5G前传3.0技术白皮书.pdf

文档版本 01 (2020-09-08) i 文档版本 01 (2020-09-08) i 目 录 1 5G 前传进入 3.0 时代 . 2 2 5G 前传 3.0 驱动力 . 3 2.1 5G C-RAN 架构变化与 5G 品质业务发展矛盾驱动 . 3 2.1.1 5G C-RAN 架构变化故障点分析 . 3 2.1.2 5G C-RAN 现网故障点分析 . 5 2.1.3 5G C-RAN 现网可用度评估及提升手段分析 . 6 2.2 5G 网络末梢海量模块和光缆主动运维驱动 . 6 2.3 5G 综合业务 接入驱动 . 8 3 5G 前传 3.0 目标方案 . 10 3.1 半有源 5G 前传方案架构 . 10 3.2 前传网络 99.99%业务可用度 . 11 3.3 前传网络可管可控 . 11 3.4 容量提升光纤更省 . 12 3.5 多业务承载能力 . 13 4 5G 前传 3.0 关键技术 . 15 4.1 制冷型模块 . 15 4.2 调顶检测技术 . 16 4.2.1 多载波调幅 . 17 4.2.2 单载波调幅 . 18 4.3 光层倒换技术 . 18 4.4 OTDR 精准定位技术 . 19 5 5G 前传 3.0 产业支撑 . 21 6 总结与展望 . 22 A 缩略语 . 23 文档版本 01 (2020-09-08) 2 1 5G 前传进入 3.0 时代 5G 是国家新基建战略最热门的领域，中国基础网络先行建设的思路，在 5G 中发挥的淋漓尽致， “宁可路等车，不能让车等路 ”的比喻是非常形象的。 2020 年 5G 建设会取得很大的进展，预计到 2020 年年底我国会部署超过 60 万基站，据不完全的统计，目前在 30 多个行业，有 300 多种 5G 商用的应用案例，尤其是在媒体直播、远程医疗、智能制造、智慧矿山、智能港口等新兴领域的应用非常成功，在整个抗疫过程中也发挥了非常积极的作用。 从整个 5G 生态，和 5G 的全生命周期来看，中国的 5G 才刚刚开始，一方面基站数离预计总量 500 万还有很大的距离 ，目前的几百种应用离使能千行百业，尤其是 4 个9，甚至 5 个 9 的高可靠性应用来说， 5G 才刚刚起步。 5G 网络，大量采用 BBU 集中的 C-RAN 的方式进行部署， 5G 前传是 5G 网络最重要的部分之一。随着 5G 建设的快速推进， 5G 前传方案也在快速迭代，已经经历了前传1.0 和 2.0 时代，正在进入 5G 前传 3.0 时代： 前传 1.0（ 2018H2）： 采用 光纤 直驱方案。利用 现网空闲光纤 资源满足了快速开站的诉求，但因为 光纤 消耗大，现网存在 光纤 不足问题； 前传 2.0（ 2019H2）： 采用纯无源 CWDM 方案。一定程度缓解了 光纤 不足的困难，加速 了 5G 基站的开通，但 改 方案 无管理和运维手段，故障定位困难，同时无法为 5G 2B 及重要 2C 业务提供网络保护； 前传 3.0（ 2020H1）： 采用半有源方案。随着站点增加、 5G 业务的上线、运维矛盾 逐渐 凸显 ； 同时 5G VR/AR 及 2B 行业品质 业务逐渐部署，主动运维和业务保护驱动了半有源解决方案的出现和成熟， 5G 前传网络建设进入半有源建设的 3.0时代。文档版本 01 (2020-09-08) 3 2 5G 前传 3.0 驱动力 5G 前传 3.0 是 5G 建设的必经阶段和必然需求，主要驱动来自 三个方面，一是 5G C-RAN 架构变化与 5G 品质业务发展矛盾驱动，二是 5G 网络末梢海量模块和光缆主动运维驱动；三是 5G 综合业务接入驱动。 2.1 5G C-RAN 架构变化与 5G 品质业务发展矛盾驱动 5G 网络面向 千 行百业，传统业务一般要求 99%99.9%可用度，而 5G 品质业务如 2C VR/AR 以及 2B 医疗和工业控制等要求 99.9999.999%可用度，前传光纤直驱和纯无源 CWDM 方案业务可用度较低，普遍 99%甚至达不到 99%，无法支撑 5G VR/AR 及2B 行业应用业务的发展。 2.1.1 5G C-RAN 架构变化故障点分析 4G 时代，典型采用 D-RAN 架构， RRU 和 BBU 间灰光 光纤 直驱，距离在 100m 以内； BBU 以上回传接入层采用环型组网，基站间光缆穿越光交采用熔纤方式，站间光纤距离 12km。 5G 时代，典型采用 C-RAN 架构， BBU 集中放置到 BBU 集中机房， AAU 和 BBU 间采用灰光 光纤 直驱或者彩光互联， AAU 和 BBU 间采用配线和主干光缆 P2P 组网，一般会经过配线光交和主干光交 3 个跳接点，光纤距离一般不超过 10km， BBU 回传接入层采用环型组网，光缆穿越光交采用熔纤方式，站间光纤距离一般不超过 10km。 文档版本 01 (2020-09-08) 4 无论是 D-RAN 还是 C-RAN 组网模式， BBU 以上都采用成环保护，光缆经过光交都采用熔纤方式，因此 BBU 以上接入层组网故障点是类似的，主要差异点还是在 BBU 到RRU/AAU 前传组网的变化导致的故障点，主要故障点来源于光纤、光模块、合分波器，主要分析结论如下： 1 D-RAN 灰光直驱： 潜在故障点最少，因距离在主要 100M 以内，光模块不存在预算不足问题； 2 C-RAN 无源彩光： 潜在故障点最多，因距离拉远需要增加考虑光模块 链路 预算不足故障点，同时因为在远端站点和局端机房都增加了合分波器，因此光纤故障点倍增，同时还需要考虑合分波 器 端口和脏污故障点； 3 C-RAN 灰光直驱： 故障点数量介于 D-RAN 灰光直驱和 C-RAN 无源彩光之间。 文档版本 01 (2020-09-08) 5 2.1.2 5G C-RAN 现网故障点分析 5G C-RAN 架构无源彩光和 C-RAN 灰光直驱原理上故障点比 D-RAN 架构多，现实组网是否也是如此？为此选择 典型省份做现网分析，分析的方法都是从无线网管系统上采集 1 个月时长的告警信息，分析单网元（单基站）告警数量和平均故障处理时间。 A 省： 4G 采用 D-RAN， 5G 采用 C-RAN，单网元告警量 5G 是 4G 的 10 倍，单 故障平均处理时长 5G 是 4G 的 2.5 倍。 具体故障数量统计如下： 具体故障类型占比统计如下： 从告警类型分析： 单网元告警量 5G 是 4G 的 10 倍 。 5G AAU 集成天线单元，驻波告警大幅降低；故障点主要集中 BBU CPRI 接口， 5G 相比 4G 增加近 1 倍； 5G BBU CWDM 彩光模块故障率为 4G 灰光 模块故障率 的 5.7 倍； 文档版本 01 (2020-09-08) 6 从告警平均处理时长： 单 故障 平均处理时长 5G 是 4G 的 2.5 倍 。 5G BBU CPRI接口异常告警增加到 4G 的 4.12 倍， 5G 射频单元 CPRI 接口异常告警增加到 4G的 2.87 倍。 通过 A 省实际现网的告警分析 ， 说明 5G 接入网 C-RAN 无源彩光和 C-RAN 灰光直驱故障点比 D-RAN 组网多既符合理论分析 ， 也符合现网真实情况 ，采用光纤直驱和无源彩光构建的 5G C-RAN 前传网络可靠性非常堪忧。 2.1.3 5G C-RAN 现网可用度评估及提升手段分析 BBU-AAU 接口导致的业务不可用率 =（告警总时长 *影响业务的告警比例） / (站点数量 *30 天 *24 小时 ) 5G 业务可用度 =1- BBU-AAU 接口导致的业务不可用率 以 A 省为例，即使 10%的 BBU-AAU 告警影响业务， 5G 因前传段导致业务不可用率高于 1.43%，也就是说 5G 业务的可用 度 最高也不超过 98.57%，不满足 5G 品质 业务可靠性要求 。 为提升 5G 前传网络业务可用度， 5G 前传 3.0 方案 必须从故障数量和恢复时长上同时优化，要将优化到 4G D-RAN 的水平，才能满足 99.9%最低可用度要求： 故障数量减少 ：比无源 CWDM 更可靠方案，链路余量更高，监控链路提前排障，最好提供保护路径等； 恢复时长缩短 ：前传链路监控，无线传输一次定界，远端近端一次定位，一次上站修复。 2.2 5G 网络末梢海量模块和光缆主动运维驱动 接入光缆归属传输团队负责，在 4G 时代，多以 PTN/IPRAN 设备组环，接入缆在传输管理系统是可视的， 5G 时代， C-RAN 建设光纤直驱和纯无源 CWDM 部署后，接入缆 文档版本 01 (2020-09-08) 7 成为了哑资源，传输人员定位问题需要拿着仪表到现场定位， 5G 运维模式从 4G 主动运维退化为落后的人工现场排障方式。 挑战 1：传输域需要专门设置 5G C-RAN 现场运维团队，人员 OpeX 高。末梢光缆类似海量毛细血管，未来全国 400500 万 5G 基 站，即使 300 万站采用前传，平均前传光缆 2km，也有 600 万公里，绕地球 150 圈；前传光模块数量也非常庞大 ，预计达到3000 万支。按照 100200 基站设置 1 个运维人员， 300 万基站需要设置 1.53 万运维人员，人员开支至少每月在 12 亿 RMB； 挑战 2：故障定位时间长，影响 5G 2C&2B 业务客户体验甚至流失客户。接入光缆因为城区地铁、高铁、楼宇建设，经常光缆被挖断，整个前传路径非常复杂，且无网管监控，就是哑资源，网络排障非常困难，出现问题需要逐段排查，经常需要在无线和传输之间来回确认，在远端站点和近端站点之间来回更换模块、跳纤才能定位 。 从 A省的排障经验来看，定位了一个近端光纤异常的问题花了 9 小时，定位了一个 主干光纤驻波反射严重的问题花了 15 天。平均来看， C-RAN 无源前传排障时长相比 D-RAN故障排查时间增加一倍，基本一天只能恢复一个站点业务。 文档版本 01 (2020-09-08) 8 为了减少运维人员，降低故障定位时间， 5G 前传 3.0 引入必须引入主动运维监控功能，实现彩光模块、支路光纤、线路光纤的准确定界，减少运维人员拿仪表来回跑以及无线与传输沟通时间，可以实现与 4G D-RAN 架构相当的运维效率和运维人员配置。 2.3 5G 综合业务接入驱动 随着综合接入区的建设推进，接入层一张光缆网络服务于综合业务接入，不仅包括传统的 家 宽、 5G 移动外还有运营商主要价值增长的专线业务。因此一张光缆网一网多用外，接入层设备也需要考虑综合接入能力： 1 大型综合接入区： BBU 集中机房位于接入光缆的上边缘，典型在 1015 个无线基站，要求设备具有政企专线、 OLT 回传、 5G 兼顾 4G 前传等综合接入能力： 2 小型综合接入区： BBU 集中机房位于接入光缆的下边缘，典型在 56 个无线基站，要求设备在商业楼宇、政府、医院、园区等具有政企专线、 5G 兼顾 4G 前传等综合接入能力； 3 县乡波分综合接入：末梢设备要求考虑 Mini-OLT 和前传综合接入，局端机房设备要求考虑线县乡 5G 回传拉远综合接入。 近期多个省 份针对接入多业务的发展，已经在光缆规划和设备能力要求上开始探索 ： 文档版本 01 (2020-09-08) 9 B 省：考虑政企专线和 2B 业务发展，针对接入光缆做综合接入改造，要求主干光交上行光缆具备东西向路由，针对 5G 前传和政企专线部署主干光缆保护方案； C 省：针对远端机房 C-RAN 改造后，远端机房接入专线需要重新疏导，需要把专线业务接入前传设备。