第五代通信技术（5G）

姜国安

1 引言
第五代通信技术（5G）致力于构建信息与通信技术的生态系统，是目前业界最热的课题之一。不同于以前的2G、3G和4G，5G不仅仅是移动通信技术的升级换代，更是未来数字世界的驱动平台和物联网发展的基础设施，将真正创建一个全联接的新世界。
5G网络拟提供业务的主要特征包括大带宽、低时延和海量连接，从而对承载网在带宽、容量、时延和组网灵活性方面提出了新的需求。如何利用一张统一的承载网来满足5G不同业务的承载需求是5G承载网面临的巨大挑战。
光传送网（Optical Transport Network，OTN）技术结合了光域传输和电域处理的优势，不仅可以提供端到端的刚性透明管道连接和强大的组网能力，而且可以提供长距离、大容量传输能力。OTN刚性管道保证了不同业务的严格隔离和业务带宽的保障，其完备的OAM机制保证了业务传送质量并使网络便于维护管理。ROADM (Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplex，可重构光分插复用器)和WDM(Wave-division Multiplexing，波分复用)光层技术提升光纤传输容量至Tbps级别，并大幅降低网络时延。
光传送网技术如何在5G这场划时代的技术演进潮流中不断自我创新，保持竞争力和应用优势，实现5G网络的高效承载，已经成为整个光通信行业关注的重心和研究热点。本白皮书旨在分析5G对承载网的需求，提出基于光传送网的承载方案，并对5G时代光传送网的技术演进趋势进行阐述。
5G 时代光传送网技术白皮书
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2 5G技术发展及承载需求
5G承载需求取决于5G业务及5G网络架构的变化。其中，5G业务需求直接影响承载网的技术指标，如带宽、时延和时钟精度等；而5G无线网和核心网的架构变化则引发了相应的承载网架构变化，并对网络功能提出新要求，包括网络切片、增强路由转发功能等。
2.1 5G新业务的关键性能需求
5G定义了以下三类典型业务场景，如图 1所示：
图 1 5G典型业务场景性能需求示意图
1) eMBB(Enhanced Mobile Broadband，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 (Ultra Reliable & Low Latency Communication，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 (Massive Machine Type Communication，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。
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2.2 5G RAN架构的演进趋势
5G网络由于引入了大带宽和低时延的应用，需要对RAN（Radio Access Network，无线接入网）体系架构进行改进。
图 2 5G RAN功能模块重构示意图
5G的RAN网络将从4G/LTE网络的BBU（Baseband Unit，基带单元）、RRU两级结构将演进到CU、DU和 AAU三级结构，如图 2所示。原BBU的非实时部分将分割出来，重新定义为CU（Centralized Unit，集中单元），负责处理非实时协议和服务；BBU的部分物理层处理功能将于原 RRU合并为AAU (Active Antenna Unit，有源天线处理单元)；BBU的剩余功能重新定义为DU（Distribute Unit，分布单元），负责处理物理层协议和实时服务。
(a) CU/DU分离架构
(b) CU/DU合设架构
图 3 5G RAN组网架构示意图
图 3为CU和DU部署的两种不同方式。图3(a)为CU和DU分开部署的方式，相应的承载网也分成三部分，AAU和DU之间是前传（Fronthaul），DU
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和CU之间是中传（Middlehaul），CU以上是回传（Backhaul）。图3(b)所示为CU和DU合设的方式，称为gNB，其承载网的结构和与4G类似，仅包括前传和回传两个部分。
由于5G时代将引入大量传感器、可穿戴设备等新型接入终端，种类丰富，数量庞大，因此单位面积接入数和流量密度都将爆炸式增长。同时，受限于无线频谱特性，5G覆盖半径较4G LTE略低，因此基站覆盖密度将有一定幅度的增加。
显然，4G时代就逐渐凸显的单个基站带宽大幅增加、基站部署密度加大所引起的譬如基站选址困难、机房成本高、基站资源利用率低、维护工作量大等问题在5G时代将会愈演愈烈。因此，5G RAN网络发展势必将延续4G BBU集中的策略，将DU集中作为一种主流的组网架构。
2.3 5G核心网架构的演进趋势