3GPP(3rd Generation Partnership Project)提出了5G網(wǎng)絡的無線接入網(wǎng)(RAN)和核心網(wǎng)的新架構，與LTE網(wǎng)絡有較大的區(qū)別，RAN網(wǎng)絡的功能重新劃分及部署方式對承載網(wǎng)絡的架構將產生較大影響，而5G網(wǎng)絡的三大應用場景對網(wǎng)絡性能要求的巨大差異，推動核心網(wǎng)切片及分布式部署，也對承載網(wǎng)的架構和性能有較大影響。

本文從承載網(wǎng)絡的視角，對比LTE網(wǎng)絡架構，對5G網(wǎng)絡的架構特點和部署特點進行分析，提出了5G網(wǎng)絡設備、部署方式等存在的不確定性，以及這些不確定性對承載網(wǎng)的影響。

2 5G網(wǎng)絡架構特點

5G網(wǎng)絡架構無論是RAN部分還是核心網(wǎng)部分，都與LTE網(wǎng)絡有較大的區(qū)別，以下分別從承載網(wǎng)絡的視角對LTE和5G的網(wǎng)絡架構進行分析比較。

2.1 LTE網(wǎng)絡架構特點

LTE RAN網(wǎng)絡主要由2個網(wǎng)元組成，分別是RRU和BBU，如圖1所示：

圖1 LTE網(wǎng)絡架構示意圖

(1)每個RRU與一個BBU相連，RRU間沒有直接連接;

(2)BBU之間的切換可以利用S1接口經核心網(wǎng)(EPC)實現(xiàn);也可經BBU間的X2接口實現(xiàn)[4]。在實際LTE網(wǎng)絡中基站間的切換主要通過S1接口，以簡化網(wǎng)絡的部署[3]。

根據(jù)CPRI接口規(guī)范，RAN部署方式有兩種：1)分布部署方式，BBU和RRU部署在同一站點，前傳屬于站內連接;2)集中部署方式，BBU和RRU部署在不同的站點，前傳屬于站間連接。這兩種方式都有比較廣泛的應用。

LTE核心網(wǎng)主要包括MME和S-GW兩類網(wǎng)元，國內運營商多采用按省集中部署的方式。

2.2 5G網(wǎng)絡架構特點

5G RAN網(wǎng)絡主要由3個網(wǎng)元組成，分別是AAU、DU、CU，如圖2所示：

圖2 5G網(wǎng)絡架構示意圖

(1)DU以星型方式連接多個AAU(也稱為“前傳”)，AAU間沒有直接連接需求，AAU和DU之間采用eCPRI接口。

(2)CU以星型方式連接多個DU(也稱為“中傳”)，DU間沒有直接連接需求，DU和CU間采用以太網(wǎng)接口。

(3)基站間的切換等功能通過CU間的Xn接口實現(xiàn)[7]。

5G網(wǎng)絡RAN的部署方式主要有三種，如圖3所示：

(1)分布式RAN (2)DU/CU集中RAN (3)DU、CU分別集中RAN

圖3 5G RAN的三種部署方式

(1)分布式部署：AAU、DU和CU部署在相同的站點，前傳和中傳都屬于站內連接。

(2)DU/CU集中部署：AAU與DU/CU部署在不同的站點，DU/CU集中部署在同一站點，前傳屬于站間連接，中傳屬于站內連接。

(3)DU和CU分別集中部署：AAU、DU、CU均在不同的站點，前傳、中傳都屬于站間連接。

5G的核心網(wǎng)主要包括控制面(CP)和用戶面(UP)兩類網(wǎng)元：

(1)控制面(CP)采用云化集中部署，對時延的要求為10 ms[8]，流量也不大，國內運營商選擇按省集中部署的方式可能性比較大。

(2)用戶面將采用根據(jù)業(yè)務特點切片部署的方式[2]，根據(jù)不同類型的業(yè)務的功能、性能等進行網(wǎng)絡切片，并分別進行部署，不同切片部署在網(wǎng)絡的不同層級。

2.3 LTE和5G網(wǎng)絡架構主要差異分析

LTE和5G網(wǎng)絡架構的主要差異如表1所示。相比于LTE網(wǎng)絡，5G網(wǎng)絡部署方式更加多樣化，這種多樣化的部署方式對實際網(wǎng)絡部署，存在較大的不確定性。

表1 LTE和5G網(wǎng)絡架構

3 5G網(wǎng)絡架構的不確定性及其對承載網(wǎng)的影響

5G網(wǎng)絡的架構已經明確，典型5G網(wǎng)絡部署的結構示意如圖4所示，但落實到設備和部署策略上還有較多的不確定性。

圖4 5G網(wǎng)絡部署結構示意圖

3.1 5G的前傳要求與LTE兼容

國內運營商在LTE階段普遍采用BBU小規(guī)模集中部署的方式，這種方式大大降低了網(wǎng)絡部署成本，包括基站機房、電源、傳輸設備等，已經成為國內運營商LTE網(wǎng)絡建設的發(fā)展趨勢。在5G階段，運營商將會繼續(xù)采用DU集中部署的方式。

CPRI接口規(guī)范定義的前傳距離不小于10 km[5]。eCPRI網(wǎng)絡規(guī)范[6]沒有明確前傳的目標距離，但定義了前傳的單向傳輸時延應小于100 μs，折算成在光纖上的傳輸距離應小于20 km。這兩者的目標距離比較接近。國內運營商在LTE階段較多地采用BBU小規(guī)模集中部署的方式，BBU-RRU間的距離普遍小于10 km。當5G網(wǎng)絡采用圖3所示的方式(2)、(3)，進行DU集中部署時，DU集中的站點位置與LTE BBU集中的站點位置相同，現(xiàn)有LTE的前傳光纜網(wǎng)絡可以利用。前傳的距離小于10 km，可以利用比較成熟的10 km標準的25 Gbit/s光接口，網(wǎng)絡成本也比較低。

但工信部確定的5G網(wǎng)絡工作頻率是3.3 GHz—3.6 GHz和4.8 GHz—5.0 GHz頻段[9]，遠高于LTE的2.1 GHz/2.6 GHz頻段，因此5G基站的密度預計將是LTE基站的1.5倍左右，運營商在5G部署時期采取何種部署策略(熱點部署、區(qū)域性連續(xù)覆蓋等)，對前傳光纜網(wǎng)絡的影響較大，若采用連續(xù)覆蓋部署的方式，運營商需要大量建設基站接入光纜。

3.2 CU/DU分離部署的不確定性

3GPP提出了CU/DU的分離功能架構，運營商也希望CU能夠在更高層面部署(如本地網(wǎng)的匯聚節(jié)點，甚至核心節(jié)點)，簡化基站間協(xié)同的組織，提高協(xié)同效率，同時實現(xiàn)CU與DU的解耦。

目前設備供應商尚不能提供商用化的CU和DU設備，CU和DU是否能夠實現(xiàn)分離部署、設備的容量和能力均不確定。

CU、DU能否分離部署將影響到在承載網(wǎng)絡上是否存在中傳段，基站間的連接數(shù)將會有上百倍的差異，對承載網(wǎng)絡的結構和路由能力有較大的影響。例如：一個典型城市的匯聚節(jié)點數(shù)量約30個，POP點的數(shù)量約300個。若CU部署在匯聚節(jié)點，DU到CU的連接是匯聚型連接，CU間的連接是分布式連接，CU間全mesh連接需要的連接數(shù)為435個，在本地承載網(wǎng)的核心匯聚層采用IP網(wǎng)絡技術，這種連接是比較容易滿足的。若CU部署在POP點，所有POP點間CU分布式連接的數(shù)量將達到4.5萬個;若每個基站都單獨部署CU功能，CU間的連接數(shù)量將會更大。這將要求本地承載網(wǎng)的邊緣層也必須采用IP網(wǎng)絡技術，并且要具有很強的路由能力。

因此，從承載網(wǎng)的角度，也支持CU集中部署。根據(jù)上述典型城市的網(wǎng)絡結構特點，平均每個匯聚點匯聚的基站數(shù)量在100~200個之間，CU可帶的基站數(shù)量應在200個左右。

3.3 DU的不確定性

5G網(wǎng)絡標準提出了DU設備池組化的目標，運營商希望采用DU池組化集中部署的方式，將來自多個基站的業(yè)務匯聚后統(tǒng)一傳到CU上，可大大提高DU的效率，也有利于基站間協(xié)同策略的部署。但DU設備是否能夠池組化還不明確，目前廠商能夠提供的DU設備基本上還是每個基站一個DU，即便DU集中在一起，也是多臺DU設備的堆疊，無法做到基帶資源的共享。DU是否池組化，對中傳的技術方案的選擇將有較大的影響：

(1)池組化DU能夠帶的基站數(shù)量：運營商希望一個POP點的DU池能夠將POP點覆蓋的基站全部帶起來，根據(jù)3.2節(jié)的典型城市POP點分布，平均每個POP點帶的基站數(shù)量在10~20個之間(30~60個AAU)，因此DU池應能夠帶20個左右的基站，或者可分成多檔(比如5、10、20三檔)，根據(jù)不同POP點的覆蓋范圍，選擇不同的DU池。但現(xiàn)在只有個別廠商有池組化的DU產品路標，池組化DU的容量目標業(yè)界尚未達成共識。

(2)DU中傳接口的速率和數(shù)量：若DU能夠池組化，一個帶20個基站的DU池僅需2個25 Gbit/s的中傳接口，將來自多個基站的業(yè)務匯聚收斂后統(tǒng)一傳到CU上，每個中傳接口的終期帶寬利用率可達到60%以上。若DU不能池組化，每個DU僅能夠帶幾個AAU(3~6個)，每個DU至少需要一個10 Gbit/s中傳接口，終期的帶寬利用率將會在30%左右，該端口無法利用中傳業(yè)務統(tǒng)計復用的特點，提高帶寬利用率。DU中傳端口數(shù)量將是池組化DU的10倍，中傳的成本將遠高于池組化DU方式。

從承載網(wǎng)的成本考慮，DU池組化對帶寬進行匯聚和收斂是非常有價值的。

3.4 CU的不確定性

CU容量的大小決定了CU的數(shù)量和部署的位置，對承載網(wǎng)的性能需求也有較大的差異。3.2節(jié)提出每個CU應能夠匯聚200個左右基站的業(yè)務，但業(yè)界尚未就CU的容量目標達成一致，這也給承載網(wǎng)的技術選擇和方案帶來較大的不確定性。

若CU的容量能夠達到200個基站左右，則CU可以部署在典型城市的匯聚節(jié)點，并匯聚本匯聚節(jié)點下的所有基站的業(yè)務，DU到CU的中傳業(yè)務屬于典型的點到多點業(yè)務模型，可以采用較為簡單的一層或二層網(wǎng)絡技術，不必采用三層網(wǎng)絡技術。若CU的容量較小，在典型城市的匯聚節(jié)點，需要部署多臺CU才能匯聚本匯聚節(jié)點下的所有基站的業(yè)務，DU到CU的中傳業(yè)務屬于典型的多點到多點的業(yè)務模型，需要中傳網(wǎng)絡支持一定的三層功能，將提高中傳網(wǎng)絡的建設成本。

3.5 UP部署的不確定性

核心網(wǎng)UP根據(jù)不同的業(yè)務特點切片部署已經比較明確，但各個切片部署的位置尚未確定，在5G初期主要是eMBB和mMTC業(yè)務。uRLLC相關標準尚未完成，UP-eRLLC部署策略待研究。

eMBB業(yè)務單向時延小于10 ms[10]，同時也是5G網(wǎng)絡流量最大的部分，基于時延和流量優(yōu)化的目的，UP-eMBB會從LTE的省集中方式下沉到各個本地網(wǎng)，隨著CDN網(wǎng)絡的下沉，UP-eMBB甚至會下沉到本地網(wǎng)的匯聚層。目前，國內運營商尚未有UP-eMBB部署在本地網(wǎng)的核心層，依舊采用匯聚層的明確策略。UP-eMBB部署的位置決定UP節(jié)點的數(shù)量和單個UP網(wǎng)元的容量，同時也影響到5G核心網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)的位置和方案，對承載網(wǎng)性能指標的要求也有較大差異。

mMTC業(yè)務對時延不敏感，因此UP-mMTC將在較高層面集中部署，如省集中或大區(qū)部署，需要承載網(wǎng)同時提供本地和骨干的承載能力。

4 5G網(wǎng)絡部署的建議

業(yè)界尚未有全功能5G網(wǎng)絡的商用部署案例，5G網(wǎng)絡架構和設備形態(tài)、部署方式都存在較大的不確定性，這些不確定性將對5G網(wǎng)絡的部署方案和成本有巨大影響。本文通過對5G網(wǎng)絡部署中一些不確定性問題的分析，提出以下建議：

(1)基站應采用適度規(guī)模集中部署方式，充分利用現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡的前傳光纜網(wǎng)絡資源，在5G做連續(xù)覆蓋時，新增基站前傳光纜建設應充分利用現(xiàn)有光纜網(wǎng)資源。

(2)DU設備應支持池組化功能，部署在現(xiàn)有POP點，提高基站協(xié)同的效率，降低中傳網(wǎng)絡成本，并能夠充分利用現(xiàn)網(wǎng)前傳和回傳光纜網(wǎng)絡資源。建議設備供應商加快開發(fā)DU池產品，每個DU池可帶的基站數(shù)量應在5~20個左右，可分成多檔，比如5、10、20等多檔，滿足不同類型POP點的需要。

(3)CU與DU分離部署是5G網(wǎng)絡架構的亮點，將CU部署在匯聚節(jié)點，可簡化中傳技術方案，降低網(wǎng)絡成本，并能夠大量減少基站間Xn接口的連接數(shù)量，降低對回傳網(wǎng)絡的性能要求。根據(jù)對典型城市的站點布局的分析，建議每個CU應能夠匯聚200個左右個基站的業(yè)務。

(4)核心網(wǎng)用戶面可采用切片部署的方式，UP-eMBB在業(yè)務質量可保證的情況下，盡量部署在城域核心，設備集中也有利于提高資源效率，減少對本地網(wǎng)數(shù)據(jù)中心機房數(shù)量的要求，同時也減少回傳網(wǎng)絡對骨干承載網(wǎng)的需求。

5G網(wǎng)絡架構的變化，對本地承載網(wǎng)的邊緣層(POP點到匯聚點間的網(wǎng)絡層級)影響最大，按照上述網(wǎng)絡部署架構的建議，僅需要在本地網(wǎng)的核心匯聚層采用三層承載技術，邊緣層可以采用一層或二層傳輸設備(如PeOTN等)組織，降低網(wǎng)絡的建設成本和維護成本。

在目前5G技術還存在如此多的不確定性情況下，在2020年進行全國性規(guī)模部署還存在以下風險：

(1)5G網(wǎng)絡和設備的一些新技術、新功能難以在網(wǎng)絡中實現(xiàn);

(2)未來網(wǎng)絡升級采用這些新技術、支持這些新功能的成本比較高，環(huán)境代價比較大。

中國幾個運營商在3G和LTE階段都是在其他運營商幾年后部署，設備的成熟度和穩(wěn)定性都比較高，不確定性小，建設成本低，因此運營商能夠在2~3年基本建成一張全國連續(xù)覆蓋的網(wǎng)絡。因此，中國運營商若想在5G網(wǎng)絡部署領先世界，必須考慮上述不確定性的風險因素，建議適度把握5G部署節(jié)奏，降低上述風險的負面影響。

5 結束語

本文通過對LTE和5G網(wǎng)絡架構的對比，分析了5G網(wǎng)絡架構的特點，對目前5G網(wǎng)絡架構、部署方式、設備形態(tài)存在的不確定性進行了深入的分析，指出這些不確定性對承載網(wǎng)的影響，提出對這些不確定性因素的發(fā)展建議及相應的承載技術方案。