5G网络架构有什么特点?对承载网有什么影响?.doc
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1、5G网络架构有什么特点?对承载网有什么影响?1 引言3GPP(3rd Generation Partnership Project)提出了5G网络的无线接入网(RAN)和核心网的新架构,与LTE网络有较大的区别,RAN网络的功能重新划分及部署方式对承载网络的架构将产生较大影响,而5G网络的三大应用场景对网络性能要求的巨大差异,推动核心网切片及分布式部署,也对承载网的架构和性能有较大影响。本文从承载网络的视角,对比LTE网络架构,对5G网络的架构特点和部署特点进行分析,提出了5G网络设备、部署方式等存在的不确定性,以及这些不确定性对承载网的影响。2 5G网络架构特点5G网络架构无论是RAN部分还
2、是核心网部分,都与LTE网络有较大的区别,以下分别从承载网络的视角对LTE和5G的网络架构进行分析比较。2.1 LTE网络架构特点LTE RAN网络主要由2个网元组成,分别是RRU和BBU,如图1所示:图1 LTE网络架构示意图(1)每个RRU与一个BBU相连,RRU间没有直接连接;(2)BBU之间的切换可以利用S1接口经核心网(EPC)实现;也可经BBU间的X2接口实现4。在实际LTE网络中基站间的切换主要通过S1接口,以简化网络的部署3。根据CPRI接口规范,RAN部署方式有两种:1)分布部署方式,BBU和RRU部署在同一站点,前传属于站内连接;2)集中部署方式,BBU和RRU部署在不同的
3、站点,前传属于站间连接。这两种方式都有比较广泛的应用。LTE核心网主要包括MME和S-GW两类网元,国内运营商多采用按省集中部署的方式。2.2 5G网络架构特点5G RAN网络主要由3个网元组成,分别是AAU、DU、CU,如图2所示:图2 5G网络架构示意图(1)DU以星型方式连接多个AAU(也称为“前传”),AAU间没有直接连接需求,AAU和DU之间采用eCPRI接口。(2)CU以星型方式连接多个DU(也称为“中传”),DU间没有直接连接需求,DU和CU间采用以太网接口。(3)基站间的切换等功能通过CU间的Xn接口实现7。5G网络RAN的部署方式主要有三种,如图3所示:(1)分布式RAN (
4、2)DU/CU集中RAN (3)DU、CU分别集中RAN图3 5G RAN的三种部署方式(1)分布式部署:AAU、DU和CU部署在相同的站点,前传和中传都属于站内连接。(2)DU/CU集中部署:AAU与DU/CU部署在不同的站点,DU/CU集中部署在同一站点,前传属于站间连接,中传属于站内连接。(3)DU和CU分别集中部署:AAU、DU、CU均在不同的站点,前传、中传都属于站间连接。5G的核心网主要包括控制面(CP)和用户面(UP)两类网元:(1)控制面(CP)采用云化集中部署,对时延的要求为10 ms8,流量也不大,国内运营商选择按省集中部署的方式可能性比较大。(2)用户面将采用根据业务特点
5、切片部署的方式2,根据不同类型的业务的功能、性能等进行网络切片,并分别进行部署,不同切片部署在网络的不同层级。2.3 LTE和5G网络架构主要差异分析LTE和5G网络架构的主要差异如表1所示。相比于LTE网络,5G网络部署方式更加多样化,这种多样化的部署方式对实际网络部署,存在较大的不确定性。表1 LTE和5G网络架构3 5G网络架构的不确定性及其对承载网的影响5G网络的架构已经明确,典型5G网络部署的结构示意如图4所示,但落实到设备和部署策略上还有较多的不确定性。图4 5G网络部署结构示意图3.1 5G的前传要求与LTE兼容国内运营商在LTE阶段普遍采用BBU小规模集中部署的方式,这种方式大
6、大降低了网络部署成本,包括基站机房、电源、传输设备等,已经成为国内运营商LTE网络建设的发展趋势。在5G阶段,运营商将会继续采用DU集中部署的方式。CPRI接口规范定义的前传距离不小于10 km5。eCPRI网络规范6没有明确前传的目标距离,但定义了前传的单向传输时延应小于100 s,折算成在光纤上的传输距离应小于20 km。这两者的目标距离比较接近。国内运营商在LTE阶段较多地采用BBU小规模集中部署的方式,BBU-RRU间的距离普遍小于10 km。当5G网络采用图3所示的方式(2)、(3),进行DU集中部署时,DU集中的站点位置与LTE BBU集中的站点位置相同,现有LTE的前传光缆网络可
7、以利用。前传的距离小于10 km,可以利用比较成熟的10 km标准的25 Gbit/s光接口,网络成本也比较低。但工信部确定的5G网络工作频率是3.3 GHz3.6 GHz和4.8 GHz5.0 GHz频段9,远高于LTE的2.1 GHz/2.6 GHz频段,因此5G基站的密度预计将是LTE基站的1.5倍左右,运营商在5G部署时期采取何种部署策略(热点部署、区域性连续覆盖等),对前传光缆网络的影响较大,若采用连续覆盖部署的方式,运营商需要大量建设基站接入光缆。3.2 CU/DU分离部署的不确定性3GPP提出了CU/DU的分离功能架构,运营商也希望CU能够在更高层面部署(如本地网的汇聚节点,甚至
8、核心节点),简化基站间协同的组织,提高协同效率,同时实现CU与DU的解耦。目前设备供应商尚不能提供商用化的CU和DU设备,CU和DU是否能够实现分离部署、设备的容量和能力均不确定。CU、DU能否分离部署将影响到在承载网络上是否存在中传段,基站间的连接数将会有上百倍的差异,对承载网络的结构和路由能力有较大的影响。例如:一个典型城市的汇聚节点数量约30个,POP点的数量约300个。若CU部署在汇聚节点,DU到CU的连接是汇聚型连接,CU间的连接是分布式连接,CU间全mesh连接需要的连接数为435个,在本地承载网的核心汇聚层采用IP网络技术,这种连接是比较容易满足的。若CU部署在POP点,所有PO
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