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5G时代的光传送——中国电信北京研究院专家

兴证通信  · 公众号  ·  · 2017-09-12 00:04

正文

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    今天演讲分为三个方面:1、5G发展的需求,2、5G时代OTN方案的考虑,3、关键技术的发展介绍和未来展望。

    5G发展的成长需求

    5G市场关注度高主要原因有三方面:1、5G提出了三种新的应用场景;2、这三种新型业务对现有网络提出了很大的挑战;3、三种业务如何落地对于运营商来说也是新的挑战(像uRLLC(大带宽低时延车联网)、mMTC(广覆盖大接入物联网)这种新的业务,如何构建新的商业模式对运营商来说也是非常大的挑战)。

    5G现在是一张大饼,运营商要做的就是想办法怎么把这张大饼吃到嘴里,这是我对5G的一点感想。


    关于5G发展的一个时间表:因为工信部和发改委已经下达了任务:2020年要实现5G商用,商用的同时要globallaunch,中国要成为5G的领导者,我们整个产业链在政府的引导下充满雄心壮志地在往前走,我们也相信5G在这种推动下会发展很快。正因为有这样的信心,中国电信也开始在做5G的一些项目,因为留给我们的时间也已经不多了。现在面临主要困难在于技术不确定性:目前只有3GPP形成R15标准,很多技术都没有标准,造成了一些困难,现在很多指标还是待确定。

    5G新业务对5G网络提出了新的需求:5G会有前传(AAU——RRU与基站天线融合的产品)、中传(DU)、回传(CU),其中中传是新出来的一个需求。5G虽然分为中传、前传和回传三部分,但是对未来部署来讲,会有很多种(不一定三个都分开,不一定三个都存在)。根据不同业务场景,网络部署也会不一样;例如低时延任务,运营商可能会把CU部署很低(更靠近AAU),就不存在这个中传的问题;例如eMBB(增强型移动宽带)的业务,可能就会将CU部署比较高。从这个角度来讲,5G网络会比4G更加复杂,因为4G只有两个组合,5G的组合就比较多。这是我们目前看到比较主流的四种组合,而且将来都可能会出现,所以这会对我们承载网的架构造成影响。


    5G核心网需要云化,同时需要考虑整个网络业务情况。核心网云化:去年中国电信发了一个网络架构2025白皮书,提到了我们将来网络要云化,5G网络的发展跟这个是匹配的。5G网络架构方案比较复杂,不同业务可能在不同层级就会终结,这时候云就提供更好解决方案。

    5G的核心网未来会出现两个,一个叫newCore网络,网络位置比较高;另一个叫MEC,边缘计算,网络位置比较低;同时带来三种互联,一种是newcore、MEC内部的互联,第二个就是newcore和MEC的互联。对于运营商来说,5G只是我们业务的一部分,不能为了5G什么东西都新做一个。这是不现实的,因为我们还有大量的固网宽带客户与政企用户,所以5G只是我们的一种业务,我们必需要把5G放在我们整个大网络的业务里看。

    核心网部分下沉:像uRLLC(大带宽低时延车联网)这种业务,需要放置比较低位置,不然低时延达不到要求;mMTC(广覆盖大接入物联网)业务可能它的流量很小,但它的处理需要集中,可能会放到较高位置。对时间敏感的业务,我们应该把业务下移,就地转发;时间不敏感的业务,尽量上移,因为越集中,维护越省力。部署在网络较低位置,用户体验越好,但成本越高,会带来整个5G承载网延伸很长。


    5G承载网主要需求:

    1、大带宽:5G高频基站,峰值带宽可能会增加20G,平均带宽10G左右;对比4G基站,对应的分别是900M和150M,这个增长很大。大带宽是对5G承载网最大的需求,它的带宽需求跟我们现在的FTTH承载网已经差不多了。目前中国电信对于不同层级设计是这样的:核心层数据量采用全网一万两千个基站城域网来算,可能会算得比较大,收敛到核心网应该在6T左右,基本上跟我们固网宽带的需求差不多;接入层我们可能会考虑50G,所以我们必需要把低成本产品做出来,铺到接入层。

    2、低时延。目前现有时延标准的就是eMBB(增强型移动宽带)的4ms和uRLLC(大带宽低时延车联网)的0.5ms。具体原因:1、VR、AR,为了很好的体验,网络安全时延需要大概是7ms;自动驾驶:网络时延是5ms;智能制造:机械手到传感器的网络时延是1ms。前段时延标准,业界基本达到共识,大概是100到150微秒,这个范围对运营商来说已经是很大的挑战,好在经过研究我们发现还搞得定。


    3、时间同步(TBD):对于5G基本业务,我们认为跟4G差不多,1.5ns,对于基本业务其实要求不是特别高;要求高的就是协同业务,尤其是跨类协同,因为跨类协同的长度取决于它的空口帧,因为5G空口帧是4G的十分之一,所以如果你不用技术改进的话,这个就比较难以达到。

    5G网络切片:5G承载网天生就是分切,因为基本上都是硬管道来承载,也有可能做软管道,我们觉得都不是问题。切面的需求来自三个业务,三个业务的终结点不一样,承载网肯定要有差异,希望通过切面的技术来区分。第二个是不同租户网络,这个可能是进入未来5G成熟期以后,尤其5G的应用与产业垂直行业整合,比如说国家电网要抄表,中石油中石化要管理它所有加油站的加油枪,运营商给他一个切片,这种可能是5G发展到成熟期的一个需求。对于三大业务的切片通过硬管道就可以实现;将来如果出现这种面向租网的切片,可能需要一些软件方面的技术。

    5G时代OTN组网方案


    前传部分:前端其实最大的挑战就是光纤,光纤成本时延最低,不需要维护不需要电, 问题就在于5G对于光纤的要求会很高:1、5G的基站密度肯定会更大,因为它的载频比较高;2、2G用了700-900兆最好的频段,3G用了1.8G到1.9G,4G用了2G左右,5G最好频段的就是3.4到3.6G,这个负载能力不如前面的,负载密度可能会更高。5G需要增加更多的光纤资源。

    解决光纤不足问题,最佳方案就是WDW,只是WDW有两种,一个是有源一个是无源。无源的方式就是省钱,有源的方式有一些其他的优势。前传承载了多种业务,量可能比较大,它的网络位置比较低,传输距离我们现在判断是10公里以内。这个技术要求下,有源与无源两种方案都可以,无源比较适合点到点的产品;有源方案可能适合大集中、业务比较重要的地方,因为它可以提供保护等一些额外的功能。不管有源无源,我们认为还是继续使用OTN;OTN有很好的一些机制,这些机制是成熟产品,我们认为未来承载网会继续继承


    光网络是具有最低时延网络技术:OTN现在时延是10到100微秒这个量级,对于OTN设备来讲,可能单点是15到20微秒。这个标准对5G还不太够,还需要优化,希望未来可以降到10微米甚至亚微米。


    中传与回传方案:业务中传回来以后已经变成一个数据,和回传的需求差不多,带宽也类似。他们的带宽比大概是1比1.15,基本上可以认为差不多。在4G时代,我们是用了IP RAN加OTN的承载方式,我们可能在5G这块目前的考虑还是继续用。


    5G的核心网就是DCI,因为所有数据都在云里头,5G成熟期就没有什么回传部分,数据到了CU之后就是进云,进云以后就是DCI,回传网络就是DCI的一部分了。5G早期的时候可能带宽不够,还是用OTN的硬管去做DCI;到5G中期以后采用Rodam环以及mini Rodam环实现;5G成熟期,数据变大之后,Rodam可能下沉到城域网。

    OTN作为一种承载网,5G只是我们整个网络的一种业务,不是全部。基站、家庭宽带、企业网业务将来都会进承载网,各项业务带宽都差不多。综合考虑5G的业务以及考虑其他网络,实现承载网的技术选型、方案的考虑:对于接入层,电信希望波长一跳直达,这里将会包括Muxponder以及有源无源的波分系统;5G接入网强调的就是低时延和大带宽,对于其他灵活性的不高,主要是带宽冲上去;汇聚层那边我们会有一些小型的Rodam,还有一些OTN;到那个核心层的话,就是目前我们主要考虑200G、400G技术。

    实现大带宽与低时延OTN承载关键技术


    大带宽必需把成本做下去,现在成本去做5G接入网是不可行的。

    面向接入、汇聚网络,采用非相干短距传输技术实现比较靠谱。目前器件的成本在光芯片,采用10G光器件来实现25G、50G的传输,用低成本的光来实现高速的传输。部分厂商做出来的效果还不错,基本上25G或者50G的传输距离能到大概10公里。而且随着5G和DCI的驱动,类似技术层出不穷,成本指标从1美元/G降低到0.25美分/G都是可预见的。

    中长距离的100G、200G、400G技术需要可插拔、低成本、低功耗。电信400G ZR项目要在2019年实现400G15W 功耗。如果15瓦的模块能做到400G,那你把它降频到200G,整个成本就控制得很好,同时它的目标距离是80公里,这个长度可以满足前传、中传。未来回传进云以后,可以用更好的技术去做,我们对整个光技术演进还是非常有信心的

    OTN技术实现超低时延:电信希望低时延标准——对于长距离(80公里),时延可以做到1-2微秒;带交叉的话,能做到5微秒的量级。


    多层次OTN传送技术:OTN本身就是光电融合的一种技术,面向5G承载可以提供:1、低时延(光层直达把Rodam的这种光层直达从核心网向接入网下沉),2、灵活性(Oduflex技术是做切片的最好的工具);3、Flex O提供灵活互连接口,实现低成本灰光(单纤传输单个光波)模块重用;4、SDN(传送SDN技术实现虚拟传输网)。



    5G是信息领域的一个革命,5G承载网是5G发展的一个关键,甚至是一个瓶颈之一。OTN/WDM是5G 承载一个很好的选择,因为无论从大带宽到低时延,都有成熟的产业化,有成熟方案去实施的。5G对于运营商来说只是众多业务中很重要的一环,所以我们必需综合考虑所有的业务,通过OTN/WDM技术去实现。


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