5G承載網(wǎng)演進(jìn)方案探討

孫嘉琪1，李玉娟2，楊廣銘1，尹遠(yuǎn)陽(yáng)1

（1.中國(guó)電信股份有限公司廣州研究院，廣東 廣州 510630；

2.中國(guó)電信集團(tuán)公司，北京 100010）

【摘要】為了探討5G承載網(wǎng)演進(jìn)方案，從5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)架構(gòu)及5G承載網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)關(guān)鍵需求入手，分析了對(duì)5G承載網(wǎng)的影響，提出了以業(yè)務(wù)為驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)觀點(diǎn)，最后對(duì)基于IP RAN的4G/5G統(tǒng)一承載解決方案進(jìn)行了研究，給出了5G承載網(wǎng)演進(jìn)方案建議，為運(yùn)營(yíng)商5G承載網(wǎng)的演進(jìn)提供了參考。

1 引言

隨著2020年5G正式商用進(jìn)程的推進(jìn)，移動(dòng)通信已逐步走向5G時(shí)代。

在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，由于頻段較高、傳播損耗較大等原因，很難做到全覆蓋，存在NSA（Non-standalone）/SA（Standalone）多種組網(wǎng)架構(gòu)選擇。NSA非獨(dú)立組網(wǎng)采用LTE與5G聯(lián)合組網(wǎng)方式，利用現(xiàn)有覆蓋良好的4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)5G NR（New Radio，新空口）的快速引入，而SA獨(dú)立組網(wǎng)則可以更好地體現(xiàn)出5G技術(shù)優(yōu)勢(shì)以提高服務(wù)質(zhì)量，但對(duì)5G NR連續(xù)覆蓋要求更高，引入周期長(zhǎng)。目前3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織優(yōu)先考慮非獨(dú)立組網(wǎng)模式，預(yù)計(jì)2017年底將首先完成非獨(dú)立組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，隨后在2018年7月完成5G獨(dú)立組網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[1]。

相應(yīng)地，5G承載網(wǎng)的演進(jìn)不僅需考慮帶寬、時(shí)延等相關(guān)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)的滿足，還需考慮5G承載的靈活組網(wǎng)、4G/5G共站承載及與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的銜接等實(shí)際需求，4G/5G共存組網(wǎng)的統(tǒng)一承載是5G承載網(wǎng)演進(jìn)中的關(guān)鍵問(wèn)題。

本文首先對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)架構(gòu)及5G承載網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)需求進(jìn)行了介紹，然后分析了對(duì)5G承載網(wǎng)的影響，提出了以業(yè)務(wù)為驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)觀點(diǎn)及基于IP RAN的4G/5G統(tǒng)一承載方案，最后對(duì)5G承載網(wǎng)演進(jìn)方案進(jìn)行了建議。

2 5G架構(gòu)演進(jìn)

2.1 核心網(wǎng)架構(gòu)演進(jìn)

4G時(shí)代，核心網(wǎng)大多采用省集中部署方式，面對(duì)5G多樣化的業(yè)務(wù)需求，5G核心網(wǎng)將實(shí)現(xiàn)云化演進(jìn)，根據(jù)低時(shí)延uRRLC（超可靠、低延遲通信）、eMBB（增強(qiáng)移動(dòng)寬帶）、mMTC（大型機(jī)器類(lèi)型通信）等不同業(yè)務(wù)需求集中部署或部分下沉（如圖1所示），實(shí)現(xiàn)更加靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，具體為應(yīng)用網(wǎng)關(guān)下移、協(xié)同就近轉(zhuǎn)發(fā)、流量本地終結(jié)、去中心化趨勢(shì)明顯。

圖1 5G核心網(wǎng)云化，按需下沉

2.2 基站架構(gòu)演進(jìn)

（1）架構(gòu)變化

5G時(shí)代對(duì)4G BBU與RRU功能進(jìn)行了重新切分，RAN劃分為AAU（Active Antenna Unit，有源天線處理單元）、DU（Distribute Unit，分布單元）、CU（Centralized Unit，集中單元）部分。CU功能靈活部署，可與DU共址部署，也可集中云化部署在X86服務(wù)器上。

目前3GPP已完成AAU與DU、DU與CU之間切分接口的標(biāo)準(zhǔn)化，BBU的部分物理層處理功能與原RRU合并為AAU，BBU非實(shí)時(shí)部分分割出來(lái)，重新定義為CU，負(fù)責(zé)處理非實(shí)時(shí)協(xié)議和服務(wù)，BBU剩余功能重新定義為DU，負(fù)責(zé)處理物理層協(xié)議和實(shí)時(shí)服務(wù)[2]，如圖2所示：

圖2 5G RAN功能重劃分

（2）5G新型前傳接口-eCPRI

在架構(gòu)演進(jìn)的基礎(chǔ)上，5G對(duì)基帶處理功能與遠(yuǎn)端射頻處理功能之間前傳接口進(jìn)行了新的定義。

4G時(shí)代前傳接口基于CPRI協(xié)議，5G時(shí)代在大帶寬、多流、Massive MIMO等技術(shù)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)下，傳統(tǒng)前傳CPRI接口對(duì)傳輸帶寬要求太高，根據(jù)計(jì)算，5G CPRI流量在低頻100 M/64T64R配置下將達(dá)到400 G，CPRI聯(lián)盟為此對(duì)前傳接口重新定義eCPRI標(biāo)準(zhǔn)，以降低帶寬要求，eCPRI接口（5G AAU與DU/CU間接口）預(yù)計(jì)最大采用25 G接口，支持以太封裝、分組承載和統(tǒng)計(jì)復(fù)用[3]。

2.3 5G架構(gòu)演進(jìn)對(duì)承載網(wǎng)影響

根據(jù)以上架構(gòu)的演進(jìn)，5G演進(jìn)過(guò)程中，對(duì)承載網(wǎng)帶來(lái)了以下變化：

1、 （1）無(wú)線核心網(wǎng)云化帶來(lái)流量流向的多元化，4G時(shí)代，業(yè)務(wù)流量只有S1、X2兩種類(lèi)型，且S1流向固定，5G時(shí)代還將出現(xiàn)DC間流量，S1流量根據(jù)核心網(wǎng)部署位置的不同，存在多流向，承載網(wǎng)需實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一承載。

2、 （2）5G RAN的部署方式，由于CU、DU功能的分離，帶來(lái)多種組網(wǎng)方式，包括傳統(tǒng)的D-RAN部署方式、BBU集中的C-RAN部署[4]方式及CU云化部署的Cloud-RAN（如圖3所示）。當(dāng)采用Cloud-RAN部署方式時(shí)，5G承載網(wǎng)被分割為前傳（Fronthaul，AAU到DU）、中傳（Midhaul，DU到CU）、回傳（Backhaul，CU到核心網(wǎng)）三部分。相對(duì)于4G承載網(wǎng)，5G承載網(wǎng)增加了中傳網(wǎng)絡(luò)。

圖3 RAN部署架構(gòu)

3 5G承載網(wǎng)關(guān)鍵需求分析

3.1 4G、5G關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比分析

承載網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)包括帶寬、時(shí)延、時(shí)鐘同步等關(guān)鍵需求，表1對(duì)4G、5G關(guān)鍵指標(biāo)需求進(jìn)行了對(duì)比：

表1 4G/45網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比

網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)

5G

4G

帶寬

5G低頻基站帶寬需求5 Gbit·s-1

（100 MHz、3cell@64T64R）

5G高頻基站帶寬需求20 Gbit·s-1

（800 MHz，3cell@2T2R）

150 Mbit·s-1—300 Mbit·s-1

（20MHz，3cell）

時(shí)延

eMBB業(yè)務(wù)：空口時(shí)延