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电信市场换代发展: 5G 承载网大力推动光模块需求

发布时间:2018-08-23 点击数:79
5G 将至,承载网先行
5G 步伐加快, 2020 即将规模商用

5G 网络作为第五代移动通信网络,峰值理论传输速度可达每秒数十 Gb,较现阶段主流的 4G 网络的传输速度最高快数百倍。随着全球 5G 技术研发与标准讨论越来越热烈,扮演火车头角色的两大组织--国际电信联盟(ITU)与第三代合作伙伴计划(3GPP)已确定 5G 网络在 2020 年正式步入商用的进程。

ITU 进程表确认中 2020 年实现商用。 为推动 5G 国际标准化工作进程, ITU 提出“ IMT-2020 工作计划”提出 5G 进程时间表,内容包括:在 2015 年之前, 5G 工作将主要集中在愿景、未来技术趋势及频谱的研究; 2015 年中启动 5G 国际标准制定,并开展 5G 技术性能需求和评估方法研究; 2017 年底启动5G 候选技术征集; 2018 年底启动 5G 技术评估及标准化;到 2020 年底, 5G 技术应具备商用能力。

3GPP 进一步推动 5G 运行。 2018 年 6 月, 3GPP 全会批准了 5G NR 独立组网( SA)功能冻结,标志着5G 的首个标准 R15 正式诞生。加之去年 12 月完成的非独立组网 NR 标准, 5G 已经完成第一阶段全功能标准化工作,技术方案验证及应用步入关键阶段,推动了 5G 商用进程。

承载网先行, 5G 网络性能需求提升
承载网是移动网络通讯的基础。 承载网连接着基站和核心网, 基站通过无线收发信机提供与固定终接设备和移动终端之间的无线信道,实现端到端系统的传输。根据过往移动数据网络发展历程来看,承载网一般需要提前 1-2 年时间进行部署。基于 2020 年实现 5G 商用的目标,我们预测 2018 年底、 2019年将迎来大规模 5G 承载网建设。


5G 网络业务环境变化大。 从 2G 到 3G 再到 4G,无线空口技术一直在进步,旨在提升频谱效率、扩展频谱资源。先前网络下游业务中运营商长期占领主要地位,网络基础构架变化并不大,主要由于业务应用从语音( voice)到互联网( Internet),对网络的要求停留对网络速率的提升。而 5G 市场伴随着大型互联网公司崛起,下游应用逐渐丰富,包括互联网到大数据、云计算、物联网等多领域,运营商地位逐渐衰弱,发展环境竞争激烈,导致 5G 的网络架构无论是总体系统架构还是接入构架都将发生革命性变化,做到实现在节省成本、提高效率的同时做到网络灵活度的提升。


5G 网络应用场景全面升级。 目前,国际电信联盟 ITU 定义 5G 三个主要应用场景有:
1) eMBB(增强型移动宽带):主要场景包括随时随地的 3D/超高清视频直播和分享、虚拟现实、随时随地云存取、高速移 动上网等大流量移动宽带业务,带宽体验从现有的 10Mbps 量级提升到 1Gbps 量级,要求承载网络提供超大带宽。
2) uRLLC (高可靠低时延通信):主要场景包括无人驾驶汽车、工业互联及自动化等,要求极低时延和高可靠性,需要对现有网络的业务处理方式进行改进,使得高可靠性业务的带 宽、时延是可预期、可保证的,不会受到其它业务的冲击。


5G 网络应用场景全面升级。 目前,国际电信联盟 ITU 定义 5G 三个主要应用场景有:
1) eMBB(增强型移动宽带):主要场景包括随时随地的 3D/超高清视频直播和分享、虚拟现实、随时随地云存取、高速移 动上网等大流量移动宽带业务,带宽体验从现有的 10Mbps 量级提升到 1Gbps 量级,要求承载网络提供超大带宽。
2) uRLLC (高可靠低时延通信):主要场景包括无人驾驶汽车、工业互联及自动化等,要求极低时延和高可靠性,需要对现有网络的业务处理方式进行改进,使得高可靠性业务的带 宽、时延是可预期、可保证的,不会受到其它业务的冲击。
3) mMTC (大规模机器通信):主要场景包括车联网、智能物流、智能资产管理等,要求提供多连接的承载通道,实现万物互联,为减少网络阻塞瓶颈,基站以及基站间的协作需要更高的时钟同步精度。

5G 对承载网提出更高要求。 我们看到, 5G 升级对传送承载提出更高新要求,包括:
1)大带宽需求: ~10 倍接入速率 X ~10 倍终端数量, 高速传送承载技术; 2)低时延需求: uRLLC 1ms ,缩短端云距离,减少中间环节,简化节点处理; 3)高精度时间同步需求: 3GPP 初步确认 5G 基本业务对时间同步的需求同 4G 一样,为 1.5us ; 4)网络切片需求: L0/L1/L2/L3 虚拟网; 5)大数量基站,更多的光纤与传送资源 ; 6)网络云化需求 , 网随云动,灵活组网等。我们相信, 5G 的到来将深刻
改变承载网结构。
C-RAN” 引入以满足 5G 承载网新要求
近年来,在移动运营商正面临着激烈的竞争环境,用于建设、运营、升级无线接入网的支出不断增加,收入却未必以同样的速度增长,改革迫在眉睫;同时,移动数据通信网络的更新换代往往伴随着无线接入架构的变迁。为了持续盈利和增长,移动运营商引入 “ C-RAN”网络接入构架。


核心网架构的“云化”提高效率。 在承载网中, RRH(射频拉远头)用于提升讯号传输效率,扩大其网络覆盖率, BBU 则是基带处理单元。在 2G/3G 时代,网络大量使用分布式基站架构, RRH 和 BBU通过光纤连接在一起,进行与核心网之间的信息传送。进入 4G/5G 时代,中国移动提出了“ C-RAN”架构,旨在降低网络部署和维护成本,提升盈利能力。 C-RAN 架构引入 BBU 汇聚机房( BBU 池)的“云化”概念, 每个远端射频单元上发送和接收信号的处理都在该虚拟的基带基站完成的,打破 RRH和 BBU 之间的固定连接关系,大大减少基站机房数量,减少降低能耗,节约 CAPEX 和 OPEX 等。根据中国移动研究院透露,在 C-RAN 架构下, 能源消耗则可以降低 70%, OPEX 的降低可以达到 50%,
CAPEX 可以降低 15%, 极大提高效率。

CU-DU 分割,网络灵活度提升。 在 4G 网络中, C-RAN 相当于 BBU、 RRU 2 层架构;在 5G 系统中, BBU功能进一步切分为 CU( Central Unit)和 DU( Distributed Unit), 相当于变为 CU、 DU 和 RRU 3 层架构。CU 设备主要包括非实时的无线高层协议栈功能,同时也支持部分核心网功能下沉和边缘应用业务的部署,而 DU 设备主要处理物理层功能和实时性需求的层 2 功能。 CU、 DU 分离后,硬件实现灵活,可以节省成本,实现性能和负荷管理的协调、实时性能优化并使用 NFV/SDN 功能,满足不同应用场景的需求,如传输时延的多变性。

基于 5G RAN 架构的变化, 5G 承载网由以下三部分构成:前传(Fronthaul: AAU-DU):传递无线侧网元设备 RRU 和 DU 间的数据;中传(Middlehaul: DU-CU):传递无线侧网元设备 DU 和 CU 间的数据;回传(Backhaul:CU-核心网):传递无线侧网元设备 CU 和核心网网元间的数据。现阶段对 5G 承载网市场空间的预测主要基于对以上三部分的预测。

技术与政策驱动我国 5G 进展领先
标准领域贡献大,话语权提升。 中国企业在 5G 时代的参与力度远超先前的任何一个通信制式,时至今日已经先后在信道编码、核心网架构、承载网协议三个重要标准领域确认了中国企业主推的方案,建立了丰厚的技术贡献。

中国企业在 3GPP 对 5G 标准协议的进展上,纷纷做出了具有影响力的核心贡献,不但成功通过了eMBB 控制信道的极化码编码方案,更在核心网 SBA 架构与承载网 SPN、 M-OTN 的统一标准上夺取了关键的主导方案地位。

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