1、5G承载需求及承载方案探讨中国电信股份有限公司北京研究院 张成良2023年1月31日5G发展时间表和愿景2014201520162018201920202017RANRel-14Rel-15Rel-16Rel-135G Phase 15G Phase 2Previous TimelineGlobalLaunchAug.22 2017Non-StandaloneNRFull IMT-2020NRStandaloneNRAccelerating DecisionCPRICPRI 7.0 25GeCPRI V1.0到2020年，第五代移动通信（5G）启动商用服务，高速、移动、安全、泛在的新一代信息基
2、础设施基本建成。我国成为5G标准和技术的全球引领者之一2017-2020年5G发展规划（工信部、发改委）25G的重大战略意义中国制造2025指出应全面突破第五代移动通信（5G）技术，推动核心信息通信设备体系化发展与规模化应用。“十三五”规划纲要提出，要积极推进5G发展，2020年启动5G商用。国家信息化发展战略纲要提出了到2020年5G技术研发和标准取得突破性进展的战略目标。863计划和重大专项三相继启动5G研发项目，积极支持技术创新。2016年1月启动5G技术研发试验，由IMT-2020(5G)推进组负责组织实施。启动5G PPP、METIS等重大项目,研发经费超过42亿欧元。2016年9月
3、欧盟委员会发布5G行动计划，将于2016年底确定5G首发频谱，2017年底规划全部5G频谱，2018年启动5G预商用试验，2020年底推动5G全面商用。2015年，NTT DoCoMo牵头与部分主流设备厂商共同开展5G技术测试。2017年，5GMF将牵头启动日本的5G技术试验。发布5G国家战略，拟投入1.6万亿韩元（约合14.3亿美元）。计划2018年初平昌冬奥会期间由韩国电信(KT)开展5G预商用试验。率先明确10.85GHz的5G高频资源，成为全球首个正式规划5G频谱的国家。发布4亿美元“先进无线通信研究计划”,计划2017年启动5G试验,将建设四个城市级测试平台。35G网络发展总体视图跨
4、领域协同新型空口无线融合网络新型承载智能网络智慧化运营提升频谱效率，降低空口传输时延关注点：大规模天线、新型帧结构4G,5G和WLAN融合组网关注点：独立和非独立组网提升无线、核心网以及传输网的协同效率，满足网络发展和运维需求低成本25G光模块、低时延OTN、高精度同步传输、新型转发和控制技术，等提升业务的用户感知关注点：MEC提升新业务的运营和部署效率关注点：网络切片45G RAN架构的变化：前传、中传和回传5G RAN网络将从4G/LTE 的BBU、RRU两级结构，演进到CU、DU和 AAU三级结构根据业务需求和部署条件的不同5G RAN三级架构实际部署形态多样化，存在多种场景CU/DUD
5、UCUDU/CUDUCU1234传统基站部署DU分布部署，CU集中部署DU/CU合一，集中部署CU云化独立部署5G RAN三层架构部署形态多样化55G核心网架构的变化：核心网云化，回传纳入DCI核心网将形成两层云互联网络：（1）New Core云互联；（2）及New Core与MEC间云互联；（3）MEC之间边缘云互联。固移融合，包括5G移动宽带、固定宽带在内的所有业务将在云上逐渐融合，业务融合驱动网络融合和云网协同。65G承载的七大需求mMTC(大量的机器通信)uRLLC(超可靠低时延通信)（高速率）eMBB3D 视频,超高清视频云游戏、云办公虚拟现实工业自动化关键任务自动驾驶智慧家庭智慧城
6、市 大带宽：前传eCPRI 25G，单基站（低频3Cell）业务带宽35G，中回传带宽超100G 超低时延：eMBB业务4ms；uRLLC业务0.5ms；uRLLC业务前传时延要求20-30us 高可靠：部分uRLLC业务要求99.999%可用性 高精度同步：协同业务同步需求达到100ns量级 灵活性：海量设备连接的灵活管理、eX2横向流量、核心网云化部署和动态迁移 网络切片：eMBB、uRLLC、mMTC等不同类型业务隔离，不同租户网络隔离 智能协同：RAN、核心网、承载网智能协同，满足高效运维和业务快速发放需求智慧楼宇75G承载的需求：大带宽基站场景前传带宽中传&回传带宽(峰值/均值)5G
7、 低频基站：Sub6G/100MHz3 cells、64T64RSE峰值50bit/hz，均值10bit/hz3*25Gbps5Gbps/3Gbps5G高频基站：Above6G/800MHz3 cells、2T2RSE峰值25bit/hz，均值4bit/hz3*25Gbps20Gbps/9.6Gbps根据NGMN带宽规划原则：l峰值取值为单Cell峰值l均值取值Cell数量*单Cell均值；eCPRI接口带宽：25GE【多数厂商的选择】对比4G LTE基站：峰值900Mbps，均值150Mbps85G承载的需求：低时延时延指标类型时延指标来源UE-CU（eMBB）4ms3GPP TR38.91
8、3UE-CU（uRLLC）0.5ms3GPP TR38.913eV2X（enhanced Vehicle to Everything）3-10ms3GPP TR22.891前传时延（AAU-DU）100150us综合，URLLC可能更低典型低时延业务（来源：综合）：VR/AR：网络RTT时延7ms，防眩晕门限20ms-传感器反应时间1ms-屏幕响应时间2ms-120fps刷新时间8ms-业务处理时间2ms自动驾驶：网络RTT时延5ms，分配到UE-CU为1ms，单向500us；1ms对应120km时速汽车移动3.33cm智能制造：网络单向时延1ms（核心网到UE），端到端20ms 传感器处理时
9、间5ms 机械手处理时间5ms 网络及业务处理时间8ms=2ms，上下行各1ms95G承载的需求：大带宽（续）核心网基站汇聚接入核心接入设备容量汇聚设备容量核心设备容量接入基站带宽：峰值5Gbps/均值3Gbps接入环配置：假设一个接入环接8个基站，按7个基站均值、1个基站峰值规划7*3Gbps+5Gbps=26Gbps接入设备要求：上行：2个50GE接口，能扩展到100GE下行：多个10GE接入汇聚环配置：1个汇聚环带6个汇聚设备；一对汇聚设备接6个接入环，带宽收敛比为6:1汇聚环上行带宽：6*6*26Gbps/6=156Gbps汇聚设备要求:下行接口：6*50GE或6*100GE上行接口：
10、2*200GE/400GE核心设备配置：假设四台核心设备，共有12000个基站，折合42个汇聚环假设业务全部进核心网核心出口总带宽：(12000/8)*26Gbps/6=6.5Tbps核心设备要求：下行端口：42*200GE/400GE上行端口：9*400GE25G vs.50G100G vs.200G105G承载的需求：高精度同步5G同步业务需求包括5G TDD基本业务同步需求和协同业务同步需求两部分：l5G TDD基本业务同步需求预计与4G TDD基本业务相当：1.5us（低频），500ns（高频）l同步精度主要取决于协同业务需求，5G的空口帧长度1ms比4G空口帧10ms小10倍，预计同
11、步精度指标也会缩小，具体指标待研究5G承载须支持时钟随业务一跳直达，减少中间节点处理，单节点时钟满足ns级精度(IEEE1588v2.1)场景业务时间同步要求（tbd）影响5G低频(sub-6G)5G基本业务1.5us影响基本业务可用性5G高频(above-6G)5G基本业务500ns影响基本业务可用性5G低频(sub-6G)协同业务(CoMP/SFN)ClassA+:+/-12.5nsClassA:+/-45nsClassB:+/-110ns增益下降或无增益11 5G5G网络，基站数量增加、网络，基站数量增加、CUCU与与DUDU分离部署、云化部署、分离部署、云化部署、eX2eX2等，等，需
12、要灵活、可扩展路由转发功能。需要灵活、可扩展路由转发功能。5G5G网络，南北网络，南北向向流量为主，流量为主，东西向流量有限；网络中无需类似普通东西向流量有限；网络中无需类似普通IPIP网络，建立全网络，建立全meshmesh连接。连接。5G5G网络，带宽、时延是核心竞争力网络，带宽、时延是核心竞争力，光，光层提升核心层提升核心性能，增强路由转发功能满足灵活性需求。性能，增强路由转发功能满足灵活性需求。基本路由转发与动态路由协议：基本路由转发与动态路由协议：5G网络基站数量增加，IP地址数量随之增加，路由转发是解决大量设备跨地域互联最常用和成熟的方案。因此5G承载网络应当支持基本IP路由转发能
13、力，具备常用路由协议OSPF/ISIS。动态路由与路由信息交换动态路由与路由信息交换：CU/核心网云化，涉及动态迁移、动态扩容，eX2涉及东西向流量，承载网需要支持动态路由和路由信息交换协议BGP。保护与运维保护与运维：基本保护协议FRR、基本运维功能PING/IPFPM等。DUMEC/MCEMEC/MCENew CoreNew CoreMEC/MCEMEC/MCEDUDUCUCUeX2 4msXnXnXnMEC/MCEMEC/MCE 4mseX2CU+DUCU+DUS1S1New CoreNew Core11122335G承载的需求：灵活路由125G承载的需求：网络切片三大类不同业务的切片不
14、同租户网络的切片波长、ODUflex硬切片硬切片或者L2/L3软切片135G承载网架构及关键技术14综合业务接入点(CO)AAU未来：DCICU+DU前传（AAU-DU）DU宏站AAUAAUAAUAAUAAUAAU+DU前传：N*25GCUCUDU25G/50G/100G/200G OTNNew CoreNew CoreMECMEC200G/400G OTN/ROADM100G/200G OTN/ROADM中传（DU-CU）回传（CU-MEC/New Core）DU中传回传前传：光纤直驱为主：CPRI、eCPRI有源/无源WDM承载：eCPRICWDM：点到点，25G NRZ/50G PAM4
15、DWDM：点到点或环网，光层波长直达超低时延OTN技术：单节点1us量级中传：DWDM/OTN：环网为主城区：光层波长直达（ROADM调度）郊区：中间节点转发，带宽收敛（分组处理）CU所在承载设备须支持路由转发功能超高精度时间同步技术：IEEE1588V2.1回传：DWDM/OTN/ROADM：环网、Mesh光层波长直达（ROADM调度）支持路由转发功能：转发、动态路由、VPN未来回传网络与城域DCI网络逐渐融合新型转发及控制技术：SR、EVPN145G前传的挑战：光纤资源综合业务接入点（CO）1频点3对光纤BBUPTN2频点6对光纤1频点3对光纤2频点6对光纤宏基站示意图基站A基站B基站C光
16、交箱1光交箱2光交箱3光交箱46芯光纤18芯光纤24芯光纤6芯光纤基站D5G初期（低频组网）：l单个基站：3个Cell，6根光纤（单纤单向）/3根光纤（但纤双向）l3G/4G/5G共站：所需光纤资源累加5G成熟期（高频组网或低频增点）：增加更多的光纤资源解决方案：WDM155G前传承载方案OAD5G DUAAUAAUAAUOAD无源WDMOTNAAURRU25G/50G/100G/200Gn*10G CPRIn*25GCPRI/eCPRI5G DUOTNAAUAAURRURRU4G BBU有源WDM/OTN有源WDM/OTN方案的优势：组网灵活：星型、链型、环型组网。大带宽传送：单通道10G/
17、25G/50G/100G/200G。多制式前传：同时支持CPRI、eCPRI，兼容4G和5G。完善的OAM：LOS/LOF/BDI/BEI/AIS/FEC/PT/TTI/DM高精度同步：ns级别同步精度。多业务统一承载：移动宽带、固网宽带、高价值专线等。无损传输：业务透传，硬管道隔离。安全可靠：光层保护或电层保护。有源WDM/OTN方案的优势：节约光纤：单纤双向或双纤双向，40波/80波。节约成本：减少光模块数量。维护简单：无源OAD免维护。有源WDM/OTN方案的挑战：彩光模块：封装和功耗做到白光模块水平。设备管理：无线设备管理彩光模块。建议：采用时延优化的OTN封装，继承OTN维护手段。共
18、同的挑战：降低时延！16低成本大带宽传输技术f(Hz)DMT:Discrete Multi-TonePAM4:4-level Pulse Amplitude Modulation短距非相干超频传输技术：利用低速率光器件实现高速率传输中长距相干传输技术：可插拔、低成本、低功耗硅光调制器CFP/CFP2-DCO光模块17超低时延OTN技术18185G时延时延指标指标类型类型时延指标时延指标终端-CU（eMBB）4ms终端-CU（uRLLC）0.5ms0.5mseV2X310ms前传时延（AAU-DU）100us100us OTN将是5G前传承载的主流技术方案，满足URLLC业务需要对OTN设备时延
19、性能进行进一步优化 OTN时延优化措施包括：针对5G前传场景，旁路芯片内不必要的功能模块和FIFO缓存，并对FIFO缓存的深度和资源调度进行了优化 优化OTN成帧结构和映射封装方式（OTN lite）采用更大的支路时隙（TS），如5Gbit/s、25Gbit/s等目标：单节点时延1us量级18超低时延OTN技术实测结果现网设备 10GE 平均时延约29 us超低时延样机 25GE 平均时延 4.7usCPRI7 平均时延 6.5us中国电信-Microsemi超低时延OTN联合创新19小结l5G的意义不仅仅是下一代无线通信技术，而是信息通信领域的一场革命l5G承载网是5G网络和业务发展的关键因
20、素之一lOTN/WDM是5G承载非常具有可行性的方案l大带宽：OTN/WDM提供最低成本、最高的传输带宽l超低时延：光层直达提供ns级时延，现有OTN技术提供10us级单点时延，超低时延OTN支持1us级单点时延l高可靠：OTN/WDM提供多层次的保护和恢复功能l高精度同步：OTN天然支持时钟同步；时间同步支持IEEE1588协议及其演进，单向双向传输消除时延差l灵活性：ROADM光层调度、ODUflex灵活切片、FlexO灵活接口、增强分组和路由转发功能l智能化：支持SDN快速业务发放和跨专业协同l5G不是全部，OTN/WDM综合业务承载网将为5G、固定宽带、云和政企专线等业务提供统一的综合承载服务2020
