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面向双千兆业务发展的综合业务区建设策略研究

时间:2024-07-28

李先平

(中通服咨询设计研究院有限公司,江苏 南京 210000)

0 引 言

在创新应用和信息技术发展双轮驱动下,一个万物感知、万物相联、万物智能的社会已经到来。当前,新兴高带宽业务逐步应用,千兆宽带已成为全球宽带发展的焦点之一。5G移动网络作为新一代移动通信技术网络,也成为建设千兆移动网络的关键抓手。千兆光纤固网和5G千兆移动网络作为战略性基础资源,成为了智能社会快速发展的基石。在这样的背景下,综合业务区作为通信网络的神经末梢,对双千兆网络的部署发展最为敏感。本文分析了千兆光纤固网和5G千兆移动网络的资源需求,从综合业务区机房、网络设备、光缆等方面探讨综合业务区的建设策略。

1 面向双千兆的传输资源需求

1.1 千兆光纤固网业务发展的传输需求

随着新兴业务的发展,宽带接入技术的进步,各类用户的带宽需求呈现阶梯式增长。截止2020年,用户平均带宽已达500 Mb/s,10G无源光纤网络(Passive Optical Network,PON)技术以其大带宽、广覆盖等优势成为各大运营商在部署高速光接入网时的优先技术选择。

当前10G吉比特无源光网络(Gigabit-Capable PON,GPON)系统有外置合波器、GPON/10G GPON合一(COMBO)板卡两种升级方式[1]。外置合波器的方式可利旧原PON板,具有操作支撑系统(Operation Support System,OSS)业务发放和运维简单等优点,但会增加插损,可能引发原GPON用户存在弱光的情况。GPON/XG-PON光模块合一方式虽然不需要新增外置合波器,插损相对较小,但成本相对较高[2]。

无论何种方式,10G PON的部署势必带来如下变化:(1)插损的增加;(2)光网络单元(Optical Network Unit,ONU)上行带宽存在差异;(3)光信号码率提升,光纤色散影响变大。这些变化都将带来传输距离和覆盖范围的缩小。

1.2 5G千兆移动网络发展的传输需求

5G网络与4G网络相比,具有部署密度大、接入距离短的特点。网络架构也发生了较大变化,城区5G网络主要采用云无线接入网(Cloud-Radio Access Network,C-RAN)架构,将传输承载结构分为前传、中传和回传3个部分,分布单元(Distributed Unit,DU)集中放置在C-RAN机房,基站有源天线单元(Active Antenna Unit,AAU)通过拉远方式与DU对接,而DU通过同机房的传输汇聚设备上链到核心层,实现数据的传输。基带处理单元(Building Base band Unit,BBU)集中对综合业务区光缆、机房功耗以及机位提出了新的要求[3]。

(1)光缆需求。4G/5G C-RAN集中可将AAU的前传分为普通光纤直驱模式、彩光+无源波分模式以及有源波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)3种模式。以普通光纤直驱模式为例,各种无线业务的纤芯需求测算结果如表1所示。

表1 光纤直驱模式下C-RAN无线业务纤芯需求

(2)功耗需求。按照每个BBU框1.5 kW测算,配置3个5G站+3个三维多输入多输出(Three Dimensional Multiple Input Multiple Output,3D MIMO)站,对应3个物理站,一个C-RAN机房新增电力3~7.5 kW才能满足需求。

(3)机位需求。考虑部分机房不需扩容蓄电池等动力设备,C-RAN机房最少需要新增一个机位。

5G千兆移动网络的部署不仅会造成综合业务区机房各种基础需求的增加,而且C-RAN作为一个新的节点将嵌入到综合业务区架构中,影响综合业务区的建设。

2 新型综合业务区融合建设策略

早在2009年,中国移动就提出了C-RAN的概念,但受众多客观条件的限制,之前的综合业务区仍然主要承载家庭宽带业务和大部分的专线业务。2016年中国移动发布的《中国移动5G C-RAN白皮书》再次明确了5G的C-RAN建设原则,强调综合业务区需支撑包括无线业务在内的各种业务[4]。因此,面向双千兆业务发展的综合业务区,必须从被动满足业务向主动覆盖家庭、政企和公共无线接入网转变,形成以光分配网(Optical Distribution Network,ODN)为基础、C-RAN与综合业务区相融的新型综合业务区架构。

2.1 新型综合业务区架构

考虑到无线网络的安全性,每一个C-RAN机房将集中5~15个5G基站。通常情况下,一个综合业务区将新增2~3个C-RAN机房,这些C-RAN机房将利用现有的光缆、光交、分纤点等基础资源沟通基站和核心网用户平面功能(User Port Function,UPF)之间的联系,因此新型综合业务区架构将是C-RAN机房嵌入原综合业务接机房下,通过次级主干光缆与原有主干光缆连接。另外,随着千兆固网的迅猛发展,光线路终端(Optical Line Terminal,OLT)设备将从综合业务区机房下沉,部分新增的C-RAN机房将随之演变为综合业务区机房,现有的综合业务区将随之裂变。

由于双千兆业务的发展,新型综合业务区将新增的C-RAN节点嵌入综合业务区架构中,从而形成次级汇聚层。综合业务区将从原有的一级光交网格、二级光交网格、微网格三层架构演变为C-RAN网格、一级光交网格、二级光交网格、微网格的4层架构,随着后期业务的大量发展,C-RAN机房将升级为综合业务区机房,综合业务区将按照C-RAN机房覆盖区域裂变。此架构的综合业务区将更加利于5G-RAN建设和OLT的下沉,适应双千兆形势的发展。

2.2 新型综合业务区建设原则

新型综合业务区应坚持一张光缆网统一有线和无线业务、设备节点与光缆协同的原则,摒弃各个专业各自为政的模式,统筹各专业需求,结合综合业务区的划分、客户需求、管线资源等因素进行建设,统一规划、部署与管理。

2.3 综合业务区机房建设

新增机房应考虑地理位置、末端用户光缆以及投资效益等因素,并将5G基站接入考虑进去。该机房将承担C-RAN机房和综合业务区机房的双重功能,密集城区覆盖范围在2 km2以内,一般城区和乡镇控制在2~4 km2。综合业务区机房引入的市电应不低于三类市电,电源系统容量应满足基站集中BBU、OLT、切片分组网(Slicing Packet Network,SPN)等设备的功耗需求。为了安全起见,电源系统应该按照无线和有线分开配置,空调的建设应充分考虑5G基站集中带来的散热问题。

2.4 综合业务区网络设备建设

在过去的几年,分组传送网(Packet Transport Network,PTN)很好地解决了 2G、3G、4G基站的承载问题,但PTN设备不具备切片功能,仅适宜于5G初期增强移动宽带(enhanced Mobile Broadband,eMBB)的承载需求,不能满足未来移动网络对网络切片的要求[5]。同样的,随着新兴业务的发展,千兆固网的部署,现有GPON技术必然也将无法满足宽带业务的发展需求。

为满足5G基站业务需求,PTN网络将向SPN网络演进。若原机房PTN设备具备升级SPN的能力,则将原PTN设备进行SPN的升级改造,增加环网带宽,避免4G、5G竞争造成网络堵塞,5G下行部分流量将由升级后的PTN网络绕行。对于没有SPN升级能力的设备,前期可采用叠加SPN设备的方式,随着4G业务量的减少,后期逐步将PTN上承载的业务割接至SPN网络,PTN设备考虑退网。

在迈入千兆网络新时代的同时,PON网络也迎来了向10G PON演进升级的需求。当前10G GPON系统有外置合波器、GPON/10G GPON合一(COMBO)板卡两种升级方式。COMBO板通过内置合波器的方式,采用同一个ODN链路,GPON ONT和10G PON ONT分别接收GPON和10G PON模块发出的信号。相比较,该方式OLT设备的槽位利用率高,施工的复杂度低,并且减少了10G OLT设备的投资,成为了10G PON网络的首选[6]。在开展PON网络升级时,对于上行速率要求较低的用户,可采用两模10G GPON COMBO板卡开通千兆宽带业务;对于上行速率要求较高的用户,应采用三模10G GPON COMBO板卡开通千兆宽带业务,满足对称性宽带业务需求,如图1所示。

图1 GPON/10G GPON合一(COMBO)板卡方式

2.5 综合业务区接入光缆网建设

新型综合业务区光缆建设不仅要考虑集、家客的需求,还应为5G基站集中接入预留合适的纤芯资源。对于存量网络资源不满足业务发展需求的,需对光缆和光交资源进行优化建设[7]。

主干接入层光缆组网要遵循“主干稳定、配线灵活”的原则。5G基站采用C-RAN部署,最好采用独享纤芯的方案。采用独享纤芯方案,一级光交的成端压力较小,并且5G基站的集中度并不影响一级光交至C-RAN机房纤芯的数量,只需要按需求布放主干光缆;而采用共享纤芯方案,一级光交的成端压力较大,并且会增加跳点,影响5G基站的开通。对千兆固网而言,PON网络的建设依然采用共享纤芯的方法,但应充分考虑光模块的光功率、速度提升等因素的影响,将现有的分光比由1∶128降为1∶64或1∶32。

配线光缆建设应根据5G组网及微格化规划,结合业务需求和项目投资的经济效益,分步实施区域的覆盖,配线光缆结合道路、业务点分布情况,采用星型、树型方式布放,纤芯数量应根据业务接入点数量和潜在客户需求进行设置。其纤芯配置除了满足宽带、数据专线业务的需求外,还应考虑无线深度覆盖、站点集中部署等光纤接入的纤芯需求。

引入段光缆应以二级分纤点为中心,并结合业务需求开展建设,统一规划,一次布放,避免反复布放小芯数光缆,占用管孔资源。在管线资源紧张段落,可采用无源波分彩光方案。

3 结 论

未来,随着新兴业务不断涌现,信息化程度不断提升,双千兆网络将在提升用户业务体验、支撑行业产业发展等方面发挥重要作用。综合业务区作为双千兆网络的神经末梢,显得尤为重要,本文从千兆光纤固网和5G千兆移动网络的资源需求出发,探讨了综合业务区机房、网络设备以及光缆等方面地建设策略,具有建设性意义。

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