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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: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 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 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 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) 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,18,18,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,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,
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