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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 2018年10月13日,5G发展时间表和愿景,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）,2,5G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
2、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
3、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。,3,5G网络发展总体视图,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,4,5G RAN架构的变化
4、：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,5,5G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。,6,5G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）,eMBB,3D
5、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
6、务快速发放需求,智慧楼宇,7,5G承载的需求：大带宽,根据NGMN带宽规划原则： 峰值取值为单Cell峰值 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150Mbps,8,5G承载的需求：低时延,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
7、 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1ms,9,5G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
8、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：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*400GE,25G vs. 50G,100G vs. 200G,10,5G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： 5G TDD基本业务同步需求预计
9、与4G TDD基本业务相当：1.5us（低频），500ns（高频） 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),11,5G网络，基站数量增加、CU与DU分离部署、云化部署、eX2等，需要灵活、可扩展路由转发功能。 5G网络，南北向流量为主，东西向流量有限；网络中无需类似普通IP网络，建立全mesh连接。 5G网络，带宽、时延是核心竞争力，光层提升核心性能，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
10、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路由转发能力，具备常用路由协议OSPF /ISIS。 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：基本保护协议FRR、基本运维功能PING/IPFPM等。,5G承载的需求：灵活路由,12,5G承载的需求：网络切片,三大类不同业务的切片 不同租户网络的切片,波长、ODUflex硬切片,硬切片或者L2/L3软切片,13,5G承载网架构及关键技术,14,综合业务
11、接入点(CO),AAU,未来：DCI,CU+DU,前传（AAU-DU）,DU,宏站,AAU+DU,前传：N*25G,DU,25G/50G/ 100G/200G OTN,200G/400G OTN/ROADM,100G/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：eCPRI CWDM：点到点，25G NRZ/50G PAM4 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
12、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、EVPN,14,5G前传的挑战：光纤资源,BBU,PTN,宏基站示意图,基站A,基站B,基站C,光交箱1,光交箱2,光交箱3,光交箱4,6芯光纤,18芯光纤,24芯光纤,6芯光纤,基站D,5G初期（低频组网）： 单个基站：3个Cell，6根光纤（单纤单向）/3根光纤（但纤双向
13、） 3G/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：WDM,15,5G前传承载方案,无源WDM,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/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W
14、DM/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。,共同的挑战：降低时延！,16,低成本大带宽传输技术,PAM4: 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,18
15、,18,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 4.7us,CPRI7 平均时延 6.5us,中国电信-Microsemi超低时延OTN联合创新,19,小结
16、,5G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 5G承载网是5G网络和业务发展的关键因素之一 OTN/WDM是5G承载非常具有可行性的方案 大带宽：OTN/WDM提供最低成本、最高的传输带宽 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 高可靠：OTN/WDM提供多层次的保护和恢复功能 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 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 智能化：支持SDN快速业务发放和跨专业协同 5G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,20,20,谢谢！,5G时代的OTN综合业务承载网,CPE,PON,22,
