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关于5G，更多的是关于接入网和核心网的话题，很少涉及运营商网。 但作为移动通信网的三大子网之一，5G时代的运营商网络也同样需要向前发展。 eMBB )增强型移动宽带(mMTC )大规模设备通信(uRLLC )超可靠低延迟通信)这三种APP应用不仅推动了接入网和核心网技术的发展，而且推动了承载网技术的创新
5G承载网络需求分析
5G网络对承载网络的需求主要体现在大带宽、低时延、高精度时间同步、网络分片等方面。
1、带宽需求
5G网络的带宽需求主要来自eMBB业务。 eMBB相关标准已在3GPP R15中确立，是5G初期的主要业务类型，包括超高分辨率视频、虚拟现实(VR )、增强现实(AR )、高速移动互联网等，其体验带宽仅为10Mbps量级这些业务不仅对5G基站提出了超大吞吐量的要求，也要求运营商网络能够提供超大带宽。
)1)单基站带宽需求
据IMT-2020(5g )推进组估计，典型的5G低频单基站峰值带宽为5Gbps量级，高频单基站峰值带宽为15Gbps量级。 考虑到低频和高频基站共同配置或高频基站单独配置的情况，单基站需要210GE或25GE的承载带宽。
表1 5G基站带宽估计
表引自IMT-2020(5g )推进组《5G承载需求白皮书》
)2)带宽前期需求
5G接入网由CU (集中单元)、DU (AAU ) )和有源天线单元)重新组成。 如果CU、DU并置，运营商网络具有前传和回复两级结构； 当CU、DU分支时，运营商网络具有前传、中传和回复三级结构。 以上讨论的基站带宽需求属于空口范畴，运营商网络带宽需求包括前传、中传、回复三个方面的需求。
图1 5G承载网的两级和三级结构
传统上是指DU和AAU之间的传输链路，并采用了EC pri (增强cpri )接口规范。 eCPRI支持灵活的功能分解，有多种切割方法。 不同的抢占方式会极大地改变转发接口的带宽，同时基站的参数配置和配置方式也会影响转发带宽。 通常，对前向带宽的需求为约几十Gbps，可以采用25Gbps或N25Gbps接口。
)3)中继带宽需求
中传是指CU和DU之间的传输网络。 当采用分布式接入(DRAN )部署方案时，不存在中间转移； 假设采用CRAN (集中接入)部署方式，每个CU携带10-20个5G低频基站，根据表1，中继带宽需求在23-43Gbps之间(一个基站取峰值带宽，其余取平均值)。
)4)返回带宽需求
回复是指CU和核心网之间的传输网络。 返回网络一般分为接入层、汇聚层和核心层，其带宽需求与基站类型、密度和配置方式等诸多因素相关。 一般而言，采用DRAN方案，接入环路带宽可达25/50Gbps，汇聚层和核心层带宽可达N100/200/400Gbps； 采用CRAN方案，接入环带宽可达50Gbps，汇聚层和核心层带宽可达N100/200/400Gbps。
图2返回网结构
2、延迟需求
根据3GPP TR38.913，eMBB业务要求用户面和控制面延迟分别小于4ms和10ms； uRLLC业务要求用户面和控制面的延迟分别小于0.5ms和10ms。 该临时延迟指标由接入网、承载网和核心网共同承担。 对于4G端到端时延小于10ms的要求，5G时延要求无疑提出了更高的挑战。
3、时间同步需求
5G的时间同步需求主要来自基本业务需求、协同业务需求和新业务需求三个方面。
基本业务需求： 5G采用TDD双工方式，为了避免上下行时隙间干扰，要求时间同步精度优于3s。
协同业务需求： 5G协同业务包括MIMO、多点协同、运营商聚合等技术。 时间同步的精度要求因技术而异，一般在100纳秒到3s之间。
新业务需求：部分5G新业务对时间同步精度提出了更高的要求。 例如，电信和工业互联网等业务。 由于基站间的时间同步精度会影响这些业务所需的定位精度，对其时间同步精度的要求与其定位精度要求相关，例如3米定位精度要求，基站间同步精度优于10ns。
4、网片需求
5G的网络分片功能是形成几个端到端的逻辑子网，因此网络分片不仅支持核心网和接入网，还涉及承载网。
对于中继和回复网络，在带宽、时延和网络灵活性方面，需要为网络片提供合适的解决方案。
对于转发网络，eCPRI接口采用透明传输方式，由于无法感知具体传输内容，无需对网络片进行特殊处理。
5G运营商网络的技术实现方案
根据5G运营商网络的需求特点，行业提出了多种技术实现方案。
1、前传网方案
转发网络有光纤直接连接、无源WDM、有源OTN/WDM三种技术方案。 具体情况如下。
)1)光纤直接连接
这意味着所有AAU都直接对DU使用光纤。 如下图所示。
图3前网方式-光纤直接连接
该方案实现简单，但适用于消耗大量光纤资源、光纤资源丰富的地区。
)2)无源WDM
WDM (波分复用)是指波分复用
用技术，它可以将多个不同波长的光信号在同一根光纤中传输，这样就大大地节约了光纤资源。在前传网络中采用无源WDM方案，可以利用一根光纤将多个基站的AAU连接至DU。比如使用40波AAWG，可以用一根光纤将6个基站的AAU(每个基站3个AAU，6个基站共18个AAU，上下行共需38个波道)连接至DU。图4 前传网方案-无源WDM
无源WDM方案虽然节约了光纤，但是存在故障定位难、不易维护管理等问题。
（3）有源OTN/WDM
OTN（Optical Transport Network），即光传送网，是在传统的WDM技术的基础上发展而来。通过智能光交换功能，大大提升了波分设备的可维护性和组网的灵活性。OTN可以提供巨大的传送容量、完全透明的端到rqdxn/子波长连接以及电信级的保护。当然，有源OTN/WDM方案的成本比无源WDM相对较高。
图5 前传网方案-有源OTN/WDM
2、中传/回传网方案
中传和回传网在带宽、组网灵活性和网络切片等方面的需求基本一致，一般考虑采取统一的承载方案。
目前，国内的运营商中国移动、中国电信和中国联通都提出了各自的5G中、回传网技术方案，分别为SPN（切片分组网络）、M-OTN（面向移动承载优化的OTN）和IP RAN增强。
图6 5G承载网通用分层结构
（1）SPN
SPN是中国移动在其4G承载网PTN（分组传送网）技术的基础上发展而来的。针对5G需求，SPN引入了SE（切片以太网）交换、SR-TP/SR-BE以及DWDM功能。SPN的协议分层如下图。
图7 SPN的协议分层结构
SPN通过FlexE（灵活以太网）接口和切片以太网通道支持端到端的网络切片。FlexE可以把多个物理端口捆绑，形成一个虚拟的高速逻辑通道。这样，用户的速率不再受限于物理接口的速率。切片以太网通道可以提供切片业务的硬隔离通道，降低时延。
SR（Segment Routing，分段路由）是由思科提出来的一种分组转发机制。传统的IP网络中，IP数据包每经过一个路由器都要进行路由查询，时延较大。SR使用路径标签机制来指定路由数据包必须通过的网络路径。数据包必须通过在标签路径中的每个节点，但也有可能会通过其他中间节点。这种松散源路由机制减少了路由数据包到其希望到达的目的地所需的标签数量，网络将沿着标签列表中节点之间的最短路径转发数据包。
SR-TP是隧道扩展技术，用于面向连接的点到点业务承载，提供基于连接的端到端监控运维能力。SR-BE用于面向无连接的、Mesh业务承载，提供任意拓扑业务连接并简化隧道规划和部署。
SPN具备前传、中传和回传的端到端组网能力。
（2）M-OTN
中国电信在5G承载网方面主推M-OTN方案。OTN技术经多年发展，非常稳定可靠，有成熟的标准化体系支撑，并且中国电信已经建成比较完善的OTN网络，可在此基础上平滑升级，以较少的投入来快速满足5G承载网的需求。
在ITU第15研究组（ITU-T SG15）2017-2020年研究其第二次全会上，中国电信主导的M-OTN实现了两个相关的标准立项。
在数据转发层，M-OTN在分组增强型OTN的基础上，增强了L3路由转发功能，并简化了传统OTN的映射复用结构、开销和管理控制的复杂度，从而降低成本、缩短时延。M-OTN支持ODUflex+FlexO,以灵活调整带宽。
在管理控制层，M-OTN引入了基于SDN的网络架构，提供L1硬切片和L2/L3软切片。在业务层面，各种L2VPN、L3VPN统一到BGP协议，通过EVPN实现业务控制面的统一和简化。
为了支持5G网络端到端的切片管理需求，M-OTN传送平面支持在波长、ODU、VC这些硬管道上进行切片，也支持在以太网和MPLS-TP分组的软管道上进行切片。
（3）IP RAN增强
中国联通在5G承载网方面主推IP RAN增强技术。
IP RAN是针对IP化基站传输承载的解决方案，在3G和4G时代已经在移动网络中广泛应用。其技术特点是在城域汇聚/核心层采用IP/MPLS技术，接入层主要采用二层增强以太技术，或采用二层增强以太与三层IP/MPLS相结合的技术方案。
当然，既有的IP RAN技术不能满足5G承载网的需求，因此，中国联通正在致力于开发IP RAN增强技术，即IP RAN2.0。IP RAN2.0在隧道层引入了SR-TE和SR-BE，简化协议和增强扩展性，采用FlexE进行端口级物理隔离业务承载协议从MPLS LDP向SR/EVPN演进，并增强了SDN集中路径计算和网络调优能力。
2019年3月，中国联通与相关厂商合作完成了IP RAN2.0第二阶段现网测试。
小结
在带宽方面，5G承载网的前传、中传和回传网接入层的带宽需求均在几十Gbps的量级，回传网的汇聚层和核心层的带宽需求可达数百Gbps的量级；在时延方面， uRLLC业务的需求最为严格，其用户面和控制面的时延要求分别低于0.5ms和10ms；时间同步方面最严格的需求来自于车联网和工业互联网等新业务，其时间同步精度的需求最高可达纳秒的量级；中传和回传网需求提供网络切片能力，而前传网不需要。
前传网的技术实现方案主要有光纤直连、无源WDM和有源OTN/WDM三种选择，可根据具体的网络情况和需求灵活选用。关于中传和回传的技术实现方案，业界并没有形成唯一的规范，不同的网络运营商根据自身的情况有不同的选择。SPN、M-OTN和IP RAN增强分别是国内三大运营商各自的主推技术方案。
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