中国移动5G网络建设，前传承载解决方案介绍
5g已蓄势待发，中国移动5g的中回传解决方案已基本确定，但对于5g前传的承载方案尚未进行深入研究，为此就前传提出几种解决方案，并分析其优劣和应用场景分析，为后期5g前传网络建设提供参考。
1 背景
5g已蓄势待发，中国移动也开始了5g的现网试点测试。5g的架构相比4g有较大变化，如图1所示：
图1 4g与5g结构对比示意图
5g时代的网络结构相比4g有所调整，重构为aau-du-cu-核心网四部分，相应的承载也分为三段：aau-du间称为前传，du-cu间称为中传，cu-核心网间称为回传。对于中回传段落，目前中国移动已经基本确定其承载方案，但前传解决方案直接影响未来机房、电源、管线等的规划和建设，因此，有必要在5g正式商用之前进行前传方案的研究和探讨。
2 前传的几种解决方案
5g前传目前公认的接口类型有cpri接口和ecpri接口两种，其中cpri接口速率为100ge，ecpri接口速率为25ge，有以下几种解决方案：
2.1 方案一：光纤直驱
前传中cpri和ecpri接口一般的传输距离控制在10公里内，因此可在bbu/du与每个aau的端口间全部采用点到点光纤直连。
该方案简单易行，可满足前传承载需求。根据调研，目前各个无线设备厂家一个5g基站前传需要2-12芯，一个bbu/du考虑收敛10-20个aau考虑，则需要消耗大量光纤资源，bbu/du侧光纤管理要求高，出口的管道、光缆资源成为此方案的瓶颈。从技术方案上来看，也可以通过aau级联来减少光纤资源的消耗，同时无线侧设备通过前传信号自身可完成光纤直驱线路的保护、oam和网络管理。因此，该方案的特点是部署成本比较低，但受限于末端光纤资源，适用于光纤资源丰富和bbu/du小规模集中场景。
结合中国移动的实际网络情况，大部分应用场景中现网光纤资源无法满足5g前传光纤资源需求，需要新建光缆，新建光缆时宜采用大芯数环网架构（类似综合业务接入区的主干光缆网），如图2所示，根据规划接入aau数量选用144-288芯光缆，在每个节点终端12-24芯光纤，并通过联络光缆与汇聚机房相连。采用此部署方式，可避免bbu/du机房大量小芯数光缆集中，对管道造成极大压力；此方式要求提前对部署节点进行预测并进行大芯数光缆部署。
图2 前传光缆网建设方案示意图
但在实际网络建设时，aau的建设是逐步进行，采用大芯数光缆环形组网仍存在一定的不确定性，也可采用星型光缆连接，为避免对机房出口管道的影响，可在bbu/du机房出口部署大芯数光缆、在机房附近设置光缆分纤点方式，将大芯数光缆分成多条小芯数光缆，再按需连接至各个aau。
2.2 方案二：wdm/otn
对于现有光纤资源有限、且新建光缆有困难时，也可采用wdm/otn方案。
（1）wdm承载方案
wdm技术已经非常成熟，采用无源合分波+彩光直驱方案，bbu/du和aau上的光模块分别采用带波长的彩光模块，在bbu/du前端配置光合分波器omd，aau节点配置光分插复用器oad，采用wdm技术，可以大幅节约光纤资源的消耗。wdm设备对前传业务采用纯透传处理，因而对时延特性影响极为有限。缺点在于：彩光光模块会对aau基站管理提出新的要求，无法采用信号复用技术提高波长利用率，业务的oam管理功能有限。另外，每个bbu/du与aau波长连接在物理上是点对点的连接，因此功率预算是彩光直驱需要考虑的关键问题。目前ccsa正在讨论制定“城域接入型波分复用（wdm）系统技术要求”，使其更适合无线基站前传需求。
该方案要求bbu/du与aau间很好地规划彩光波长，因此在实际部署和维护管理中相对复杂。
（2）otn承载方案
为减少aau和bbu/du间波长规划，也可通过otn方式承载。接入otn设备客户侧，映射和复用成高速的otn信号并转换成彩光接口，进行波分复用后在一根或一对光纤中传输，大幅节省光纤资源。
该方案采用otn技术进行信号复用还可以提高波长利用率，利用otn开销字节提供更丰富的oam功能和故障诊断能力，并可以支持网络保护，同时aau和bbu/du设备不需要彩光光模块，避免了无线设备进行波长分配和管理的复杂性。组网方面比较灵活，可支持环形、树形和mesh型等多种网络结构。
但采用otn承载方式需要考虑到其不足之处：otn设备是有源的，在前传的场景中，绝大多数是无机房的应用，小型化的otn设备需要采用工业级器件，增加温控能力，考虑更为严苛的环境应用和复杂的安装条件；另一方面，传统otn设备的成本较高，如果规模部署，otn设备用量巨大，相关功能采用asic实现，可以大幅降低设备成本。
随着大颗粒集客、家宽上联等业务需求，中国移动otn也在逐步向边缘下沉，此时共用otn可以进一步摊薄成本，并适应未来大业务量发展。
2.3 方案三：wdm-pon
pon星型组网结构契合5g前传需求，是一种比较合适的解决方案，但由于wdm-pon技术不够成熟，因此目前采用pon做前传是考虑比较少的方式，在满足5g前传时，wdm pon需要具有以下特点：
（1）线路速率0.6~10gbps，单pon口支持多速率，用户侧支持多种接口类型。由于中国移动部分lte基站也采用拉远方式，5g建设初期基本与lte同站址，因此存在多种制式基站共站址方式，此时要求wdm-pon具备多速率承载的能力，在同一个pon口下，不同波长可以对应不同的传输速率，以满足不同无线制式基站承载的要求。
（2）传输距离10~40km。cpri接口一般传输距离要求不小于10公里。根据中国移动实际网络情况和bbu/du集中规模，城区bbu/du-aau间的光缆传输距离一般在4公里以内；农村地区bbu/du-aau间的光缆传输距离一般在10公里以内。
（3）传输时延<200us，频率抖动<0.002ppm，频率同步±0.05ppm，时间同步<±8.138ns。wdm-pon设备应具备完善的同步接口，支持时间和频率同步功能。
（4）此外，wdm pon系统用于移动前传，还需要具备转发功能、纠错功能、成帧功能、保护功能和光链路诊断功能。
总之，wdm pon 提供了丰富的带宽、时延小并且安全性好，能很好的满足5g基站前传的带宽需求，可作为未来前传的主要技术选择之一。但目前业界wdm-pon尚缺成熟商用技术，器件成本高昂，大规模应用需要降低系统成本和无色onu技术。
2.4 方案四：ip+光
前传网中也可采用ip+光方案，其大带宽和低时延特点，可以很好满足5g基站前传需求：
在业务带宽能力方面：ip+光方案为5g基站前传提供了灵活的承载方案，一方面利用ip的特性适应各种带宽需求场景，ip分组技术使bbu/du和aau之前的带宽利用利更高，前传网络的资源得到高效应用；另一方面，用光层刚性管道的大带宽提供能力适应前传的大带宽需求。
在业务时延保障方面：针对低时延的前传要求，ip+光可分别在ip层和光层采用专属低时延解决方案。在ip层采用设备级超低时延转发技术，在设备转发芯片内，通过以太帧的前导码将报文分为普通和加速两类，对加速类报文采用抢占普通报文资源和cut-through转发方式，可将节点的电层处理时延从几十毫秒减低到几毫秒。在光层采用光层穿通的方式，仅对需要接入或落地的业务波长进行电层处理，其它波长直接在光层穿通，实现业务一跳直达。
ip+光方案可以很好地满足带宽和时延的需求，但该方案技术方面仍需进一步推动和研发，仍未有真正商用的产品，但却给中国移动5g前传部署提供了一种新的技术方案选择。
2.5 方案对比
光纤直驱、wdm/otn、wdm-pon、ip+光等各种技术方案各有优缺，中国移动必须结合现有实际网络情况和未来业务发展需求、网络部署规划等多方面因此综合考虑：
从满足前传的需求方面看，光纤直驱、wdm/otn、wdm-pon方案较适合提供承载刚性管道的能力，而ip+光由于本身具体分组和光的能力，可以很好适应5g前传的部分场景；另一方面，在时延满足度上看，上述几种方案都可以很好的满足时延的要求，只不过由于光器件引入的时延略有差异会导致传输距离不完全相同，但是总体上说都在一个数量级别。
从组网灵活性上看，光纤直驱、wdm-pon方案适合点到点组网、链型组网，而wdm/otn、ip+光方案适合点到点组网、链型组网和环型组网等多种组网方式，同时支持单纤双向和双纤双向传输方式，满足无线网络各种组网方式的需求。同时，环型组网时能够实现线路侧1+1保护，提高了业务的安全性。
从光纤资源消耗上看，直驱光纤消耗资源最多，其它方案相当。但如何部署需要结合现有网络光纤及系统建设情况，如：对于规模部署了pon网络的区域来说，合理利用现网的资源加以改造，wdm-pon也是一个很好的选择；而对规模部署了lte基站前传的区域来说，结合当前的前传方案开展4g/5g前传的规划则是更加明智的选择。
从前传网管理上看，光纤直驱和wdm方式的前传管理只能依赖aau和bbu/du单元本身，相关的故障检测也只能依赖于aau和bbu/du有限的监控管理字段，其它几种方案借助相应的字节开销、osc、esc等手段在网络管理方面的能力则较强，在故障管理、性能管理、安全管理、配置管理、维护管理和系统管理等方面更加便捷。对比如表1所示。
表1 前传方案对比表
总之，以上方案各有优缺，适用的场景也各不相同；从目前阶段来看，光纤直驱更合适；但随着规模部署，wdm、otn方案也具有一定优势；随着wdm-pon技术成熟，采用wdm-pon也不失很好的一种方案选择。中国移动现网实际情况多种多样，在实际网络部署时，宜根据实际场景选择合适的技术和方案，达到性价比、运维管理等多方面合适的解决方案，满足各种前传承载需求。
3 小结
中国移动的5g网络建设在即，如何合理的规划部署前传网络，也是5g网络建设的重要一环，以上方案仅根据目前的技术和网络情况略作探讨，仅供大家参考，未来随着技术的进步和网络的演进，前传方案也许有更好的解决方案。
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2 前传的几种解决方案
5g前传目前公认的接口类型有cpri接口和ecpri接口两种，其中cpri接口速率为100ge，ecpri接口速率为25ge，有以下几种解决方案：
2.1 方案一：光纤直驱
前传中cpri和ecpri接口一般的传输距离控制在10公里内，因此可在bbu/du与每个aau的端口间全部采用点到点光纤直连。
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图2 前传光缆网建设方案示意图
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wdm技术已经非常成熟，采用无源合分波+彩光直驱方案，bbu/du和aau上的光模块分别采用带波长的彩光模块，在bbu/du前端配置光合分波器omd，aau节点配置光分插复用器oad，采用wdm技术，可以大幅节约光纤资源的消耗。wdm设备对前传业务采用纯透传处理，因而对时延特性影响极为有限。缺点在于：彩光光模块会对aau基站管理提出新的要求，无法采用信号复用技术提高波长利用率，业务的oam管理功能有限。另外，每个bbu/du与aau波长连接在物理上是点对点的连接，因此功率预算是彩光直驱需要考虑的关键问题。目前ccsa正在讨论制定“城域接入型波分复用（wdm）系统技术要求”，使其更适合无线基站前传需求。
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总之，wdm pon 提供了丰富的带宽、时延小并且安全性好，能很好的满足5g基站前传的带宽需求，可作为未来前传的主要技术选择之一。但目前业界wdm-pon尚缺成熟商用技术，器件成本高昂，大规模应用需要降低系统成本和无色onu技术。
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前传网中也可采用ip+光方案，其大带宽和低时延特点，可以很好满足5g基站前传需求：
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ip+光方案可以很好地满足带宽和时延的需求，但该方案技术方面仍需进一步推动和研发，仍未有真正商用的产品，但却给中国移动5g前传部署提供了一种新的技术方案选择。
2.5 方案对比
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从满足前传的需求方面看，光纤直驱、wdm/otn、wdm-pon方案较适合提供承载刚性管道的能力，而ip+光由于本身具体分组和光的能力，可以很好适应5g前传的部分场景；另一方面，在时延满足度上看，上述几种方案都可以很好的满足时延的要求，只不过由于光器件引入的时延略有差异会导致传输距离不完全相同，但是总体上说都在一个数量级别。
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从光纤资源消耗上看，直驱光纤消耗资源最多，其它方案相当。但如何部署需要结合现有网络光纤及系统建设情况，如：对于规模部署了pon网络的区域来说，合理利用现网的资源加以改造，wdm-pon也是一个很好的选择；而对规模部署了lte基站前传的区域来说，结合当前的前传方案开展4g/5g前传的规划则是更加明智的选择。
从前传网管理上看，光纤直驱和wdm方式的前传管理只能依赖aau和bbu/du单元本身，相关的故障检测也只能依赖于aau和bbu/du有限的监控管理字段，其它几种方案借助相应的字节开销、osc、esc等手段在网络管理方面的能力则较强，在故障管理、性能管理、安全管理、配置管理、维护管理和系统管理等方面更加便捷。对比如表1所示。
表1 前传方案对比表
总之，以上方案各有优缺，适用的场景也各不相同；从目前阶段来看，光纤直驱更合适；但随着规模部署，wdm、otn方案也具有一定优势；随着wdm-pon技术成熟，采用wdm-pon也不失很好的一种方案选择。中国移动现网实际情况多种多样，在实际网络部署时，宜根据实际场景选择合适的技术和方案，达到性价比、运维管理等多方面合适的解决方案，满足各种前传承载需求。
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