一文全面了解5G

1. 5G 給網絡帶來諸多挑戰，承載網是 5G 的“路”，流量是 5G 的“車”

5G 不僅考慮人與人的連接，也考慮人與物、物與物的連接需求，4G 主要追求速率， 5G 同時關注速率，連接數密度和時延三大關鍵性能指標。相比于 4G 網絡，5G 采用更寬的無線頻譜，更大規模的多入多出(MIMO)新技術。承載網是 5G 的“路”，流量是 5G 的“車”，需要先修路再行車，路越寬、車流越大。

5G 的全新需求:

1)更大帶寬:隨時隨地的 3D/超高清視頻直播和分享、虛擬現實、隨時隨地云存取、高速移動上網等大流量移動寬帶業務，帶寬體驗從現有的 10Mbps 量級提升到 1Gbps 量級。

2)更低時延、更高可靠性:無人駕駛汽車、工業互聯及自動化等，要求極低時延和高可靠性，需要對現有網絡的業務處理方式進行改進，使得帶寬、時延是可預期、可保證的，不會受到其它業務的沖擊;

3)萬物互聯:車聯網、智能物流、智能資產管理等，要求提供多連接的承載通道，實現萬物互聯;

4)更精準時鐘同步:為減少網絡阻塞瓶頸，基站以及基站間的協作需要更高的時鐘同步精度。

為了滿足上述業務要求，5G 在網絡架構、靈活連接、帶寬、時延、同步等方面將產生較大變化。而承載網是無線業務發展的根本保障，其技術演進的平滑是快速支撐無線跨代演進的關鍵。

圖 1:5G 全面的網絡挑戰

圖 2:5G 承載網總體需求

2. 5G 承載網迎來重要升級

傳輸承載網在 4G 時代全面實現 PTN/IPRAN 承載，5G 時代將演進至 SPN/增強 IPRAN。PTN 技術采用 MPLS-TP 技術，側重于二層以太網業務，同時也支持三層功能，主要由中國移動部署。IPRAN 側重于三層路由功能，業務調度較靈活，主要由中國電信、中國聯通部署。而 SPN 在 PTN 技術基礎上引入 FlexE 接口、 FlexE 交叉、SR 等技術，并前向兼容 PTN，增強 IPRAN 則在 IPRAN 基礎上引入 FlexE 接口、SR 等技術，采用路由器組網。

圖 3:承載技術發展概況

5G 承載將面臨大帶寬、低時延、靈活連接、網絡切片、時間同步、管控一體、前傳資源等七大挑戰。

其中大帶寬是 5G 最直接和首要的需求，所有 5G 業務場景都需要依靠足夠粗的“管道”。根據調研，目前運營商現網接入層面臨挑戰較大，面向 5G 接入層設備客戶接口需 10GE/25GE，網絡接口需 50GE 以上，當前設備難以支持。匯聚層與核心層挑戰次之，當 5G 僅部署低頻站時，部分設備可升級支持，同時部署高頻站時，當前設備難以支持。

5G 無線側將引入 Massive MIMO 技術，其可以使用大量天線形成大規模的天線陣列，現有的 4G 基站只有十幾根天線，但 5G 基站可以支持上百根天線，使基站可以同時向更多用戶發送和接受信號，從而將移動網絡的容量提升數十倍或更大。

圖 4:4G、5G 無線天線對比

圖 5:4G、5G 承載網帶寬需求對比

根據測算，5G 商用初期單個基站帶寬需求峰值約 6Gbps，均值帶寬需求約 3Gbps。按此計算，未來 5G 承載網接入層環會達到 30 Gbps 的容量，匯聚層可能超過 100Gbps 容量，核心層需要 200Gbps 甚至 400Gbps 容量。未來如果部署 28G 高頻段基站，則接入層可能會超過 100Gbps，匯聚層超過 400Gbps，核心層超過 600Gbps 容量。

而當前 4G 傳輸網接入層約 10Gbps 容量，匯聚層、核心層約 100Gbps 容量，面向 5G 帶寬需求已經面臨較大挑戰，需要進行端到端升級，對產業鏈各環節影響深遠。

3. 傳輸承載網是網絡最基礎設施，面向 5G 的升級對產業鏈影響深遠

傳輸承載網是為上層移動網、交換網、數據網和支撐網等各類業務網提供業務信息傳送手段的基礎設施，是運營商各個網絡的關鍵承載網絡。

傳輸承載網一般分為省際/省內骨干網、城域網兩級，而城域網是整個傳輸承載網中設備量最多、最基礎、結構最復雜、與末端業務最相關的網絡，直接承載了 2/3/4G 移動業務、政企、家寬等業務。根據統計，城域網設備量占全網傳輸設備總量的 90%左右，而城域網又可分為接入層、匯聚層和核心層網絡:

圖 6:傳輸承載網絡結構

傳輸網主要由光纖光纜和傳輸設備組成，傳輸設備負責控制和傳送整個傳輸網上的流量，其主要由華為、中興、烽火等系統設備商生產。傳輸設備的上游主要包括光器件、芯片和原材料，下游主要是電信運營商、數據中心等。

光器件在電信網絡、數據中心網絡中有不同的細化分類，例如光放大器、光纖連接器、光模塊、光電檢測器等，都屬于光器件。而光模塊是其中比較重要、市場非常廣闊的一類，光模塊是起到光電轉換作用的一種連接模塊，其中發送端把電信號轉換成光信號，通過光纖傳送后，接收端再把光信號轉換成電信號，按照封裝形式分類常見的有 SFP，SFP+，SFF，千兆以太網路界面轉換器(GBIC)等。

光模塊的上游是芯片和原材料的供應商，光模塊廠商使用上游的芯片和原材料完成各種光模塊的封裝，然后交給華為、中興、烽火等傳輸系統設備商，最終應用到電信運營商或數據中心的網絡中。

圖 7:傳輸設備上下游情況