5G承载需求及方案探讨

5G承载需求及承载方案探讨中国电信股份有限公司北京研究院张成良2020年4月20日5G发展时间表和愿景2014201520162018201920202017RANRel-14Rel-15Rel-16Rel-135GPhase15GPhase2PreviousTimelineGlobalLaunchAug.222017Non-StandaloneNRFullIMT-2020NRStandaloneNRAcceleratingDecisionCPRICPRI7.025GeCPRIV1.0到2020年，第五代移动通信（5G）启动商用服务，高速、移动、安全、泛在的新一代信息基础设施基本建成。……我国成为5G标准和技术的全球引领者之一……——《2017-2020年5G发展规划》（工信部、发改委）25G的重大战略意义•《中国制造2025》指出应全面突破第五代移动通信（5G）技术，推动核心信息通信设备体系化发展与规模化应用。•《“十三五”规划纲要》提出，要积极推进5G发展，2020年启动5G商用。•《国家信息化发展战略纲要》提出了到2020年5G技术研发和标准取得突破性进展的战略目标。•863计划和重大专项三相继启动5G研发项目，积极支持技术创新。•2016年1月启动5G技术研发试验，由IMT-2020(5G)推进组负责组织实施。•启动5GPPP、METIS等重大项目,研发经费超过42亿欧元。•2016年9月欧盟委员会发布5G行动计划，将于2016年底确定5G首发频谱，2017年底规划全部5G频谱，2018年启动5G预商用试验，2020年底推动5G全面商用。•2015年，NTTDoCoMo牵头与部分主流设备厂商共同开展5G技术测试。•2017年，5GMF将牵头启动日本的5G技术试验。•发布5G国家战略，拟投入1.6万亿韩元（约合14.3亿美元）。•计划2018年初平昌冬奥会期间由韩国电信(KT)开展5G预商用试验。•率先明确10.85GHz的5G高频资源，成为全球首个正式规划5G频谱的国家。•发布4亿美元“先进无线通信研究计划”,计划2017年启动5G试验,将建设四个城市级测试平台。35G网络发展总体视图跨领域协同新型空口无线融合网络新型承载智能网络智慧化运营提升频谱效率，降低空口传输时延关注点：大规模天线、新型帧结构4G,5G和WLAN融合组网关注点：独立和非独立组网提升无线、核心网以及传输网的协同效率，满足网络发展和运维需求低成本25G光模块、低时延OTN、高精度同步传输、新型转发和控制技术，等提升业务的用户感知关注点：MEC提升新业务的运营和部署效率关注点：网络切片45GRAN架构的变化：前传、中传和回传•5GRAN网络将从4G/LTE的BBU、RRU两级结构，演进到CU、DU和AAU三级结构•根据业务需求和部署条件的不同5GRAN三级架构实际部署形态多样化，存在多种场景CU/DUDUCUDU/CUDUCU1234传统基站部署DU分布部署，CU集中部署DU/CU合一，集中部署CU云化独立部署5GRAN三层架构部署形态多样化55G核心网架构的变化：核心网云化，回传纳入DCI•核心网将形成两层云互联网络：（1）NewCore云互联；（2）及NewCore与MEC间云互联；（3）MEC之间边缘云互联。•固移融合，包括5G移动宽带、固定宽带在内的所有业务将在云上逐渐融合，业务融合驱动网络融合和云网协同。65G承载的七大需求mMTC(大量的机器通信)uRLLC(超可靠低时延通信)（高速率）eMBB3D视频,超高清视频云游戏、云办公虚拟现实工业自动化关键任务自动驾驶智慧家庭智慧城市①大带宽：前传eCPRI25G，单基站（低频3Cell）业务带宽3~5G，中回传带宽超100G②超低时延：eMBB业务4ms；uRLLC业务0.5ms；uRLLC业务前传时延要求20-30us③高可靠：部分uRLLC业务要求99.999%可用性④高精度同步：协同业务同步需求达到100ns量级⑤灵活性：海量设备连接的灵活管理、eX2横向流量、核心网云化部署和动态迁移⑥网络切片：eMBB、uRLLC、mMTC等不同类型业务隔离，不同租户网络隔离⑦智能协同：RAN、核心网、承载网智能协同，满足高效运维和业务快速发放需求智慧楼宇75G承载的需求：大带宽基站场景前传带宽中传&回传带宽(峰值/均值)5G低频基站：Sub6G/100MHz3cells、64T64RSE峰值50bit/hz，均值10bit/hz3*25Gbps5Gbps/3Gbps5G高频基站：Above6G/800MHz3cells、2T2RSE峰值25bit/hz，均值4bit/hz3*25Gbps20Gbps/9.6Gbps•根据NGMN带宽规划原则：峰值取值为单Cell峰值均值取值Cell数量*单Cell均值；•eCPRI接口带宽：25GE【多数厂商的选择】•对比4GLTE基站：峰值900Mbps，均值150Mbps85G承载的需求：低时延时延指标类型时延指标来源UE-CU（eMBB）4ms3GPPTR38.913UE-CU（uRLLC）0.5ms3GPPTR38.913eV2X（enhancedVehicletoEverything）3-10ms3GPPTR22.891前传时延（AAU-DU）100~150us综合，URLLC可能更低典型低时延业务（来源：综合）：•VR/AR：网络RTT时延7ms，防眩晕门限20ms-传感器反应时间1ms-屏幕响应时间2ms-120fps刷新时间8ms-业务处理时间2ms•自动驾驶：网络RTT时延5ms，分配到UE-CU为1ms，单向500us；1ms对应120km时速汽车移动3.33cm•智能制造：网络单向时延1ms（核心网到UE），端到端20ms–传感器处理时间5ms–机械手处理时间5ms–网络及业务处理时间8ms=2ms，上下行各1ms95G承载的需求：大带宽（续）核心网基站汇聚接入核心接入设备容量汇聚设备容量核心设备容量接入基站带宽：峰值5Gbps/均值3Gbps接入环配置：假设一个接入环接8个基站，按7个基站均值、1个基站峰值规划7*3Gbps+5Gbps=26Gbps接入设备要求：上行：2个50GE接口，能扩展到100GE下行：多个10GE接入汇聚环配置：1个汇聚环带6个汇聚设备；一对汇聚设备接6个接入环，带宽收敛比为6:1汇聚环上行带宽：6*6*26Gbps/6=156Gbps汇聚设备要求:下行接口：6*50GE或6*100GE上行接口：2*200GE/400GE核心设备配置：假设四台核心设备，共有12000个基站，折合42个汇聚环假设业务全部进核心网核心出口总带宽：(12000/8)*26Gbps/6=6.5Tbps核心设备要求：下行端口：42*200GE/400GE上行端口：9*400GE25Gvs.50G100Gvs.200G105G承载的需求：高精度同步•5G同步业务需求包括5GTDD基本业务同步需求和协同业务同步需求两部分：5GTDD基本业务同步需求预计与4GTDD基本业务相当：1.5us（低频），500ns（高频）同步精度主要取决于协同业务需求，5G的空口帧长度1ms比4G空口帧10ms小10倍，预计同步精度指标也会缩小，具体指标待研究•5G承载须支持时钟随业务一跳直达，减少中间节点处理，单节点时钟满足ns级精度(IEEE1588v2.1)场景业务时间同步要求（tbd）影响5G低频(sub-6G)5G基本业务≤±1.5us影响基本业务可用性5G高频(above-6G)5G基本业务≤±500ns影响基本业务可用性5G低频(sub-6G)协同业务(CoMP/SFN)ClassA+:＜+/-12.5nsClassA:＜+/-45nsClassB:＜+/-110ns增益下降或无增益11•5G网络，基站数量增加、CU与DU分离部署、云化部署、eX2等，需要灵活、可扩展路由转发功能。•5G网络，南北向流量为主，东西向流量有限；网络中无需类似普通IP网络，建立全mesh连接。•5G网络，带宽、时延是核心竞争力，光层提升核心性能，增强路由转发功能满足灵活性需求。①基本路由转发与动态路由协议：5G网络基站数量增加，IP地址数量随之增加，路由转发是解决大量设备跨地域互联最常用和成熟的方案。因此5G承载网络应当支持基本IP路由转发能力，具备常用路由协议OSPF/ISIS。②动态路由与路由信息交换：CU/核心网云化，涉及动态迁移、动态扩容，eX2涉及东西向流量，承载网需要支持动态路由和路由信息交换协议BGP。③保护与运维：基本保护协议FRR、基本运维功能PING/IPFPM等。DUMEC/MCENewCoreMEC/MCEDUDUCUCUeX24msXnXnXnMEC/MCE4mseX2CU+DUCU+DUS1S1NewCore11122335G承载的需求：灵活路由125G承载的需求：网络切片•三大类不同业务的切片•不同租户网络的切片波长、ODUflex硬切片硬切片或者L2/L3软切片135G承载网架构及关键技术14综合业务接入点(CO)AAU未来：DCICU+DU前传（AAU-DU）DU宏站AAUAAUAAUAAUAAUAAU+DUCUCUDU25G/50G/100G/200GOTNNewCoreNewCoreMECMEC100G/200GOTN/ROADM中传（DU-CU）回传（CU-MEC/NewCore）DU中传回传前传：光纤直驱为主：CPRI、eCPRI有源/无源WDM承载：eCPRICWDM：点到点，25GNRZ/50GPAM4DWDM：点到点或环网，光层波长直达超低时延OTN技术：单节点1us量级中传：DWDM/OTN：环网为主城区：光层波长直达（ROADM调度）郊区：中间节点转发，带宽收敛（分组处理）CU所在承载设备须支持路由转发功能超高精度时间同步技术：IEEE1588V2.1回传：DWDM/OTN/ROADM：环网、Mesh光层波长直达（ROADM调度）支持路由转发功能：转发、动态路由、VPN未来回传网络与城域DCI网络逐渐融合新型转发及控制技术：SR、EVPN145G前传的挑战：光纤资源综合业务接入点（CO）1频点3对光纤BBUPTN2频点6对光纤1频点3对光纤2频点6对光纤宏基站示意图基站A基站B基站C光交箱1光交箱2光交箱3光交箱46芯光纤18芯光纤24芯光纤6芯光纤基站D•5G初期（低频组网）：单个基站：3个Cell，6根光纤（单纤单向）/3根光纤（但纤双向）3G/4G/5G共站：所需光纤资源累加•5G成熟期（高频组网或低频增点）：增加更多的光纤资源解决方案：WDM155G前传承载方案OAD5GDUAAUAAUAAUOAD无源WDMOTNAAURRU25G/50G/100G/200Gn*10GCPRIn*25GCPRI/eCPRI5GDUOTNAAUAAURRURRU4GBBU有源WDM/OTN有源WDM/OTN方案的优势：组网灵活：星型、链型、环型组网。大带宽传送：单通道10G/25G/50G/100G/200G。多制式前传：同时支持CPRI、eCPRI，兼容4G和5G。完善的OAM：LOS/LOF/BDI/BEI/AIS/FEC/PT/TTI/DM…高精度同步：ns级别同步精度。多业务统一承载：移动宽带、固网宽带、高价值专线等。无损传输：业务透传，硬管道隔离。安全可靠：光层保护或电层保护。有源WDM/OTN方案的优势：节约光纤：单纤双向或双纤双向，40波/80波。节约成本：减少光模块数量。维护简单：无源OAD免维护。有源WDM/OTN方案的挑战：彩光模块：封装和功耗做到白光模块水平。设备管理：无线设备管理彩光模块。建议：采用时延优化的OTN封装，继承OTN维护手段。共同的挑战：降低时延！16低成本大带宽传输技术f(Hz)DMT:DiscreteMulti-TonePAM4:4-levelPulseAmplitudeMo