基于C-RAN 的移动城域网5G 承载方案探讨

2020-05-27刘红卫

通信电源技术 2020年6期

于磊，陆欣，刘红卫

（宁波华讯通信服务有限公司，浙江宁波 315048）

1 5G 网络的发展分析

目前，5G 网络技术在通信网络建设中应用，其三大应用场景包括uRLLC（超高可靠与低时延通信）、eMBB（增强移动宽带）和mMTC（海量机器通信）。同时，这些通信网络建设场景领域对5G 网络技术的研究和应用仅处于刚刚起步的初期阶段。以eMBB 场景为例，其采用5G 网络技术进行有关通信网络建设主要集中在面向高清视频以及语音、互联网、视频电话、下载、UHD 3D 视频、VR 等方面的高网络传输速率以及高带宽业务进行优化与改进应用，并且随着其在该场景领域中的应用发展，逐渐向uRLLC场景及其有关内容建设层面过渡，以实现5G 网络支持下的面向远程医疗与自动驾驶、人工智能、智慧工厂等具有低时延与更高可靠性的通信网络组建需求特征的领域发展，然后在其各项技术逐步发展成熟情况下，最终实现向mMTC 场景领域延伸，从而实现面向监控与传感器、智慧城市等具有低功耗与高连接密度业务特征的发展方向转变[1]。

2 基于C-RAN 组网方式的5G 网络架构分析

C-RAN 组网技术是一种以集中化处理和协作式无线电、实时云计算架构等为基础的绿色化无线接入网络结构技术。结合当前对基于C-RAN 的5G 通信网络构建及研究情况，采用C-RAN 组网技术进行5G 通信网络组建中，对5G 网络中的BBU 功能需要进一步划分成DU 与CU 等不同功能模块，从而在其网络通信传输过程中对处理内容的实时性差别上实现有关功能的有效区分。其中，DU 功能模块主要针对物理层功能与实时性需要两个功能层进行有关内容处理，而CU 功能模块则是针对非实时性无线高层协议栈功能进行有效处理和支持。针对5G 网络中对BBU 功能的划分与设置情况，在实际设计应用中为实现DU 与AAU 之间传输资源的有效节省，在其功能结构设计中还可以将部分的物理层功能上移至AAU 中进行设计和实现，以对其各功能结构的设置需求进行满足[2]。

基于C-RAN 的5G 网络整体架构中，主要包含前传、中传与回传等不同网络模块，且各结构模块之间的相互作用和影响十分密切，对整个5G 网络的通信传输性能及其网络组建效果都有着重要的影响。基于C-RAN 的5G 网络中，其前传网络结构模块主要是指DU 至AAU 结构部分，而DU 至CU 结构部分则属于中传网络模块，其整体结构分为AAU、DU 和CU 三个不同网络结构层。而与5G 网络不同的是，4G 通信网络中，C-RAN 组网方式下的网络架构主要包含BBU 与RRU两个不同结构层。

3 基于C-RAN 的5G 网络传输承载需求分析

结合基于C-RAN 组网方式的5G 通信网络及其架构分析，对5G 网络的传输承载技术需求，和当前的4G 网络传输承载也存在一定的区别。首先，在网络传输所需要承载的带宽需求方面。由于当前移动通信网络建设中，是以连续广域覆盖场景作为其网络覆盖与通信传输的基本场景和形式，并且在其网络通信与传输中需要进行高于100 Mb/s 的用户带宽体验速率提供；对一些具有更高热点容量的局部通信区域，用户对网络通信数据传输的带宽体验速率要求更高。根据这一情况，对5G 通信网络下的网络传输承载带宽需求则更高。

其次，在对5G 通信网络的智能化需求方面。由于5G 网络技术支持下的通信网络构建是以SDN 为基础技术进行建设实现的，其在进行网络控制与转发时需要满足其有效分离需求，并且对其控制能力的灵活性、开放性以及智能化水平要求较高。根据这一情况，在对网络传输的承载能力设计和分析中，就需要从其业务网络的开放结构设计等方面，对其网络传输的承载需求进行设计和分析，从而对其网络传输中的网络分片以及多域协同等功能需求进行支持，同时还需要从网络传输的数据业务差异化需求等层面，对其进行设计考虑，以促进其网络数据业务的整体部署效率提升，真正推动5G 网络构建和应用实现[3]。

最后，对5G 通信网络的低时延、高可靠性等网络传输承载需求设计中，则应从现阶段的工业控制以及车联网等垂直行业领域出发，在进行有关网络构建过程中，对其网络传输时延以及可靠性的更高要求进行设计分析和考虑。进行5G 通信网络设计及其网络传输承载方案分析中，就需要所设计构建的传输承载网不仅能够实现极低的传输时延与处理时延要求，而且对其更为严格的频率同步以及时间同步、极强故障恢复能力需求进行满足。

结合基于C-RAN 组网方式的5G 通信网络架构及其传输承载需求分析，在具体的传输网络组建与设计中，一般需要从前传和中传、回传等方面对其传输承载网络进行合理设计和组建。其中，在进行5G 网络的前传承载设计中，多需要采用光纤直连以及有源/无源WDM 组网结构对其传输承载网络的具体结构形式进行设计，从而对5G 网络中前传的较大带宽及快速开通需求进行满足。此外，在进行5G 通信网络的传输承载需求分析与设计中，则需要结合5G 时代的网络通信与传输承载特征，从5G 网络的较高前传传输需求以及光纤、管道等基础资源要求出发，进行合理的设计方案制定，以确保其设计方案的可行性与合理性。

4 基于C-RAN 的移动城域网5G 承载方案具体设计分析

首先，在进行5G 网络的前传承载方案设计中，应对其前传接口的网络传输与承载要求进行明确。需要注意的是，与4G 通信网络不同，5G 网络的前传接口采用Etherent/eCPRI 接口形式，并且其接口带宽一般设置为25 Gb/s；前传接口在5G 网络的通信传输运行中，对时延以及分组丢失、时间精度等要求均比较严格。因此，需要在实际设计中避免采用分组化的以太网接口设计，以控制其网络设计中因带宽和天线数的解耦导致整个网络前传接口的带宽幅度明显降低。此外，由于5G 网络的组网设计中，与4G 网络不同，它不是以回传为主，而且通过将网络前传、中传及回传等不同网络单元进行并重设计，同时确保5G 网络前传接口的eCPRI 带宽为25 Gb/s，因此，导致其网络接入层所面临的问题和挑战均比较大，对面向5G 网络的接入层设备的客户接口设置要求为10GE/25GE，而网络接口的带宽应大于25 Gb/s。

结合对5G 网络前传接口传输指标及其要求的分析，在进行5G 网络前传组网传输方案设计中，本文共设计了光纤直连、彩光+无源WDM 及FO 承载三种不同的组网连接方案，并对各方案在实际设计应用中的特点、优势进行相互对比。结果显示，采用光纤直连方式进行5G 网络前传组网设计，其具体连接与操作虽然比较简单，但在光纤资源消耗方面的问题较为突出，因此在密集区域与光纤资源较为匮乏的区域，其设计应用可行性较低。而彩光+无源WDM 的5G 网络前传组网连接方式在实际设计应用中，虽然能够实现较好的光纤资源节约效果，并且其网络建设的成本较低，但受25 Gb/s 彩光模块中所存在的产业链问题局限影响较为突出，同时由于其无源波分波道的数量有限，在实际设计与应用中推广较为困难。最后，采用FO 承载方案进行5G 网络前传设计，不仅进行组网建设的方式较为灵活，而且对光纤资源的消耗和占用较少，但是其对投资建设成本的要求较高，同时在网络建设中对机房电源配套等要求也比较高。此外，结合当前采用FO 承载方案进行5G 网络前传组网设计与应用的实际情况，其在网络承载能力方面，能够通过线路侧进行100 Gb/s 的带宽速率提供，同时在客户侧能够实现10多个自适应业务端口提供，因此在实际设计与应用中需要结合其带拉远站数量对FO 承载方案进行合理选择和设计应用。图1 为三种方案的具体组网连接示意图。