1 引言

5G在移動(dòng)通信領(lǐng)域絕對(duì)是革命性的，如果說以前的移動(dòng)通信只是改變了人們的通信方式、社交方式，5G 則是改變了網(wǎng)絡(luò)社會(huì)。5G未來的前景方向在于：差異化服務(wù)、海量物聯(lián)網(wǎng)、垂直行業(yè)應(yīng)用、開放平臺(tái)化。5G網(wǎng)絡(luò)的具有三大應(yīng)用場(chǎng)景：eMBB（增強(qiáng)移動(dòng)寬帶）、uRLLC（高可靠低時(shí)延連接）、mMTC（海量物聯(lián)）。當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)正處于起步發(fā)展階段，隨著5G帶寬需求增大，以及核心網(wǎng)絡(luò)功能的下沉，對(duì)機(jī)房的市電容量、空間都提出挑戰(zhàn)。本文主要對(duì)現(xiàn)有匯聚機(jī)房進(jìn)行滿足能力分析，以及對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案的探討。

2 5G需求對(duì)機(jī)房基礎(chǔ)資源帶來的挑戰(zhàn)

（1）伴隨著5G帶寬需求增大，現(xiàn)有的接入層傳輸需要由GE/10GE環(huán)逐步向40G/100G升級(jí)，現(xiàn)有的匯聚層傳輸需要由現(xiàn)有的10GE逐步向100G/400G升級(jí)，伴隨著傳輸設(shè)備帶寬的升級(jí)，設(shè)備的功耗也隨之增大，同時(shí)為了滿足帶寬需求，OTN需要同步下沉，對(duì)機(jī)房的市電容量、空間都提出挑戰(zhàn)。

（2）為了解決低時(shí)延及靈活調(diào)度問題，網(wǎng)絡(luò)需要云化。

① 核心網(wǎng)云化：對(duì)于eMBB大帶寬、低時(shí)延業(yè)務(wù)，核心網(wǎng)下沉到Edge DC；對(duì)于uRLLC超低時(shí)延業(yè)務(wù)，通過MEC引入到本地Cloud-RAN中。伴隨著核心網(wǎng)以及傳輸L3功能的下沉至匯聚甚至接入層，機(jī)房需要考慮新設(shè)備類型的空間及功耗需求。

② 基站云化：無線基站重構(gòu)為CU和DU兩個(gè)邏輯網(wǎng)元，可以合一部署，也可以分開部署，根據(jù)場(chǎng)景和需求確定。CU若云化部署，可部署在X86服務(wù)器上，可引入MEC、移動(dòng)CDN，實(shí)現(xiàn)uRLLC、視頻等各種應(yīng)用。CU云化或DC集中類似于現(xiàn)有的C-RAN架構(gòu)，大量的無線設(shè)備集中放置在匯聚機(jī)房，將快速消耗機(jī)房資源。

3 4G技術(shù)下傳輸PTN組網(wǎng)現(xiàn)狀

在4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下，傳輸PTN組網(wǎng)技術(shù)基本上采用了如圖1所示的傳輸網(wǎng)絡(luò)分層架構(gòu)，分為核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、匯聚骨干層網(wǎng)絡(luò)、接入層網(wǎng)絡(luò)等三層結(jié)構(gòu)。涉及到核心機(jī)房（機(jī)樓）、匯聚機(jī)房（重要匯聚機(jī)房、普通匯聚機(jī)房和業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房）、基站（包括宏站、微站、微小站、室分站、室外站、直放站、簡(jiǎn)易機(jī)房等）。

圖1 傳輸PTN組網(wǎng)架構(gòu)圖

4 CU、DU幾種部署方案分析

4.1 CU和DU概念

5G基站功能重構(gòu)為CU和DU兩個(gè)功能實(shí)體，根據(jù)場(chǎng)景和需求可以合一部署、也可以分開部署。集中單元CU主要包括非實(shí)時(shí)的無線高層協(xié)議棧功能，同時(shí)也支持部分核心網(wǎng)功能下沉和邊緣應(yīng)用業(yè)務(wù)的部署；分布單元DU主要處理物理層功能和實(shí)時(shí)性需求的層2功能。

4.2 CU、DU部署方案

如圖2所示：第一種是D-RAN方式，CU、DU不分離，均放置在宏站站點(diǎn)。

圖2 CU、DU部署方案對(duì)比圖

第二種是CU云化&DU分布式部署，該方式下，CU集中在匯聚機(jī)房，而DU則放置在宏站站點(diǎn)。

第三種是CU云化&DU集中部署，該方式下，CU、DU均集中部署在匯聚機(jī)房。

幾種方案比較如表1所示。

表1 CU、DU部署方案分析表

5 CU、DU幾種部署方式的機(jī)房測(cè)算

因?yàn)镈-RAN方式與目前4G模式基本一致，主要部署在宏站站點(diǎn)，基本沒有增加匯聚機(jī)房消耗，所以本次不做深入分析，主要針對(duì)CU云化&DU分布式部署及CU云化&DU集中部署進(jìn)行分析：

方案一：CU云化&DU分布式部署，CU放置在業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房，一個(gè)CU管理約3～5個(gè)無線物理站址，管轄區(qū)域小，時(shí)延<100 μs，DU放置在宏站站點(diǎn)。如圖3所示。

圖3 CU/DU在傳輸組網(wǎng)位置圖

測(cè)算所需機(jī)架數(shù)及功耗如表2所示（列表中“無線”是指CU和DU設(shè)備。下同）。

說明：本方案中，CU放置在業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房，該方案主要考慮業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房滿足能力。

方案二：CU云化&DU分布式部署，CU放置在普通匯聚機(jī)房，一個(gè)CU管理約32個(gè)基站，所轄區(qū)域面積適中，協(xié)作增益大，時(shí)延200～300 μs。如圖4所示。

圖4 CU/DU在傳輸組網(wǎng)位置圖

測(cè)算所需機(jī)架數(shù)及功耗如表2所示。

說明：本方案中，CU放置在普通匯聚機(jī)房，該方案主要考慮普通匯聚機(jī)房滿足能力。

方案三：CU云化&DU分布式部署，CU放置在邊緣TIC（骨干匯聚）機(jī)房，一個(gè)CU管理約300～400個(gè)基站，CU/DU延遲較大，協(xié)作增益大，時(shí)延1～2 ms，如圖5所示。

圖5 CU/DU在傳輸組網(wǎng)位置圖

測(cè)算所需機(jī)架數(shù)及功耗如表2所示。

說明：本方案中，CU放置在邊緣TIC機(jī)房，該方案主要考慮邊緣TIC機(jī)房滿足能力。

表2 機(jī)房設(shè)備和功耗測(cè)算的方案對(duì)比表（1）

方案四：CU云化&DU集中部署，CU、DU均集中放置在宏站站點(diǎn)或業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房機(jī)房一個(gè)CU管理約3～5個(gè)無線物理站址，管轄區(qū)域小。如圖6所示。

圖6 CU/DU在傳輸組網(wǎng)位置圖

測(cè)算所需機(jī)架數(shù)及功耗如表3所示。

說明：本方案中，CU、DU均放置在業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房，該方案主要考慮業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房滿足能力。

方案五：CU云化&DU集中部署，CU、DU均集中放置在普通匯聚機(jī)房，一個(gè)CU管理約32個(gè)基站，所轄區(qū)域面積適中，協(xié)作增益大，時(shí)延200～300 μs。如圖7所示。

測(cè)算所需機(jī)架數(shù)及功耗如表3所示。

說明：本方案中，CU、DU均集中放置在普通匯聚機(jī)房，該方案主要考慮普通匯聚機(jī)房滿足能力。

方案六：CU云化&DU集中部署，CU放置普通匯聚機(jī)房，DU集中放置在業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房。如圖8所示。

圖7 CU/DU在傳輸組網(wǎng)位置圖

圖8 CU/DU在傳輸組網(wǎng)位置圖

測(cè)算普通匯聚機(jī)房和業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房所需機(jī)架數(shù)及功耗如表3所示。

說明：本方案中，CU集中放置在普通匯聚機(jī)房，DU集中放置在業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房，該方案對(duì)普通匯聚機(jī)房和業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房滿足能力均需測(cè)算。

表3 機(jī)房設(shè)備和功耗測(cè)算的方案對(duì)比表（2）

6 5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用時(shí)延要求

4G改變生活，5G改變社會(huì)。5G時(shí)代已經(jīng)到來，它必將對(duì)我們的日常生活方方面面產(chǎn)生非常深遠(yuǎn)的影響。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)第一、第二、第三和第四代主要是實(shí)現(xiàn)了人與人之間的通信，而5G將最終以全新的方式把移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)槿伺c物、物與物之間的通信，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，進(jìn)一步推動(dòng)科技的深化創(chuàng)造，推動(dòng)人類的進(jìn)步。針對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的各種應(yīng)用場(chǎng)景，未來的通信網(wǎng)絡(luò)將將開啟物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，并滲透進(jìn)至各個(gè)行業(yè)。實(shí)現(xiàn)真正的“萬物互聯(lián)”、自動(dòng)駕駛、人工智能等技術(shù)，而這些技術(shù)最重要的前提條件是時(shí)延要盡可能的短。最短的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延將是5G網(wǎng)絡(luò)的需求條件之一。所以，搭建5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，必須要求新網(wǎng)絡(luò)具備低時(shí)延、快回傳能力。

針對(duì)5G應(yīng)用，要具備超可靠低時(shí)延通信（uRLLC），超可靠低時(shí)延通信業(yè)務(wù)對(duì)自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療等有極苛刻的時(shí)延要求，端到端須達(dá)到500 μs～1 ms。

經(jīng)測(cè)算，分析得出以下數(shù)據(jù)：（1）業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房到應(yīng)用終端（如手機(jī)、電腦等）的時(shí)延可達(dá)100 μs。（2）業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房到應(yīng)用終端的時(shí)延可達(dá)200～500 μs。（3）而核心機(jī)樓到應(yīng)用終端的時(shí)延已經(jīng)過大，大約在1.5 ～5 ms之間（cloud VR單向），已經(jīng)不能滿足網(wǎng)絡(luò)具備低時(shí)延、快回傳能力要求。（4）省干中心到應(yīng)用終端的時(shí)延10 ms，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求。如圖9所示。

綜合分析，可得出結(jié)論：業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房和業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房部署CU和DU設(shè)備，將能滿足端到端須達(dá)到500 μs～1 ms的策略需求。

圖9 各機(jī)房時(shí)延測(cè)算圖

7 方案比較

如表4所示，通過6種方案比較分析，結(jié)合第四、五點(diǎn)5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用時(shí)延要求中對(duì)時(shí)延的分析，5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求建議優(yōu)選方案1及方案2，規(guī)模開通5G站點(diǎn)，這兩種方案機(jī)房滿足率相對(duì)較高，同時(shí)CU至DU距離較短，可滿足大部分業(yè)務(wù)場(chǎng)景時(shí)延需求。對(duì)于部分DU集中需求場(chǎng)景，可采用方案4補(bǔ)充建設(shè)，該方案CU、DU集中放置，中傳時(shí)延為0，無需考慮中傳傳輸建設(shè)，方案6作為方案4的備選補(bǔ)充方案。

表4 六種CU/DU組網(wǎng)方案綜合分析表

8 方案建議

（1）DU部署在普通匯聚后，會(huì)快速消耗機(jī)房資源，所以無論CU位置如何選擇，DU應(yīng)盡量貼近接入層，部署于宏站站點(diǎn)或業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房。

（2）考慮安全及時(shí)延因素，建議以D-RAN方式為主，CU云化為輔，類似于目前4G站開通方式。

（3）CU云化方案中，CU位置不宜過高，不建議部署在重要匯聚機(jī)房（時(shí)延過高，安全風(fēng)險(xiǎn)高），建議部署在普通匯聚、業(yè)務(wù)匯聚或宏站站點(diǎn)。

（4）加快老舊設(shè)備退網(wǎng)，釋放機(jī)房空間，同時(shí)加強(qiáng)機(jī)房?jī)?chǔ)備，建議新購業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房使用面積在50～70平方米，供電不低于40 kW；普通匯聚機(jī)房使用面積一般在70～120平方米,供電不低于60 kW；重要匯聚機(jī)房使用面積應(yīng)在200～330平方米，供電不低于200 kW。

9 結(jié)論

隨著5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，根據(jù)5G系統(tǒng)C-RAN架構(gòu)的組網(wǎng)方案，合理部署CU、DU的網(wǎng)絡(luò)位置，可以有效的解決網(wǎng)絡(luò)低時(shí)延及靈活調(diào)度問題，提升5G網(wǎng)絡(luò)的感知能力和應(yīng)用能力。在當(dāng)前的組網(wǎng)方案中，建議CU部署在普通匯聚、業(yè)務(wù)匯聚或宏站站點(diǎn)，DU部署于宏站站點(diǎn)或業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房。當(dāng)前，加快5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，5G的基礎(chǔ)資源建設(shè)是首要亟需提升的硬件，特別是匯聚機(jī)房及配套建設(shè)，適時(shí)推進(jìn)匯聚機(jī)房改造升級(jí)，補(bǔ)齊資源短板，加快新匯聚機(jī)房的選址，可以為5G網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展保駕護(hù)航。