤双向光模块价格高，建议选择第三方厂家单纤双向光模块。

◆无源波分方案可以快速解决纤芯资源存在较大缺口且新建光缆受限的问题，但建设和维护相对复杂，建议作为补充手段。

表2 不同堆叠规模的功耗和机位需求测算结果

图3 前传方案示意图

表3 各种无线业务的纤芯需求测算结果

表4 各种前传方式的造价和纤芯消耗测算结果

1.3 接入层组网方案

BBU 集中场景下对几种接入层系统架构（如图4所示）对比分析。

图4 接入层系统架构示意图

接入层各种组网架构的接入能力分析结果如表5所示。

表5 接入层各种组网架构的接入能力分析结果

接入层各种组网架构的优缺点分析：

V 字型和口字型组网架构：优点为转发效率高，扩容灵活性好且成本低；缺点为单系统接入基站数量少，初期带宽无合适的选择，配置10G 无法支持FlexE，配置50G 则系统将长期处于低利用率状态。

环型组网架构：优点为单系统接入基站数量大，可直接配置50G 带宽支持FlexE；缺点为转发效率低，扩容灵活性差且成本高。

接入层系统建设方案建议：采用50GE FlexE 端口组建V 字型或口字型系统。

下面谈谈接入层光缆网架构。接入层光缆网向基于微格化规划的架构演进（如图5 所示），主要变化有：

◆减少光交层级：由三级架构（主配光交、辅配光交、小区光交）改为两级架构（一级分纤点、二级分纤点），原辅配光交根据微格化规划，或升级为一级分纤点，或降级为二级分纤点。

◆优化接入主干光缆结构：由环型结构改为星树型结构，缩短光缆距离、提升资源效率。

◆优化接入机房与一级分纤点关系：原有架构为平行关系，接入机房相关光缆层次不清晰，目标网改为归属关系，使得光缆网结构更清晰。

◆有线、无线业务光缆统一规划：依据微格化规划逐步推进实现无线业务和有线业务光缆统一规划、合缆建设，减少管孔资源占用。

接入层光缆纤芯测算考虑如下公式：

建议根据最新的纤芯需求模型，测算各层光纤物理网的满足度，进行相应的架构调整和纤芯扩容，以满足未来业务的发展需要。

1.4 汇聚层组网方案

汇聚层组网架构的演进如图6 所示。

图5 接入层光缆架构示意图

图6 汇聚层系统组网架构示意图

5G 业务初期环形组网优势：

◆与现网架构一致，多个汇聚点共享环路带宽，满足eX2 业务需求。

◆光缆组网路由相对简单，纤芯占用相对较少。

◆接入层环路挂接灵活。

5G 业务中后期加V 字型组网优势：

◆以单个节点为单位按需扩容，扩容针对性强，节省投资。

◆业务路径丰富，直达路由减小业务跳数。

汇聚层系统建设方案建议：采用100GE FlexE 端口，初期组建环型网络，中后期以V 字型架构扩容，逐步向网状网演进。

1.5 业务带宽配置方案

参考有关运营商总部的指导原则和实际工程经验，业务带宽配置建议如下：

（1）带宽规划

传送网在承载5G 业务时，接入、汇聚、核心层按照8:2:1 规划带宽，系统有效带宽按照线路侧接口速率的80%估算。

（2）带宽配置

由于初期5G 业务流量较低，系统环路不存在拥塞，初期保证带宽（CIR）按照20M 配置，单一汇聚设备可汇聚接入层设备数量不高于80 个（双归至不同汇聚设备的单个接入设备按照0.5 个计列），每个接入环下挂基站数量不能多于40 个（一个DU 计列为一个基站）。

在实际网络应用中，业务的CIR 数值按需调整。

1.6 建设模式选择

5G 传输承载网建设需面向业务需求，结合网络能力、系统布局、设备现状等因素，合理选择诸如PTN 扩容、PTN 升级和新建SPN 等建设方案。

下面，从目前主流设备厂家的设备产品性能，汇聚及接入层传输PTN 设备对5G 业务需求满足度分析，包括现网设备的使用情况，“以终为始”的原则来规划建设，结合早期投资和后期投资情况，分析三种建设方案投资和成本及工期长度上的优缺点。

PTN 扩容/升级的优势：

◆机房、电源、纤芯等配套资源占用少。

◆可充分利用现有网络资源，初期建设进度快。

PTN 扩容/升级的劣势：

◆需采购原厂家设备，不利于商务谈判，预计考虑商务优惠情况下投资大于新建SPN 方案。

◆部分利旧设备硬件不支持SPN 新特性，后期还需升级或替换工作。

◆对现网影响大，后续需要大量网络升级。

新建SPN 的优势：

◆厂家不限，有利于商务谈判，考虑商务优惠情况下预计投资小。

◆硬件支持SPN 新特性；对现网影响小。

新建SPN 的缺劣势：

◆机房、电源、纤芯等配套资源占用多。

◆端到端新建，初期建设进度慢。

1.7 BBU集中机房条件不具备情况下的建设策略

BBU 集中需要大量的节点机房资源，在条件不具备情况下，可考虑如图7 所示的三种过渡方案。

2 5G初期的承载网建设工作建议

5G 建设初期的工作重点应该放在光纤物理网基础资源的建设模型组建和方案调整、节点机房存量整改和资源储备、现网面向5G 组网的匹配度整改等建设内容上。

2.1 光纤物理网

◆光缆架构：之前以环形网络架构为主，基站和家宽政企多呈两张光纤物理网，针对5G 的BBU 集中模型，需要光缆架构由环形到星形的以光交为收敛点的架构调整。

图7 过渡方案组网示意图

◆光缆芯数：之前基站业务采用BBU 分散模式，每站对纤芯需求为左右各2 芯，而5G 的BBU 集中模式对纤芯需求高达30 芯/每站（4G 和5G 均集中，每种无线模式按3 扇区测算），在这种模式下，接入光缆、光交以及主干光缆的纤芯的满足度，就急需根据各地的业务预测和现网情况开展先行分析研究。

2.2 节点机房

◆机房条件：面向5G 业务的BBU 集中要求，节点机房在空间、动力等方面的需求，对机房条件提出了新的挑战，需要提升节点机房建设标准，尽早进行机房条件的整改工作。

◆机房储备：根据5G 业务规模预测和全业务发展规划，分年度开展节点机房储备建设工作。

2.3 现网整改

◆瓶颈设备替换：制定规划方案，对早期小容量等瓶颈设备分年度开展替换工作。

◆核心网C/U 分离：U 面下沉对传输网的影响，需要各地网络规划技术部门尽早开展相关研究，编制适合自己的网络发展方案。

◆SDN：还需要关注面向5G 业务SDN 的各项功能实现对现网的调整工作内容。

3 结束语

5G 业务快速增长，给运营商带来了新机遇也带来新的挑战，各大运营商应从业务需求出发结合各省网络短板，分析研究适合各省运营商的传输承载网发展方案，提出一些切实可行的建设策略，为5G 网络发展打造坚实基础。