解析5G光传送网技术

5G商用，承载先行。日前，中国电信正式对外发布了《5G时代光传送网技术白皮书》。该白皮书针对未来5G业务和网络架构的变化，清晰的描述了未来5G承载技术，非常值得一读，小编一边在学习的时候，顺便就把它编辑了出来，供大家一起学习。

1 5G网络构架对承载网构架的影响

1.1 5G分离的RAN构架

相对于4G LTE接入网的BBU和RRU两级构架，5G RAN将演进为CU、DU 和 AAU三级结构。

 

CU：原BBU的非实时部分将分割出来，重新定义为CU（Centralized Unit，集中单元），负责处理非实时协议和服务。

AAU：BBU的部分物理层处理功能与原RRU合并为AAU （Active Antenna Unit，有源天线处理单元）。

DU：BBU的剩余功能重新定义为DU（Distribute Unit，分布单元），负责处理物理层协议和实时服务。

这样，RAN分离后，承载网也就分成了三个部分：前传、中传和回传。

前传（Fronthaul）：AAU和DU之间。

中传（Middlehaul）：DU和CU之间。

回传（Backhaul）：CU 以上。

 

其中，有一种5G部署与4G类似，采用CU和DU合设的方式，只有前传和回传，主要为了降低时延，如上图(b)。

1.2 核心网云化和下沉

为了满足5G网络的灵活性和低时延、降低回传负担，核心网下沉和云化成为必然趋势，并引入MEC（移动边缘计算），组成更加分布式的构架。

 

原先的EPC拆分成New Core和MEC两部分：New Core将云化部署在城域核心的大型数据中心，MEC部署在城域汇聚或更低的位置中小型数据中心，两者间的云化互联需要承载网提供灵活的Mesh化DCI (Data Center Interconnect,数据中心互联) 网络进行适配。

MEC将分担更多的核心网流量和运算能力，其数量会增加；而不同业务可能回传归属到不同的云，因此需要承载网提供不同业务通过CU归属到不同MEC的路由转发能力。而原来基站与每个EPC建立的连接也演进为CU到云(MEC)以及云到云(MEC 到 New Core)的连接关系。

 

如上图所示，5G核心网云互联的三种类别包括：

(1)MEC间互联：包括终端移动性所引起的MEC交互流量、UE所属MEC发生变化、V2X等应用保持不切换而产生的与原MEC交互的流量、用户到用户的MEC直通流量等。

(2)MEC与New Core的互联：包括MEC未匹配业务与New Core的交互流量、 New Core和MEC控制面交互的流量、MEC的边缘CDN回源流量等。 

(3)New Core间的互联：体现为核心云DC之间的互联流量的一部分。

基于上述MEC、NewCore间的网络互联需求，核心网下移将形成两层云互联网络，包括：New Core间及New Core与MEC间形成的核心云互联网，以及MEC间形成的边缘云互联网。其中，边缘的中小型数据中心将承担边缘云计算、 CDN等功能，如下图所示。

 

 

 

2 5G承载网需求分析

2.1 大带宽需求

由于采用高频段、更宽频谱和新空口技术，5G基站带宽需求大幅提升，预计将达到LTE的10倍以上。下表为典型的5G单个S111基站的带宽需求估算：

 

 

以一个大型城域网为例，5G基站数量12000个，带宽收敛比取 6:1。核心层的带宽需求在初期就将超 6T，成熟期将超过17T。因此，在5G传送承载网的接入、汇聚层需要引入 25G /50G速率接口，而核心层则需要引入100G及以上速率的接口。

 

2.2 低时延需求

3GPP 等相关标准组织关于5G时延的相关技术指标如下表所示。

 

为了满足5G低时延的需求，光传送网需要对设备时延和组网架构进行进一步的优化：

1) 在设备时延方面：可以考虑采用更大的时隙(如从 5Gbps 增加到 25Gbps)、减少复用层级、减小或取消缓存等措施来降低设备时延，达到1us量级甚至更低。

2) 在组网架构方面：可以考虑树形组网取代环形组网，降低时延。

下图所示为一个典型的8点环。显然，环形组网由于输出节点逐一累积传输时延，因而要求设备单节点处理时延必须大幅降低，且要保证不出现拥塞。而树形组网只要考虑源宿节点间的时延累积，可大力提升网络对苛刻时延的耐受性。

 

 

 

2.3 高精度时间同步需求

5G承载的第三关键需求是高精度时钟，根据不同业务类别，提供不同的时钟精度。5G同步需求包括5G TDD(Time Division Duplex,时分双工)基本业务同步需求和协同业务同步需求两部分。

1) 从当前3GPP讨论来看，5G TDD基本业务同步需求估计会维持和4G TDD基本业务相同的同步精度+/-1.5us。

 

2) 高精度的时钟同步有利于协同业务的增益，