摘要：5G相比4G對網(wǎng)絡連接、帶寬、速率的提升達到空前的高度，滿足云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬增強現(xiàn)實等技術的飛速發(fā)展。為了把握5G發(fā)展的先機，從核心網(wǎng)側到無線側對5G網(wǎng)絡架構、設備形態(tài)進行深入研究，總結適用于運營商現(xiàn)網(wǎng)情況的5G網(wǎng)絡部署建議及部署前期需求準備。

前言

5G無線技術將促進網(wǎng)絡速度、容量、效率的提升，增加網(wǎng)絡的靈活性、智能化及開放程度。在ITU的報告中，5G明確支持增強移動寬帶（eMBB）、海量低功耗連接（mMTC）和低時延高可靠連接（uMTC）三大場景，三大場景中包含了多樣化、差異化的應用。5G第1階段全功能標準化工作已經(jīng)完成，5G的商用已箭在弦上。

5G的快速發(fā)展給運營商帶來了發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)。5G頻譜、網(wǎng)絡架構與4G網(wǎng)絡相比差異較大。傳統(tǒng)的部署模式已經(jīng)不能滿足5G的需求。本文從核心網(wǎng)側到無線側對5G的網(wǎng)絡架構進行分析研究，同時調(diào)研設備廠家最新設備形態(tài)，結合4G現(xiàn)網(wǎng)站址情況給出5G網(wǎng)絡部署建議。

5G網(wǎng)絡架構

5G組網(wǎng)功能元素可以分為4個層次（見圖1）。

圖1 5G網(wǎng)絡架構

中心級：以控制、管理和調(diào)度職能為核心，例如虛擬化功能編排、廣域數(shù)據(jù)中心互連和BOSS系統(tǒng)等，可按需部署于全國節(jié)點，實現(xiàn)網(wǎng)絡總體的監(jiān)控和維護。

匯聚級：主要包括控制面網(wǎng)絡功能，移動性管理、會話管理、用戶數(shù)據(jù)和策略等。按需部署于省分一級網(wǎng)絡。

區(qū)域級：主要功能包括數(shù)據(jù)面網(wǎng)關功能，重點承載業(yè)務數(shù)據(jù)流，可部署于地（市）一級。移動邊緣計算功能、業(yè)務鏈功能和部分控制面網(wǎng)絡功能也可以下沉到這一級。

接入級：包括無線接入網(wǎng)的CU和DU功能，CU可部署在回傳網(wǎng)絡的接入層或者匯聚層；DU部署在用戶近端。CU和DU間通過增強的低時延傳輸網(wǎng)絡實現(xiàn)多點協(xié)作化功能，支持分離或一體化站點的靈活組網(wǎng)。

借助于模塊化的功能設計和高效的NFV/SDN平臺。在5G組網(wǎng)實現(xiàn)中，上述組網(wǎng)功能元素部署位置無需與實際地理位置嚴格綁定，可以根據(jù)每個運營商的網(wǎng)絡規(guī)劃、業(yè)務需求、流量優(yōu)化、用戶體驗和傳輸成本等因素綜合考慮，對不同層級的功能加以靈活整合，實現(xiàn)多數(shù)據(jù)中心和跨地理區(qū)域的功能部署。

5G核心網(wǎng)側部署分析

5G網(wǎng)絡系統(tǒng)架構設計原則：實現(xiàn)“融合化”“輕量化”“開放化”的全新網(wǎng)絡架構（見圖2）。

圖2 5G核心網(wǎng)網(wǎng)絡架構變化

5G主要分為NSA與SA 2種組網(wǎng)模式。NSA組網(wǎng)架構為4G+5G協(xié)同，可以利舊原有EPC，而SA組網(wǎng)架構為新建5G機構，需新建5G核心網(wǎng)。NSA具有一步規(guī)劃，分布實施，聚焦重點，投資可控的特點，使得NSA組網(wǎng)方成為首選。

目前3GPP規(guī)定的NSA的組網(wǎng)方式有Option 3、Option 4、Option 7共3種（見圖3）。核心網(wǎng)側首選Option 3對原有EPC進行改造實現(xiàn)5G。

圖3 5GNSA網(wǎng)絡架構

EPC升級有3種路徑。

路徑1：加速虛擬化，3年實現(xiàn)全網(wǎng)EPC虛擬化。升級融合4G的HSS與5G的UDM實現(xiàn)用戶簽約信息的存儲，4G的PCDF與5G的PCF實現(xiàn)QoS控制、額度管理、計費功能。新增SMF網(wǎng)元實現(xiàn)會話管理、UP選擇和控制，新增UPF網(wǎng)元實現(xiàn)數(shù)據(jù)報文路由、轉(zhuǎn)發(fā)、檢測及QoS處理功能（見圖4）。

圖4 EPC升級路徑一

路徑2：融合網(wǎng)元去耦合，EPC升級支持私有接口，5G NGC維持現(xiàn)有各省廠商格局按需部署。升級融合4G的HSS與5G的UDM、4G的PCDF與5G的PCF。原EPC中PGW網(wǎng)元引入私有接口連接5G核心網(wǎng)的SMF與UPF網(wǎng)元。從而規(guī)避異廠家4G、5G互操作（見圖5）。

圖5 5G核心網(wǎng)網(wǎng)絡架構

路徑3：對于ATCA MME升級支持DECOR，具備識別5G NR接入用戶自動將用戶轉(zhuǎn)接到vEPC/NGC融合網(wǎng)元的能力，各省的NGC可僅與vEPC部分融合部署。

表1給出了EPC升級路徑的對比。結合5G的業(yè)務發(fā)展及節(jié)省投資搶占市場先機的策略，核心網(wǎng)側采用EPC升級5G的策略，同時選擇路徑2作為EPC演進路徑。

表1 EPC升級路徑對比

5G傳送側部署分析

如圖6所示，5G傳送側架構與4G有明顯區(qū)別，分為前傳、中傳、回傳3部分。

圖6 5G傳送網(wǎng)網(wǎng)絡架構

前傳采用eCPRI接口，IQ信號經(jīng)有效采樣，分組化，距離1~2 km以內(nèi)，時延要求高，傳輸時延小于 100 μs；中傳的帶寬與回傳相當，時延要求不高，小于 3 ms；回傳距離在200 km之內(nèi)，時延與業(yè)務要求相關聯(lián)。

5G傳送側前傳：AAU—DU，以光層傳輸技術為主；中傳DU—CU、回傳CU—核心網(wǎng)，可以采用同樣的傳輸技術：Pe-OTN技術、UTN技術、WDM技術，這3種技術在網(wǎng)絡可靠性、擴展性、業(yè)務適應性、業(yè)務資源管理以及成本實現(xiàn)難易程度幾個方面的對比如表2所示。結合G省聯(lián)通的實際情況，5G的傳送側選用100G Pe-OTN技術，省市聯(lián)動，重構OTN/MSTP網(wǎng)絡，適應高帶寬、低時延的底層承載需求。

表2 傳輸技術對比

5G無線側部署分析

基站形態(tài)隨著基站架構的演變經(jīng)歷了機柜式宏基站、分布式基站、多?；具@幾個階段。

5G眾多低時延業(yè)務、高流量本地業(yè)務要求網(wǎng)關功能下移，網(wǎng)關數(shù)量會大大增加，而傳統(tǒng)網(wǎng)關CU耦合，配置管理復雜，轉(zhuǎn)發(fā)效率低，業(yè)務時延大。采用CU-DU分離部署使得復雜控制邏輯與轉(zhuǎn)發(fā)分離，復雜控制邏輯與控制面功能融合集中部署，分布式轉(zhuǎn)發(fā)功能形成轉(zhuǎn)發(fā)模型支持可編程控制。CU是中央單元，負責處理高層協(xié)議功能并集中管理多個DU；DU是分布式接入點，負責完成部分底層基帶協(xié)議及射頻處理功能。CU、DU是邏輯功能實體，在5G基站設備實現(xiàn)中存在CU、DU分布在2個不同的設備實體上，也可能集中在1個設備實體上，這與4G設備存在顯著差異。同時5G設備將天面集成到AAU中，與獨立部署天面的4G設備相比設備更加簡化、部署更為靈活（見圖7）。

圖7 4G與5G基站對比

對3個設備廠家進行5G設備的調(diào)研如表3所示，從表3可以看出，受限于5G標準及運營商企標的凍結時間，5G設備普遍存在功耗大、重量重等特點。

表3 主設備廠家5G設備參數(shù)

5G的設備參數(shù)導致5G部署在空間、動力、承重方面都面臨挑戰(zhàn)。

空間方面主要是主設備放置的空間、備電蓄電池放置空間、天面架設物的空間。

動力方面，CU/DU、AAU的典型功耗與現(xiàn)網(wǎng)4G設備的差異巨大，現(xiàn)網(wǎng)機房的供電都無法滿足當前5G設備的需求；通過跟主設備廠家交流，預計AAU的功耗在后續(xù)的研發(fā)中能下降到1 000 W左右，CU/DU的典型功耗能下降到750 W左右，屆時機房的供電壓力將有所緩解。

承重方面主要考慮主設備的承重、備電蓄電池的承重和天面的承重（見表4和表5）。

表4 無線側空間承重需求

表5 無線側空間動力需求

通過對目前5G主設備形態(tài)的收集研究，結合G市現(xiàn)網(wǎng)的站址情況及其對5G設備的滿足度進行了分析（見表6），發(fā)現(xiàn)現(xiàn)網(wǎng)站址對5G設備滿足度低，5G部署建議提前搶占天面資源以及做相應的電源改造。

表6 現(xiàn)網(wǎng)站址5G滿足情況

5G室分研究

G省聯(lián)通對現(xiàn)網(wǎng)DAS系統(tǒng)各年度的各類器件、饋線進行抽查測試，評估在3.3~6 GHz頻段的網(wǎng)絡支持情況：現(xiàn)網(wǎng)1/2、7/8饋線基本可支持3.3~5 GHz頻段部署，但傳輸損耗大；現(xiàn)網(wǎng)功分器、耦合器、電橋、合路器、天線等無源器件無法支持3.3~5 GHz頻段部署。

存量室分站點業(yè)務量集中程度高，20%站點承載了約80%的流量，話務集中程度超過業(yè)內(nèi)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，存量室分站點絕大部分為單通道，各類器件、天線不支持3.3 GHz+頻段部署。

對目前的存量室分的改造，目前提出了3種方案。

方案1：合路部署3.3~3.6 GHz，部分站點雙路改造；替換原有不符要求的無源器件、天線，將3 GHz信源合路至現(xiàn)有分布系統(tǒng)；對于重要場所/高話務場所進行雙路改造。

方案2：存量系統(tǒng)NSA部署，熱點區(qū)域疊加部署點狀NR；存量系統(tǒng)不變，通過NSA的架構將原有系統(tǒng)接入NGC，4G室分搭建底層網(wǎng)絡；在高人流量高業(yè)務量高價值場景部署點狀NR，進行熱點覆蓋。

方案3：存量系統(tǒng)SA部署，NR全覆蓋。

這3種方案各有優(yōu)缺點，方案2物業(yè)協(xié)調(diào)、工程實施難度低，建設成本低，具有明顯優(yōu)勢。

綜合考慮物業(yè)協(xié)調(diào)難易程度、工程實施可行性、建設成本、技術復雜性，建議R15版本凍結后采用方案2。

總結

綜上所述，本文對目前5G 的發(fā)展現(xiàn)狀進行了探討，對5G的網(wǎng)絡架構從核心網(wǎng)側、傳送網(wǎng)側、無線側與4G進行了對比分析。在核心網(wǎng)側、傳送網(wǎng)側及室內(nèi)分布系統(tǒng)領域給出了網(wǎng)絡部署演進的思路與方案。根據(jù)當前調(diào)研的無線設備形態(tài)，給出了5G無線側部署的空間、動力、承重需求。