5G对传输网的影响

2018.1一、5G业务场景及承载架构演进5G的三类业务场景eMBB(EnhancedMobileBroadband，增强型移动宽带)：主要场景包括随时随地的3D/超高清视频直播和分享、虚拟现实、随时随地云存取、高速移动上网等大流量移动宽带业务，带宽体验从现有的10Mbps量级提升到1Gbps量级，要求承载网络提供超大带宽。uRLLC(UltraReliable&LowLatencyCommunication，高可靠低时延通信)：主要场景包括无人驾驶汽车、工业互联及自动化等，要求极低时延和高可靠性，需要对现有网络的业务处理方式进行改进，使得高可靠性业务的带宽、时延是可预期、可保证的，不会受到其它业务的冲击。mMTC(MassiveMachineTypeCommunication，大规模机器通信）：主要场景包括车联网、智能物流、智能资产管理等，要求提供多连接的承载通道，实现万物互联,为减少网络阻塞瓶颈，基站以及基站间的协作需要更高的时钟同步精度。BBU的部分物理层处理功能将与原RRU合并为AAU(ActiveAntennaUnit，有源天线处理单元)；BBU的剩余功能重新定义为DU（DistributeUnit，分布单元），负责处理物理层协议和实时服务；BBU的非实时部分将分割出来，重新定义为CU（CentralizedUnit，集中单元），负责处理非实时协议和服务；5G的RAN网络将从4G/LTE网络的BBU（BasebandUnit，基带单元）、RRU两级结构将演进到CU、DU和AAU三级结构。5GRAN架构演进趋势其中，AAU和DU之间是前传（Fronthaul），DU和CU之间是中传（Middlehaul），CU以上是回传（Backhaul）。当CU和DU合设时，称为gNB，其承载网的结构和与4G类似，仅包括前传和回传两个部分。5G核心网架构演进4G时代，核心网元位置一般处于骨干层，UE（UserEquipment，用户设备）到核心网的时延将难以满足要求。因此，核心网下移以及云化成为5G发展的趋势，3GPP已经将核心网下移纳入讨论范围，并推动MEC（MobileEdgeComputing，移动边缘计算）的标准化。5G低时延核心网元下移NewCore+EMC二、5G承载需求分析5G承载网需求分析-大带宽关键指标前传中传&回传(峰值/均值)5G早期站型：Sub6G/100MHz3*25Gbps5Gbps/3Gbps5G成熟期站型：超高频/800MHz3*25Gbps20Gbps/9.6Gbps一个大型城域网为例，5G基站数量12000个，带宽收敛比取6:1。核心层带宽需求在初期就将超过6T，成熟期将超过17T。因此，在5G传送承载网的接入、汇聚层需要引入25G/50G速率接口，而核心层则需要引入100G及以上速率的接口。5G承载网需求分析-低时延指标类型时延指标来源移动终端-CU（eMBB）4ms3GPPTR38.913移动终端-CU（uRLLC）0.5ms3GPPTR38.913eV2X（enhancedVehicletoEverything）3~10ms3GPPTR38.913前传时延（AAU-DU）100useCPRI可以考虑采用更大的时隙（如从5Gbps增加到25Gbps）、减少复用层级、减小或取消缓存等措施来降低设备时延，达1us量级甚至更低。可以考虑树形组网取代环形组网：环形组网输出节点逐一累积传输时延，而树形组网只要考虑源宿节点间的时延累积，可大力提升网络对苛刻时延的耐受性。设备时延组网架构5G承载网需求分析-网络切片边缘云NFV核心云NFVeMBBuRLLCmMTC时延QOS带宽可靠性移动性为更好支持不同的应用，5G将支持网络切片能力，每个网络切片将拥有自己独立的网络资源和管控能力前传网络：对于5G采用的eCPRI信号一般采用透明传送的处理方式，不需感知传送的具体内容，因此对不同的5G网络切片不需要进行特殊处理中传/回传：需要考虑如何满足不同5G网络切片在带宽、时延和组网灵活性方面的不同需求，提供面向5G网络切片的承载方案5G承载网需求分析-灵活组网5G初期，DU与CU归属关系相对固定，一般是一个DU固定归属到一个CU，因此中传网络可以不需要IP寻址和转发功能。但是未来考虑CU云化部署后，需要提供冗余保护、动态扩容和负载分担的能力，从而使得DU与CU之间的归属关系发生变化，DU需要灵活连接到两个或多个CU池。这样DU与CU之间的中传网络就需要支持IP寻址和转发功能。中传和回传承载网络中，网络流量仍然以南北向为主，东西向为辅。并且不存在一个DU/CU会与其它所有DU/CU有东西向流量的应用场景，一个DU/CU只会与周边相邻小区的DU/CU有东西向流量，因此业务流向相对简单和稳定，承载网只需要提供简化的IP寻址和转发功能即可。5G网络的CU与核心网之间（S1接口）以及相邻CU之间（eX2接口）都有连接需求，一般认为是S1流量的10~20%。如果采用人工配置静态连接的方式，配置工作量会非常繁重，且灵活性差，因此回传网络需要支持IP寻址和转发功能。另外，为了满足uRLLC应用场景对超低时延的需求，需要采用CU/DU合设的方式，这样承载网就只有前传和回传两部分了。此时DU/CU合设位置的承载网同样需要支持IP寻址和转发能力。中传回传5G承载网需求分析-时钟同步精度提升±100nsBITSMasterRRU1天线RRU2天线RRU3天线BBU±30ns±1500ns±1200ns@30跳±30nsATOMGPSMasterRRU1天线RRU2天线RRU3天线BBU±8ns±130ns±80ns@10跳±100ns±20nsGPS升级，提升同步精度BITS从核心下移到汇聚，小型化，减少跳数承载网设备升级，提升同步精度无线基站升级，提升同步精度4G5G承载需要更高精度的同步：5G承载网架构须支持时钟随业务一跳直达，减少中间节点时钟处理；单节点时钟精度也要满足ns精度要求精度受限于无线空口帧长度，5G的空口帧长度1ms比4G空口帧10ms小10倍，从而给同步精度预留的指标也会缩小，具体指标尚待确定三、5G承载方案有源OTN/WDM承载光纤直连方案无源CWDM组网方式环网、点到点网络星型、点到点网络点到点网络优势节省光纤、提供环网保护、支持综合承载、支持业务收敛实现简单纯无源技术，设备简单，节约光纤劣势成本相对较高消耗大量光纤资源，仅适合部署于光纤资源丰富区域运维定界不清晰、故障定位难、波长规划复杂无源CWDM方案光纤直连方案有源OTN/WDM承载方案OTNOTN5G前传承载方案AAU站DU…DU5G前传承载方案适用场景DUAAU接入站点场景A小集中综合业务机房DU场景BP2P大集中AAU综合业务机房DU场景C大集中组网场景场景A场景B场景C描述DU部署位置较低，与4G宏站BBU部署位置基本一致，此时与DU相连的5GAAU数量一般小于30个（10个宏站）DU部署位置较高，位于综合接入点机房，与DU相连的5GAAU数量一般大于30个，接入主干光缆为树形结构DU部署位置较高，位于综合接入点机房，与DU相连的5GAAU数量一般大于30个，接入主干光缆为环形结构适用方案有源/无源CWDM/DWDM有源/无源OTN/WDM有源OTN/WDM接入站点接入站点5G中传和回传承载网络架构5G中传和回传对于承载网在带宽、组网灵活性、网络切片等方面需求基本一致，因此可以采用统一的承载方案。5G中传和回传承载方案方案1、分组增强型OTN+IPRAN方案方案2、端到端分组增强型OTN方案OTN设备按需配置ODUk穿通模式，保证5G承载对低时延和带宽保障的需求;分组增强型OTN与IPRAN之间通过BGP协议实现路由信息的交换；为了满足5G承载对大容量和网络切片的承载需求，IPRAN需要引入25\50\100GE等高速接口技术；采用FlexE(FlexibleEthernet，灵活以太网)等新型接口技术实现物理隔离相比方案1，不用跨平台维护，从而更好地发挥分组增强型OTN强大的组网能力和端到端的维护管理能力可利用分组增强型OTN进行业务综合承载，包括家宽、专线业务；分组增强型OTN可与前传承载方案衔接，前后传统一承载，降低Capex和Opex5G网络切片承载方案•1、光通道划分（ODUFlex）•2、端口隔离（实现简单、粒度大）•3、灵活以太FlexE物理层交叉（一层与二层之间）基于一层隔离承载方案•MPLS-TP标签、VLANID，也即逻辑隔离，通过Qos控制策略满足不同切片的带宽、时延和丢包等性能需求基于二层隔离承载方案OTN网络切片承载方案可结合SDN智能控制，提升开通、维护效率四、结论输出5G对传输网影响-带宽测算模型5G单站测算模型4G/LTE3小区，3载波，4天线5G/低频3小区，64天线5G/高频3小区，128天线基站（频宽Hz)带宽均值峰值4G0.361.145G低频（100M）2.45.65G高频（200M）8.417.6低频基站（4G+5G低）2.766.74高频基站（4G+5G高）8.7618.74接入比例等效基站数（个）×151080×1272×66×115G回传带宽测算模型核心层………核心层核心层基站传输网带宽需求25G/100G接入100G/N*100G汇聚100G/200G核心2:1收敛4:1收敛收敛比8:4:1峰值站:均值站=1:5低频共站高频共站5*2.76+1*6.74=20.54G5*8.76+1*18.74=62.54G(60*2.76+12*6.74)/2=123.24G(60*8.76+12*18.74)/2=375.24G(900*2.76+180*6.74)/8=462.15G(900*8.76+180*18.74)/2=1407.15G5G对传输网影响-关键技术的应用和架构模型五、相关新技术超100G技术采用高级调制格式，具有更高的频谱效率，能在一定的频谱带宽上实现更高的传输速率。相对于QPSK信号，16QAM每符号能够加载2倍的比特数，因而能够降低信号的波特率（相同速率），提高频谱效率和系统传输容量。但是随着调制格式的提升，传输距离也随之下降，因此，在考虑调制格式的同时，还应考虑传输距离、应用场景和适用范围。目前成熟的100GQPSK的无电中继传输距离可达4000公里以上，而超100G技术的传输距离大约为数百公里，可以应用于城域网和本地网。（OTN超100G应用场景：DC互联）超100G技术随着老旧的SDH设备逐渐退网，小颗粒的TDM类专线业务的承载方式需要重新考虑。在OTN上集成VC交叉和分组功能，采用OTN网络承载TDM类业务、分组业务。方案一：采用原有电交叉子架增加独立VC交叉单板、分组处理板，和通用的业务线卡。方案二：采用统一交叉矩阵，和混合VC功能、分组功能的专用业务线卡。分组增强型OTN方案一方案二主要应用场景：1、小型化OTN应用需求主要为适应城域内多业务接入及机房环境要求，在城域发展小型化、低功耗、紧凑型OTN，可实现OLT到BRAS一跳直达，满足未来4K/8K等更大带宽、更低时延业务的需求；可从业务接入疏导、传送性能、维护管理、可靠运行、节能减排等多方面有效解决边缘层面的传送需求，具有小身材、大能耐、低功耗、高可靠特性，交流或直流供电可选，适应各种边缘接入场景和各种机房条件。2、CPRI前传，实现BBU集中部署，实现2G/3G/4G/5G统一承载，同时节省大量的光纤资源。3、固网宽带OLT上行链路承载，节省光纤资源；每条上行链路都有保护通道，提升了网络健壮性；网络层次简洁，灵活迁移OLT归属节点，同时，可以解决长距离传输问题。小型化OTN乡镇全业务回传CPRI前传OLT上行超低损光纤普通光纤纯硅超低损光纤折射率SiO₂纤芯：掺GeO₂包层：SiO₂纤芯：纯SiO₂包层：掺氟目前广泛使用的标准G.652光纤都是通过在纤芯中掺杂稀土元素锗的方式来提高纤芯的折射率，从而和纯二氧化硅的包层材料间形成折射率差，以保证入射光在单模光纤中的传播。但由于芯层中掺入GeO