王義濤，郭曉非，姚利民（.中訊郵電咨詢設(shè)計院有限公司鄭州分公司，河南鄭州 450007；.中國聯(lián)通江西分公司，江西南昌 330000）

0 前言

隨著三大運(yùn)營商5G 試驗網(wǎng)建設(shè)的不斷深入，5G大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的時間窗口越來越近。本地光纜網(wǎng)作為本地信息傳送的基礎(chǔ)物理資源，處于非常重要的地位。光纜網(wǎng)由于受客觀地理條件和市政管理的影響，建設(shè)難度大、周期長，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是否清晰且便于維護(hù)，網(wǎng)絡(luò)容量是否可支撐中遠(yuǎn)期業(yè)務(wù)發(fā)展，是制約5G 時期能否大規(guī)?？焖俳ㄕ镜年P(guān)鍵因素。因此有必要對現(xiàn)網(wǎng)本地光纜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和承載能力進(jìn)行評估，適當(dāng)提前部署，更好地支撐5G時期快速建站需求。

1 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)承載需求分析

1.1 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括核心網(wǎng)（CN）和無線接入網(wǎng)（RAN）2部分。5G CN將全面虛擬化，部署在不同層級的數(shù)據(jù)中心（DC）中，因此5G CN 傳輸承載主要體現(xiàn)在不同層級DC 之間的互聯(lián)。5G RAN 傳輸承載主要滿足5G 基站之間以及5G 基站至核心網(wǎng)之間的互聯(lián)，包括前傳、中傳和回傳3部分（見圖1和圖2）。

1.2 5G CN承載需求分析

5G 初期，uRLLC 業(yè)務(wù)尚不會開展，5G 核心網(wǎng)僅部署到省核心DC和本地核心DC，邊緣DC和移動邊緣計算（MEC）尚不會部署，這時5G核心網(wǎng)傳輸承載主要體現(xiàn)在本地核心和省核心之間，對應(yīng)本地傳輸核心層和省干傳輸。

圖1 5G初期網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖2 5G中后期網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5G 中后期，本地網(wǎng)內(nèi)的部分匯聚機(jī)房將逐步改造為邊緣DC。為了滿足時間敏感服務(wù)的低延遲要求，將會在邊緣DC 上部署MEC，將部分5G 核心網(wǎng)的功能放入MEC 中，這時5G 核心網(wǎng)傳輸承載主要體現(xiàn)在本地匯聚—本地核心—省核心之間，對應(yīng)本地傳輸匯聚層、本地傳輸核心層和省干傳輸。

5G CN 網(wǎng)絡(luò)連接的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在要求承載網(wǎng)對L3的支持上，傳輸承載的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可維持目前結(jié)構(gòu)不變。5G核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接如圖3所示。

1.3 5G RAN承載需求分析

圖3 5G核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接

5G 初期，CU 和DU 采用合設(shè)模式，5G RAN 在物理上與4G RAN 的BBU 和RRU 兩級架構(gòu)類似，采用CU/DU 和AAU 兩級架構(gòu)，其承載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也與4G 時期類似，僅包括前傳和回傳。前傳負(fù)責(zé)基站—綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)/DU 集中點(diǎn)的業(yè)務(wù)調(diào)度，一般采用裸光纖承載；回傳負(fù)責(zé)綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)/DU 集中點(diǎn)—核心節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)調(diào)度，對應(yīng)本地傳輸系統(tǒng)的核心匯聚層和接入層。

5G 中后期，CU 和DU 將分設(shè)，CU 在邊緣DC 虛擬化集中部署，5G RAN 逐步演進(jìn)為CU、DU 和AAU 三級架構(gòu)，相應(yīng)的承載網(wǎng)架構(gòu)分解為前傳、中傳和回傳。前傳承載范圍和承載方式不變；中傳負(fù)責(zé)綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)/DU 集中點(diǎn)—邊緣DC 節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)調(diào)度，主要對應(yīng)本地傳輸系統(tǒng)的接入層；回傳負(fù)責(zé)邊緣DC 節(jié)點(diǎn)—核心節(jié)點(diǎn)和邊緣DC 節(jié)點(diǎn)之間的業(yè)務(wù)調(diào)度，主要對應(yīng)本地傳輸系統(tǒng)的核心匯聚層。

由于5G CN 網(wǎng)絡(luò)功能的分布式部署，基站至核心網(wǎng)之間的網(wǎng)絡(luò)連接變得復(fù)雜，但也主要體現(xiàn)在要求承載網(wǎng)對L3的支持上，傳輸承載的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)仍將維持目前結(jié)構(gòu)不變。5G RAN承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖4所示。

2 5G承載光纜需求分析

2.1 5G承載本地光纜架構(gòu)分析

本地光纜網(wǎng)按照垂直分層、水平分區(qū)的目標(biāo)架構(gòu)進(jìn)行建設(shè)的理念在業(yè)界早已形成共識，近年來國內(nèi)三大運(yùn)營商也基本按照該理念開展本地光纜網(wǎng)的建設(shè)。根據(jù)該理念，本地光纜網(wǎng)按照層級劃分為核心層、匯聚層、接入主干層、接入配線層和引入層，城區(qū)接入主干層根據(jù)連接范圍和主要用途又可分為一級接入主干（簡稱“一級主干”）和二級接入主干（簡稱“二級主干”），接入配線層和引入層又可合并為末端接入層（見圖5）。光纜結(jié)構(gòu)方面核心層以環(huán)型/Mesh 型為主，匯聚層和接入主干層以環(huán)型為主，接入配線層和引入層以樹型為主。

圖4 5G RAN承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖5 5G時期本地光纜網(wǎng)架構(gòu)

從圖5可以看出，垂直分層、水平分區(qū)的本地光纜網(wǎng)架構(gòu)能夠較好地支撐5G 承載。5G CN 傳輸承載在5G 初期僅占用本地光纜網(wǎng)的核心層光纜，在5G 中后期增加占用本地光纜網(wǎng)的匯聚層光纜。5G RAN 前傳占用光纜涉及接入主干層、接入配線層和引入層，5G RAN 中傳/回傳占用光纜涉及核心層、匯聚層、接入主干層以及接入配線層。

因此滿足5G承載，本地光纜網(wǎng)僅需對各層級光纜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及纖芯容量進(jìn)行評估和優(yōu)化補(bǔ)充完善即可，不需要對整體架構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。

2.2 5G承載光纜需求分析

2.2.1 5G CN承載和5G RAN中傳/回傳光纜需求分析

5G CN 承載和5G RAN 中傳/回傳均由傳輸系統(tǒng)直接承載，因此其對光纜的需求主要體現(xiàn)在相應(yīng)傳輸系統(tǒng)對光纜的需求上。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上，相關(guān)傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將與4G時期基本一致，因此僅需按既定目標(biāo)對光纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)逐步完善，并對纖芯不足段落增補(bǔ)纖芯即可。

2.2.2 5G RAN前傳光纜需求分析

根據(jù)DU 是否集中部署，5G 前傳有DRAN 和CRAN 2種部署模式。

DRAN 模式下，AAU 和DU 共站址部署，AAU 和DU 之間直接通過尾纖站內(nèi)互聯(lián)，不需要額外敷設(shè)光纜。

CRAN 模式下，AAU 和DU 部署在不同站址，通過拉遠(yuǎn)的方式互聯(lián)。DU 一般安裝在綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)機(jī)房或DU 集中點(diǎn)接入機(jī)房。AAU 與DU 間傳輸時延要求小于100 μs，因此AAU 和DU 之間的理論最大拉遠(yuǎn)距離為20 km。

CRAN 模式下根據(jù)DU 部署位置和AAU 接入位置可分為4種典型前傳接入方式（見圖6）。

圖6 CRAN模式下典型5G RAN前傳接入方式

方式1：AAU 站點(diǎn)直接上聯(lián)至匯聚機(jī)房、綜合業(yè)務(wù)接入機(jī)房或DU集中點(diǎn)，此時前傳僅占用引入層光纜。

方式2：AAU 站點(diǎn)接至主干光交，然后通過主干光纜上聯(lián)至匯聚機(jī)房、綜合業(yè)務(wù)接入機(jī)房或DU 集中點(diǎn)，此時前傳主要占用引入層光纜和二級主干光纜。

方式3：多個AAU 站點(diǎn)先接至配線光交，然后通過配線光纜、主干光交、主干光纜上聯(lián)至匯聚機(jī)房、綜合業(yè)務(wù)接入機(jī)房或DU 集中點(diǎn)，此時前傳占用引入層光纜、接入配線光纜和二級主干光纜。

方式4：多個AAU 站點(diǎn)先接至配線光交，再通過配線光纜直接上聯(lián)至匯聚機(jī)房、綜合業(yè)務(wù)接入機(jī)房或DU集中點(diǎn)，此時前傳占用引入層光纜和接入配線光纜。

CRAN 模式下前傳一般有光纖直驅(qū)、無源波分、有源波分等3種承載方案。各承載方案不同接入方式下光纖占用情況詳見表1。

從長期網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)來看，5G 時代基站密度將大幅增加，CRAN 模式的低成本建網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)簡化的優(yōu)勢將更加顯著，同時也為后期CU 的云化部署打下更好的基礎(chǔ)，各大電信運(yùn)營商紛紛提出5G 采用CRAN 為主的建網(wǎng)模式。CRAN 模式下無源波分和有源波分方案主要優(yōu)勢是大量減少了對接入主干光纜纖芯的消耗，但由于引入了大量設(shè)備，一般情況下綜合建網(wǎng)成本高于光纖直驅(qū)方案。因此，現(xiàn)網(wǎng)光纜資源豐富或光纜建設(shè)便利的區(qū)域，建議優(yōu)選光纖直驅(qū)方案。由于單纖雙向（BiDi）技術(shù)不僅可節(jié)約50%光纖資源，同時有利于簡化地面鏈路時鐘部署，減少不對稱時鐘補(bǔ)償，因此應(yīng)推進(jìn)光纖直驅(qū)BiDi 的技術(shù)應(yīng)用。有源波分由于具有較強(qiáng)的OAM 能力，當(dāng)對網(wǎng)絡(luò)性能和可維護(hù)性要求較高時可考慮有源波分方案。

表1 CRAN模式下各承載方案光纜占用對比

3 5G承載光纜建設(shè)策略

5G 對光纜的大規(guī)模占用主要是接入主干光纜和末端接入光纜。其中接入主干光纜應(yīng)提前部署并合理規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，末端接入光纜應(yīng)隨5G站點(diǎn)建設(shè)以保證投資精準(zhǔn)。5G 的典型應(yīng)用場景主要集中在城區(qū)和工業(yè)園區(qū)等，因此本文重點(diǎn)分析城區(qū)光纜網(wǎng)建設(shè)策略。

3.1 城區(qū)接入主干光纜組網(wǎng)策略

3.1.1 純二級主干組網(wǎng)模式

組網(wǎng)特點(diǎn)：以兼作綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)的匯聚節(jié)點(diǎn)為中心，與綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)內(nèi)的綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)、主干光交共同組網(wǎng)。

適用場景：適用于業(yè)務(wù)量集中、面積較小、區(qū)內(nèi)有匯聚節(jié)點(diǎn)的區(qū)域。

根據(jù)二級主干光纜與匯聚節(jié)點(diǎn)的關(guān)系，可分為2種組網(wǎng)模式（見圖7 和圖8）。其中主干光纜中兩匯聚節(jié)點(diǎn)間直達(dá)纖芯用作匯聚層光纜，綜合業(yè)務(wù)區(qū)1 內(nèi)的匯聚節(jié)點(diǎn)不收斂綜合業(yè)務(wù)區(qū)2中的業(yè)務(wù)。

圖7 純二級主干組網(wǎng)模式1

圖8 純二級主干組網(wǎng)模式2

3.1.2 一級/二級主干混合組網(wǎng)模式

組網(wǎng)特點(diǎn)：以綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)為中心，與綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)內(nèi)的其他綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)、主干光交共同組成二級主干光纜；各綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)通過新建直達(dá)光纜或借用沿途二級主干等其他光纜直達(dá)纖芯與匯聚區(qū)內(nèi)匯聚節(jié)點(diǎn)互通，組成一級主干光纜。

適用場景：適用于業(yè)務(wù)量分布較廣、面積較大的區(qū)域。

一級/二級主干混合組網(wǎng)可分為以下5種模式。

模式1：借用二級主干光纜中匯聚節(jié)點(diǎn)至綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)之間的直達(dá)纖芯組成一級主干光纜，該二級主干光纜與上聯(lián)的綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)位于同一個的綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)（見圖9）。

注意事項：①對于新建的光纜，相交的段落優(yōu)先同纜分纖使用，若區(qū)域內(nèi)需接入業(yè)務(wù)量較大可以分纜建設(shè)，原主干光纜環(huán)較大時可以采用此方式進(jìn)行拆分；②相交的綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)負(fù)責(zé)綜合業(yè)務(wù)區(qū)2整個區(qū)域的業(yè)務(wù)收斂，綜合業(yè)務(wù)區(qū)2 內(nèi)其他綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)局部業(yè)務(wù)的收斂。

適用場景：適用于相交的綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)機(jī)房條件較好，能夠起到有效分擔(dān)匯聚節(jié)點(diǎn)機(jī)房裝機(jī)壓力作用的區(qū)域。

圖9 一級/二級主干混合組網(wǎng)模式1

模式2：與模式1 類似，不同之處在于提供一級主干光纜纖芯的二級主干光纜與上聯(lián)主干節(jié)點(diǎn)位于不同的綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)（見圖10）。

圖10 一級/二級主干混合組網(wǎng)模式2

適用場景：適用于相交的綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)機(jī)房條件一般，不能起到有效分擔(dān)匯聚節(jié)點(diǎn)機(jī)房裝機(jī)壓力作用的區(qū)域。

模式3：利舊上聯(lián)主干節(jié)點(diǎn)至匯聚機(jī)房的現(xiàn)網(wǎng)基站接入等光纜資源組成一級主干光纜（見圖11）。

圖11 一級/二級主干混合組網(wǎng)模式3

注意事項：應(yīng)做好上聯(lián)光纜的纖芯使用規(guī)劃，作為一級主干的上聯(lián)光纜纖芯原則上應(yīng)通過直熔等方式改造為直達(dá)光纜，并保障其安全性。

模式4：單獨(dú)新建匯聚節(jié)點(diǎn)、各綜合業(yè)務(wù)區(qū)上聯(lián)綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)之間的一級主干光纜，組成一級主干光纜環(huán)（見圖12）。

圖12 一級/二級主干混合組網(wǎng)模式4

模式5：相鄰綜合業(yè)務(wù)區(qū)主干節(jié)點(diǎn)之間新建上聯(lián)光纜，并利用各二級主干光纜中的部分直達(dá)光纜纖芯，共同組成一級主干光纜環(huán)（見圖13）。

圖13 一級/二級主干混合組網(wǎng)模式5

適用場景：相鄰綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)之間部分主干節(jié)點(diǎn)距離較近，光纜建設(shè)方便。

3.2 城區(qū)接入主干光纜建設(shè)原則

a）應(yīng)充分利用并挖潛既有資源，切實結(jié)合5G 需求適度提前進(jìn)行主干光纜的規(guī)劃建設(shè)。光纜容量滿足但纖芯分配不合理的，應(yīng)優(yōu)先調(diào)整纖芯分配以滿足5G站點(diǎn)接入；剩余光纜纖芯資源不足的，應(yīng)優(yōu)先對現(xiàn)網(wǎng)3G/4G RRU進(jìn)行級聯(lián)改造。

b）接入主干光纜環(huán)長建議最大不超過8 km，其中密集城區(qū)以4～6 km為宜，一般城區(qū)以6～8 km為宜。

c）當(dāng)5G 站址不確定時，新建接入主干光纜建議增加備用（直通）纖芯的容量分配，待后期5G站址確定后再進(jìn)行纖芯分配。

3.3 CRAN模式下5G站點(diǎn)接入策略

a）應(yīng)根據(jù)所在區(qū)域現(xiàn)網(wǎng)情況靈活選用圖6中的接入方式。

b）應(yīng)充分利用現(xiàn)網(wǎng)資源，當(dāng)現(xiàn)網(wǎng)末端接入光纜空余纖芯不足時，應(yīng)優(yōu)先對現(xiàn)網(wǎng)3G/4G RRU 進(jìn)行級聯(lián)改造。

c）新建末端接入光纜應(yīng)同時考慮其他業(yè)務(wù)的綜合承載需求，纖芯容量建議接入配線層不少于24 芯、引入層不少于12芯。

d）對于AAU 部署規(guī)模較大的5G 室分站點(diǎn)，應(yīng)通過測算TCO 成本考慮是否在室分站點(diǎn)新建DU 集中點(diǎn)機(jī)房。

4 室分站點(diǎn)5G RAN部署方式選擇

當(dāng)前傳采用光纖直驅(qū)方案時，室分站點(diǎn)5G RAN一般有AAU 拉遠(yuǎn)至現(xiàn)網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)/BBU 集中點(diǎn)機(jī)房（簡稱“AAU 拉遠(yuǎn)”）和在室分站點(diǎn)新建DU 集中點(diǎn)機(jī)房（簡稱“新建DU 集中點(diǎn)”）2 種部署方式。隨室分站點(diǎn)AAU 部署數(shù)量的不同，2 種部署方式的TCO（建設(shè)+5 年運(yùn)營）成本不同。室分站點(diǎn)AAU 部署數(shù)量越多，AAU 拉遠(yuǎn)方式所占用配線光纜和主干光纜纖芯越多，現(xiàn)網(wǎng)機(jī)房的裝機(jī)壓力也越大；室分站點(diǎn)AAU 部署數(shù)量越少，新建DU 集中點(diǎn)方式中新建DU 集中點(diǎn)機(jī)房成本將越突出。因此2種部署方式存在一個TCO 成本平衡點(diǎn)。工程中應(yīng)根據(jù)室分站點(diǎn)AAU 部署數(shù)量，因地制宜，合理選擇室分站點(diǎn)5G RAN的部署方式。

4.1 新建物理室分站點(diǎn)

新建物理室分站點(diǎn)TCO 成本測算示例如表2 所示，不同AAU部署數(shù)量模型下，2種部署方式的TCO成本對比詳見圖14。

圖14 新建物理室分站點(diǎn)2種部署模式5年TCO對比

從圖14 可以看出，當(dāng)室分站點(diǎn)AAU 數(shù)量為27 個時，5G RAN 2種部署方式TCO成本達(dá)到平衡點(diǎn)。建議AAU 數(shù)量≤27 的室分站點(diǎn)優(yōu)選AAU 拉遠(yuǎn)模式，AAU 數(shù)量＞27的室分站點(diǎn)優(yōu)選新建DU集中點(diǎn)模式。

4.2 利舊現(xiàn)有室分站點(diǎn)

利舊現(xiàn)有室分站點(diǎn)不同AAU 部署數(shù)量模型下，2種部署方式的TCO成本對比如圖15所示。

表2 新建物理室分站點(diǎn)2種部署模式TCO成本對比分析

圖15 利舊現(xiàn)有室分站點(diǎn)2種部署模式5年TCO對比

從圖15 可以看出，當(dāng)室分站點(diǎn)AAU 數(shù)量為24 個時，5G RAN 2種部署方式TCO成本達(dá)到平衡點(diǎn)。建議AAU 數(shù)量≤24 的室分站點(diǎn)優(yōu)選AAU 拉遠(yuǎn)模式，AAU 數(shù)量＞24的室分站點(diǎn)優(yōu)選新建DU集中點(diǎn)模式。

5 結(jié)束語

5G 網(wǎng)絡(luò)整體投資需求巨大，其中本地光纜網(wǎng)投資占了很大比例，因此應(yīng)合理規(guī)劃本地光纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)和容量，適度超前建設(shè)接入主干光纜，在能夠快速接入5G站點(diǎn)、滿足5G 網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)承載需求的同時，通過建設(shè)方案的優(yōu)化合理降低TCO成本。