中國移動5G前傳承載方案探討

摘要：5G已蓄勢待發(fā)，中國移動5G的中回傳解決方案已基本確定，但對于5G前傳的承載方案尚未進(jìn)行深入研究，為此就前傳提出幾種解決方案，并分析其優(yōu)劣和應(yīng)用場景分析，為后期5G前傳網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供參考。

1 背景

5G已蓄勢待發(fā)，中國移動也開始了5G的現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)測試。5G的架構(gòu)相比4G有較大變化，如圖1所示：

圖1 4G與5G結(jié)構(gòu)對比示意圖

5G時代的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相比4G有所調(diào)整，重構(gòu)為AAU-DU-CU-核心網(wǎng)四部分，相應(yīng)的承載也分為三段：AAU-DU間稱為前傳，DU-CU間稱為中傳，CU-核心網(wǎng)間稱為回傳。對于中回傳段落，目前中國移動已經(jīng)基本確定其承載方案，但前傳解決方案直接影響未來機(jī)房、電源、管線等的規(guī)劃和建設(shè)，因此，有必要在5G正式商用之前進(jìn)行前傳方案的研究和探討。

2 前傳的幾種解決方案

5G前傳目前公認(rèn)的接口類型有CPRI接口和eCPRI接口兩種，其中CPRI接口速率為100GE，eCPRI接口速率為25GE，有以下幾種解決方案：

2.1 方案一：光纖直驅(qū)

前傳中CPRI和eCPRI接口一般的傳輸距離控制在10公里內(nèi)，因此可在BBU/DU與每個AAU的端口間全部采用點(diǎn)到點(diǎn)光纖直連。

該方案簡單易行，可滿足前傳承載需求。根據(jù)調(diào)研，目前各個無線設(shè)備廠家一個5G基站前傳需要2-12芯，一個BBU/DU考慮收斂10-20個AAU考慮，則需要消耗大量光纖資源，BBU/DU側(cè)光纖管理要求高，出口的管道、光纜資源成為此方案的瓶頸。從技術(shù)方案上來看，也可以通過AAU級聯(lián)來減少光纖資源的消耗，同時無線側(cè)設(shè)備通過前傳信號自身可完成光纖直驅(qū)線路的保護(hù)、OAM和網(wǎng)絡(luò)管理。因此，該方案的特點(diǎn)是部署成本比較低，但受限于末端光纖資源，適用于光纖資源豐富和BBU/DU小規(guī)模集中場景。

結(jié)合中國移動的實際網(wǎng)絡(luò)情況，大部分應(yīng)用場景中現(xiàn)網(wǎng)光纖資源無法滿足5G前傳光纖資源需求，需要新建光纜，新建光纜時宜采用大芯數(shù)環(huán)網(wǎng)架構(gòu)（類似綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)的主干光纜網(wǎng)），如圖2所示，根據(jù)規(guī)劃接入AAU數(shù)量選用144-288芯光纜，在每個節(jié)點(diǎn)終端12-24芯光纖，并通過聯(lián)絡(luò)光纜與匯聚機(jī)房相連。采用此部署方式，可避免BBU/DU機(jī)房大量小芯數(shù)光纜集中，對管道造成極大壓力；此方式要求提前對部署節(jié)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測并進(jìn)行大芯數(shù)光纜部署。

圖2 前傳光纜網(wǎng)建設(shè)方案示意圖

但在實際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時，AAU的建設(shè)是逐步進(jìn)行，采用大芯數(shù)光纜環(huán)形組網(wǎng)仍存在一定的不確定性，也可采用星型光纜連接，為避免對機(jī)房出口管道的影響，可在BBU/DU機(jī)房出口部署大芯數(shù)光纜、在機(jī)房附近設(shè)置光纜分纖點(diǎn)方式，將大芯數(shù)光纜分成多條小芯數(shù)光纜，再按需連接至各個AAU。

2.2 方案二：WDM/OTN

對于現(xiàn)有光纖資源有限、且新建光纜有困難時，也可采用WDM/OTN方案。

（1）WDM承載方案

WDM技術(shù)已經(jīng)非常成熟，采用無源合分波+彩光直驅(qū)方案，BBU/DU和AAU上的光模塊分別采用帶波長的彩光模塊，在BBU/DU前端配置光合分波器OMD，AAU節(jié)點(diǎn)配置光分插復(fù)用器OAD，采用WDM技術(shù)，可以大幅節(jié)約光纖資源的消耗。WDM設(shè)備對前傳業(yè)務(wù)采用純透傳處理，因而對時延特性影響極為有限。缺點(diǎn)在于：彩光光模塊會對AAU基站管理提出新的要求，無法采用信號復(fù)用技術(shù)提高波長利用率，業(yè)務(wù)的OAM管理功能有限。另外，每個BBU/DU與AAU波長連接在物理上是點(diǎn)對點(diǎn)的連接，因此功率預(yù)算是彩光直驅(qū)需要考慮的關(guān)鍵問題。目前CCSA正在討論制定“城域接入型波分復(fù)用（WDM）系統(tǒng)技術(shù)要求”，使其更適合無線基站前傳需求。

該方案要求BBU/DU與AAU間很好地規(guī)劃彩光波長，因此在實際部署和維護(hù)管理中相對復(fù)雜。

（2）OTN承載方案

為減少AAU和BBU/DU間波長規(guī)劃，也可通過OTN方式承載。接入OTN設(shè)備客戶側(cè)，映射和復(fù)用成高速的OTN信號并轉(zhuǎn)換成彩光接口，進(jìn)行波分復(fù)用后在一根或一對光纖中傳輸，大幅節(jié)省光纖資源。

該方案采用OTN技術(shù)進(jìn)行信號復(fù)用還可以提高波長利用率，利用OTN開銷字節(jié)提供更豐富的OAM功能和故障診斷能力，并可以支持網(wǎng)絡(luò)保護(hù)，同時AAU和BBU/DU設(shè)備不需要彩光光模塊，避免了無線設(shè)備進(jìn)行波長分配和管理的復(fù)雜性。組網(wǎng)方面比較靈活，可支持環(huán)形、樹形和MESH型等多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

但采用OTN承載方式需要考慮到其不足之處：OTN設(shè)備是有源的，在前傳的場景中，絕大多數(shù)是無機(jī)房的應(yīng)用，小型化的OTN設(shè)備需要采用工業(yè)級器件，增加溫控能力，考慮更為嚴(yán)苛的環(huán)境應(yīng)用和復(fù)雜的安裝條件；另一方面，傳統(tǒng)OTN設(shè)備的成本較高，如果規(guī)模部署，OTN設(shè)備用量巨大，相關(guān)功能采用ASIC實現(xiàn)，可以大幅降低設(shè)備成本。

隨著大顆粒集客、家寬上聯(lián)等業(yè)務(wù)需求，中國移動OTN也在逐步向邊緣下沉，此時共用OTN可以進(jìn)一步攤薄成本，并適應(yīng)未來大業(yè)務(wù)量發(fā)展。

2.3 方案三：WDM-PON

PON星型組網(wǎng)結(jié)構(gòu)契合5G前傳需求，是一種比較合適的解決方案，但由于WDM-PON技術(shù)不夠成熟，因此目前采用PON做前傳是考慮比較少的方式，在滿足5G前傳時，WDM PON需要具有以下特點(diǎn)：

（1）線路速率0.6~10GBps，單PON口支持多速率，用戶側(cè)支持多種接口類型。由于中國移動部分LTE基站也采用拉遠(yuǎn)方式，5G建設(shè)初期基本與LTE同站址，因此存在多種制式基站共站址方式，此時要求WDM-PON具備多速率承載的能力，在同一個PON口下，不同波長可以對應(yīng)不同的傳輸速率，以滿足不同無線制式基站承載的要求。

（2）傳輸距離10~40km。CPRI接口一般傳輸距離要求不小于10公里。根據(jù)中國移動實際網(wǎng)絡(luò)情況和BBU/DU集中規(guī)模，城區(qū)BBU/DU-AAU間的光纜傳輸距離一般在4公里以內(nèi)；農(nóng)村地區(qū)BBU/DU-AAU間的光纜傳輸距離一般在10公里以內(nèi)。

（3）傳輸時延