5G时代传统宽带网络面临的机遇与挑战

2019-02-13吴侠

数字通信世界 2019年6期

吴侠

（广东南方电信规划咨询设计院有限公司，深圳 518038）

5G是指第五代的移动通信技术，从移动通信发展上看，其从第一代模拟技术一直发展为4G技术，人们步入了无线宽带时代。而在5G时代中，人们能够享受到更好的服务，其延时率能够达到毫秒级，下载高清电影只需几秒钟，这极大威胁了宽带网络的地位。因此分析5G时代传统宽带网络面临的机遇与挑战十分必要。

1 5G网络阐述

1.1 发展现状

近几年，5G网络得到了快速的发展，并进行了一系列的使用。相比于现阶段人们所使用的4G网络，5G网络的传输速率及通信速率得到了极大的提升，移动通信从2G、3G、4G发展到5G，实际上已经是整个信息通讯领域大革命时代的到来。5G包括了各类无线、网络及IT技术的融合和集成，不同于以往的移动通信换代，5G不仅是技术变革，更是产业融合、跨界拓展和生态重构的新机遇，充满想象空间[1]。

在5G时代，需要利用网络切片，使用SDN/NFV等技术；对于无线网而言，要做到CU/DU及DU/AAU等分离，同时要重新构建白盒与G传送承载网等。与此同时，中国联通也在积极试点运行5G，紧紧抓住2020年的商用时间点，对eMBB应用打造出了一个全新的视频新生态，同时在上海建立起了eMTC网络，并且此网络是现阶段全球最大的eMTC网络。

1.2 主要技术

在5G网络下，高频传输技术是此网络中的核心技术。当下，人们所使用的4G网络，其频率大概在3GHz以下。由于我国网络用户的需求量逐渐增多，人们使用力度的增强，使网络传输量急速上升，现阶段4G网络频段无法满足人们的使用需要。为了满足人们的大量网络传输需求，5G网络需要提升至现在的10倍以上，只有这样，才能够符合人们日益增加的网络传输量。但是提升网络频率不是5G时代所要达到的目的，其最终目的是传输效率具有较高的稳定性。

除此之外，5G网络还要具有较强的干扰能力，其所需抵抗的干扰既有人为因素，同时也带有外界恶劣环境对其造成的影响。在网络虚拟化问题上，国外研究的较早，并且已经形成了软件定义网络与网络虚拟功能两种。而我国在此问题研究上处于初始阶段，通过此项研究，不但可以降低运营商的成本，研发更多高新技术，同时还能够为人们提供便利提高了运营商在系统上的升级、维护及售后处理等效率。对于现代科技公司而言，云服务不仅是重要技术手段，同时还是当下社会急需的一种网络功能，其需要上百个网络服务器的支持。公司规模越大，其平台就越广，云计算具有的超强计算能力及数据存储力，能够使公司投入少量的资金获取更多的回报，从而加强数据管理效率。在未来，人们的生活会与云计算之间产生紧密的关联，同时5G网络也能够在云计算上得到更好的发展。

1.3 重要作用

首先，可以减少投入成本，提高工程建设效率。有关学者指出，在城市建设过程中，未来的5G网络会使用厘米波与毫米波相结合的方式进行网络建设，与现在物理基站相比，其每平方公里的覆盖密度会高出几倍，所覆盖面积下的光纤连接数会增至几十，甚至上百；固网的FTTH所覆盖的用户会达到上千，其光纤连接数会增至几千，甚至上万，由此可知，在未来FTTH光纤连接密度为5G的10倍以上，现存的FTTH光纤也完全有能力接受并容纳5G。据相关测算，采取固移共享方式可以使运营商减少50%左右的投资成本[2]。

其次，具有良好的扩展性。5G用户数量逐渐增多，流量消耗数目的增加以及新业务应用率的提升，使得5G网络下的无线网容量需要逐渐扩大，而在PON技术下的FTTH具备良好的升级能力与长期演进，相对与4G网络，其能够在同一光纤上提供超过几十倍的容量空间。

然后，服务质量较高。有关学者表示FTTH拥有较高质量的QoS能力，可以有效支持语音、视频及数据业务，能够为5G业务提供全面支持。

最后，实现同步部署，方便且高效。5G网络需要在分组及物理层同步的基础上进行发展，但是在实际网络中，一般不存有可以接入的外部时钟，又或是成本过高；而使用PON技术能够有效解决以上问题，此技术不仅具备可适配的独特架构，同时还具有可以调控的同步算法。

2 5G时代传统宽带网络面临的机遇

2.1 从光纤上看

根据有关预测及分析，按照现有的3.5GHz频段而言，因为其频段较高且覆盖率差，所以此频段会与1.8GHz频段相差14dB，并且其基站数量会是1.8GHz频段的两倍左右，若是再考虑毫米波的影响，其基站数量还会不断增加。这说明如果5G网络基站光纤数量为4G网络的两倍，那么5G网络的基站建设会使用更多的光纤，其使用空间会高达几亿公里以上。另外，根据工信部所发布的数据来看，我国有限网络的覆盖率已经达到了88%，并且三大运营商的网络用户总数已高达3.84亿，由于5G网络的频率较高，基站覆盖面积小但成本高，若是想要达到更高的覆盖率与用户数量，需要经过更多年的经营及布局。因此，对于传统宽带网络来说，5G时代的来临并不会将其完全替代。

2.2 从光模块上看

与以上假设一致，若是5G网络的基站按照三扇区进行考虑，并且对网路架构以大、大集中于不集中进行考虑，5G网络能够承受千万级的高速光模块的用量，其速度可达25/50Gb/s。若是想要我国数据中心拥有更大的存储及发展空间，高速光模块的用量会持续增加。

2.3 从接入网系统上看

在5G网络新架构下，回传容量与前传容量会被扩大几十倍，甚至上百倍的Gb/s量级，不仅需要引进25/50Gb/s无源WDM，同时还要引进有源的WDMOTN/M-OTN、SPN与WDMPON，此些技术的引用，需要大量的可调激光器、WDM以及高速光模块。除此之外，eCPRI系统会变为底层接口主导技术，并且还要使用FlexE接口能够支持的网络切片，与EVPN、SR等简化控制协议，从而提升调度的灵活性[3]。值得一提的是，使用SDN架构能够有效实现业务的自动化及调整的灵活性。

2.4 从 FTTH 上看

随着5G时代的悄然来临，一些业内的学者开始思考5G网络是否会取代FTTH网络，相关专家指出，5G网络并不会将FTTH网络取代掉，反而会为FTTH网络带来更多的发展机遇。具体解释为，5G网络的频谱较高且穿墙能力不强，就连毫米波信号都无法传统外墙，更不用提达到个人用户家庭内部。所以，在5G时代，为了能够实现有效穿透能力，需要布置能够进入用户家庭内部ONT中的FTTH网络。可以说，利用WiFi为用户提供网络支持的方式可能依旧会占据主导位置。

除此之外，5G时代的来临，也使得城域网及骨干网扩大了其容量，得到了有效的升级。据猜测，5G流量在城域网中会逐渐别进固网流量，而其在骨干网中的流量占比会得到大幅度的提升。与此同时，光网与IP网同样需要扩大容量并升级，此时意味着，光网2.0时代开始新的发展。

3 5G时代传统宽带网络面临的挑战

因为5G的传输速率较高、频段较高，所以对于光纤网络容量及连接密度提出了更高的要求，并且一些业务还需要较低的延时率。与此同时，5G网络出了连接上会对光纤造成挑战，同时在网络结构、拓扑结构、传输媒质以及功能等都发生了重要的变化，这表示了在5G时代，光纤设施需要面对众多挑战。

有关学者指出，光纤设施所面对的挑战大致分为两种，一是5G标准架构下引入了先进的运化网络架构与新接口，这需要光纤网络要按照4G网络延时率的对10倍4G速率予以支持，这对宽带网络造成了巨大的压力。二是5G时代，为了确保网络经济具有较强的可行性，需要光纤网络由架构至技术进行全面创新，进而对日益增长的光纤设施成本进行良好的控制。很显然，最能够有效控制其成本增长的方式就是对现存FTTH光纤设施进行充分利用，包括其机房机柜、光缆、管道管孔、ODN以及光纤等，从而实现固话移动资源的共享。

此外，中国电信在光网络建设中已经进入了2.0时代，其标志着传输链路实现了光纤化，并朝着400Gb/s进行发展；接入网线也已实现部分光纤化，并正在逐步推进线段光化。而中国联通400WDM的骨干网已经用于商用，且G.654.E光纤已被正式商用。中国移动也在努力的实现全光网部署，其每年都会集采大量的光纤光缆。此些举措为宽带网络带来了一些挑战。