5G建网机房满足能力分析及组网方案

1 引言

5G在移动通信领域绝对是革命性的，如果说以前的移动通信只是改变了人们的通信方式、社交方式，5G 则是改变了网络社会。5G未来的前景方向在于：差异化服务、海量物联网、垂直行业应用、开放平台化。5G网络的具有三大应用场景：eMBB（增强移动宽带）、uRLLC（高可靠低时延连接）、mMTC（海量物联）。当前5G网络建设正处于起步发展阶段，随着5G带宽需求增大，以及核心网络功能的下沉，对机房的市电容量、空间都提出挑战。本文主要对现有汇聚机房进行满足能力分析，以及对5G网络组网方案的探讨。

2 5G需求对机房基础资源带来的挑战

（1）伴随着5G带宽需求增大，现有的接入层传输需要由GE/10GE环逐步向40G/100G升级，现有的汇聚层传输需要由现有的10GE逐步向100G/400G升级，伴随着传输设备带宽的升级，设备的功耗也随之增大，同时为了满足带宽需求，OTN需要同步下沉，对机房的市电容量、空间都提出挑战。

（2）为了解决低时延及灵活调度问题，网络需要云化。

① 核心网云化：对于eMBB大带宽、低时延业务，核心网下沉到Edge DC；对于uRLLC超低时延业务，通过MEC引入到本地Cloud-RAN中。伴随着核心网以及传输L3功能的下沉至汇聚甚至接入层，机房需要考虑新设备类型的空间及功耗需求。

② 基站云化：无线基站重构为CU和DU两个逻辑网元，可以合一部署，也可以分开部署，根据场景和需求确定。CU若云化部署，可部署在X86服务器上，可引入MEC、移动CDN，实现uRLLC、视频等各种应用。CU云化或DC集中类似于现有的C-RAN架构，大量的无线设备集中放置在汇聚机房，将快速消耗机房资源。

3 4G技术下传输PTN组网现状

在4G网络技术下，传输PTN组网技术基本上采用了如图1所示的传输网络分层架构，分为核心网网络、汇聚骨干层网络、接入层网络等三层结构。涉及到核心机房（机楼）、汇聚机房（重要汇聚机房、普通汇聚机房和业务汇聚机房）、基站（包括宏站、微站、微小站、室分站、室外站、直放站、简易机房等）。

图1 传输PTN组网架构图

4 CU、DU几种部署方案分析

4.1 CU和DU概念

5G基站功能重构为CU和DU两个功能实体，根据场景和需求可以合一部署、也可以分开部署。集中单元CU主要包括非实时的无线高层协议栈功能，同时也支持部分核心网功能下沉和边缘应用业务的部署；分布单元DU主要处理物理层功能和实时性需求的层2功能。

4.2 CU、DU部署方案

如图2所示：第一种是D-RAN方式，CU、DU不分离，均放置在宏站站点。

图2 CU、DU部署方案对比图

第二种是CU云化&DU分布式部署，该方式下，CU集中在汇聚机房，而DU则放置在宏站站点。

第三种是CU云化&DU集中部署，该方式下，CU、DU均集中部署在汇聚机房。

几种方案比较如表1所示。

表1 CU、DU部署方案分析表

5 CU、DU几种部署方式的机房测算

因为D-RAN方式与目前4G模式基本一致，主要部署在宏站站点，基本没有增加汇聚机房消耗，所以本次不做深入分析，主要针对CU云化&DU分布式部署及CU云化&DU集中部署进行分析：

方案一：CU云化&DU分布式部署，CU放置在业务汇聚机房，一个CU管理约3～5个无线物理站址，管辖区域小，时延<100 μs，DU放置在宏站站点。如图3所示。

图3 CU/DU在传输组网位置图

测算所需机架数及功耗如表2所示（列表中“无线”是指CU和DU设备。下同）。

说明：本方案中，CU放置在业务汇聚机房，该方案主要考虑业务汇聚机房满足能力。

方案二：CU云化&DU分布式部署，CU放置在普通汇聚机房，一个CU管理约32个基站，所辖区域面积适中，协作增益大，时延200～300 μs。如图4所示。

图4 CU/DU在传输组网位置图

测算所需机架数及功耗如表2所示。

说明：本方案中，CU放置在普通汇聚机房，该方案主要考虑普通汇聚机房满足能力。

方案三：CU云化&DU分布式部署，CU放置在边缘TIC（骨干汇聚）机房，一个CU管理约300～400个基站，CU/DU延迟较大，协作增益大，时延1～2 ms，如图5所示。

图5 CU/DU在传输组网位置图

测算所需机架数及功耗如表2所示。

说明：本方案中，CU放置在边缘TIC机房，该方案主要考虑边缘TIC机房满足能力。

表2 机房设备和功耗测算的方案对比表（1）

方案四：CU云化&DU集中部署，CU、DU均集中放置在宏站站点或业务汇聚机房机房一个CU管理约3～5个无线物理站址，管辖区域小。如图6所示。

图6 CU/DU在传输组网位置图

测算所需机架数及功耗如表3所示。

说明：本方案中，CU、DU均放置在业务汇聚机房，该方案主要考虑业务汇聚机房满足能力。

方案五：CU云化&DU集中部署，CU、DU均集中放置在普通汇聚机房，一个CU管理约32个基站，所辖区域面积适中，协作增益大，时延200～300 μs。如图7所示。

测算所需机架数及功耗如表3所示。

说明：本方案中，CU、DU均集中放置在普通汇聚机房，该方案主要考虑普通汇聚机房满足能力。

方案六：CU云化&DU集中部署，CU放置普通汇聚机房，DU集中放置在业务汇聚机房。如图8所示。

图7 CU/DU在传输组网位置图

图8 CU/DU在传输组网位置图

测算普通汇聚机房和业务汇聚机房所需机架数及功耗如表3所示。

说明：本方案中，CU集中放置在普通汇聚机房，DU集中放置在业务汇聚机房，该方案对普通汇聚机房和业务汇聚机房满足能力均需测算。

表3 机房设备和功耗测算的方案对比表（2）

6 5G网络运用时延要求

4G改变生活，5G改变社会。5G时代已经到来，它必将对我们的日常生活方方面面产生非常深远的影响。移动通信网络第一、第二、第三和第四代主要是实现了人与人之间的通信，而5G将最终以全新的方式把移动通信网络转变为人与物、物与物之间的通信，实现万物互联，进一步推动科技的深化创造，推动人类的进步。针对5G网络的各种应用场景，未来的通信网络将将开启物联网时代，并渗透进至各个行业。实现真正的“万物互联”、自动驾驶、人工智能等技术，而这些技术最重要的前提条件是时延要尽可能的短。最短的网络时延将是5G网络的需求条件之一。所以，搭建5G网络架构，必须要求新网络具备低时延、快回传能力。

针对5G应用，要具备超可靠低时延通信（uRLLC），超可靠低时延通信业务对自动驾驶、远程医疗等有极苛刻的时延要求，端到端须达到500 μs～1 ms。

经测算，分析得出以下数据：（1）业务汇聚机房到应用终端（如手机、电脑等）的时延可达100 μs。（2）业务汇聚机房到应用终端的时延可达200～500 μs。（3）而核心机楼到应用终端的时延已经过大，大约在1.5 ～5 ms之间（cloud VR单向），已经不能满足网络具备低时延、快回传能力要求。（4）省干中心到应用终端的时延10 ms，远远不能满足5G网络的应用需求。如图9所示。

综合分析，可得出结论：业务汇聚机房和业务汇聚机房部署CU和DU设备，将能满足端到端须达到500 μs～1 ms的策略需求。

图9 各机房时延测算图

7 方案比较

如表4所示，通过6种方案比较分析，结合第四、五点5G网络运用时延要求中对时延的分析，5G网络的应用需求建议优选方案1及方案2，规模开通5G站点，这两种方案机房满足率相对较高，同时CU至DU距离较短，可满足大部分业务场景时延需求。对于部分DU集中需求场景，可采用方案4补充建设，该方案CU、DU集中放置，中传时延为0，无需考虑中传传输建设，方案6作为方案4的备选补充方案。

表4 六种CU/DU组网方案综合分析表

8 方案建议

（1）DU部署在普通汇聚后，会快速消耗机房资源，所以无论CU位置如何选择，DU应尽量贴近接入层，部署于宏站站点或业务汇聚机房。

（2）考虑安全及时延因素，建议以D-RAN方式为主，CU云化为辅，类似于目前4G站开通方式。

（3）CU云化方案中，CU位置不宜过高，不建议部署在重要汇聚机房（时延过高，安全风险高），建议部署在普通汇聚、业务汇聚或宏站站点。

（4）加快老旧设备退网，释放机房空间，同时加强机房储备，建议新购业务汇聚机房使用面积在50～70平方米，供电不低于40 kW；普通汇聚机房使用面积一般在70～120平方米,供电不低于60 kW；重要汇聚机房使用面积应在200～330平方米，供电不低于200 kW。

9 结论

随着5G移动通信网络技术的发展，根据5G系统C-RAN架构的组网方案，合理部署CU、DU的网络位置，可以有效的解决网络低时延及灵活调度问题，提升5G网络的感知能力和应用能力。在当前的组网方案中，建议CU部署在普通汇聚、业务汇聚或宏站站点，DU部署于宏站站点或业务汇聚机房。当前，加快5G网络建设，5G的基础资源建设是首要亟需提升的硬件，特别是汇聚机房及配套建设，适时推进汇聚机房改造升级，补齐资源短板，加快新汇聚机房的选址，可以为5G网络的高速发展保驾护航。