中国电信5G白皮书解读

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6月26日,中国电信在2018上海世界移动大会上正式发布《中国电信5G技术白皮书》。这是全球运营商首次发布全面阐述5G技术观点和总体策略的白皮书。中国电信从运营商自身业务发展、网络演进和用户感知的需求出发,在白皮书中指出以“三朵云”为网络总体构架,系统性的描述了从无线网、承载网到核心网向5G演进的近期和中远期发展策略,强烈推荐一读!

 

白皮书下载地址:https://rf.eefocus.com/module/forum/thread-610515-1-1.html

 

下面我们对该《白皮书》划重点解读一下。

 

 

“三朵云”网络总体架构

 

为满足5G多样化业务需求,使能网络更加灵活、智能、融合和开放,中国电信5G网络为“三朵云”构架。

 

 

1

 

三朵云:接入云、控制云和转发云。

 

控制云

控制云是5G网络的集中控制核心,完成全局的策略控制、会话管理、移动性管理、策略管理、信息管理等,并负责控制接入云与转发云。控制云通过虚拟化、网络功能模块化、控制与承载分离化、网络组件功能服务化、网络切片化等技术,可实现业务定制化和灵活部署,满足不同新业务的差异化需求并扩展网络服务能力。

 

接入云

接入云支持用户在多种应用场景和业务需求下的智能无线接入,支持多种无线接入技术的高效融合,并引入标准化的、开放式的边缘计算平台,以在边缘激发业务创新。

 

转发云

转发云配合接入云和控制云,实现业务汇聚转发功能,转发云在控制云的路径管理与资源调度下,基于不同新业务的带宽和时延等需求,实现增强移动宽带、海量连接、高可靠和低时延等不同业务数据流的高效转发与传输,保证业务端到端质量要求。

 

 

5G网络演进总体原则

 

考虑5G技术和产业链的发展成熟需要一个长期过程,预计4G 将与5G网络长期并存、有效协同,中国电信5G网络演进总体遵循三大原则:

 

•多网协同原则

5G和4G、WLAN等现网共同满足多场景业务需求,实现室内外网络协同;同时保证现有业务的平滑过渡,不造成现网业务中断和缺失。

 

•分阶段演进原则

避免对网络的大规模、频繁升级改造,保证网络的平稳运营。

 

•技术经济性原则

关键技术和方案的选择,需要基于技术经济比较;网络建设需要充分利用现有资源,实现固移资源协同和共享,并发挥差异化竞争优势。

 

 

5G网络演进策略:

优选SA独立组网方案

 

5G演进分为NSA(非独立组网)和SA(独立组网)方案。NSA将5G的控制信令锚定在4G基站上,通过4G基站接入EPC或5GC;SA方案将5G NR直接接入5GC,控制信令完全不依赖4G网络,通过核心网互操作实现5G网络与4G网络的协同。

 

中国电信5G网络优选SA独立组网方案,无线接入网和核心网同时演进到5G,并通过核心网互操作实现4G和5G网络协同。

 

《白皮书》中指出:

 

•SA方案对现网改造量小

NSA方案需对4G基站升级到 eLTE,升级改造量大,且异厂家基站间难实现4G/5G双连接。同时,SA组网一步到位,可避免NSA仍需向SA方案演进带来的网络频繁改动。

 

•SA方案的业务能力更强

5G核心网能支持网络切片、边缘计算等新特性。

 

•SA方案的终端成本低

NSA方案下3.5GHz频段组合在终端侧存在较严重干扰问题,为解决该问题将导致终端成本较高。SA终端由于不涉及双连接等技术,终端相对简单,成本较低。

 

对于语音业务,5G实现全覆盖相对较难,为避免频繁切换,保持语音连续性,初期采用SA下的5G回落VoLTE方案,当5G网络覆盖性能全面提升后,再适时考虑VoNR等技术方案。

 

无线接入网演进策略

 

5G的BBU基带部分拆分成CU和DU两个逻辑网元,PDCP层及以上的无线协议功能由CU实现,PDCP以下的无线协议功能由DU实现,而射频单元以及部分基带物理层底层功能与天线构成AAU。

 

中国电信初期主要采用CU/DU合设方案,并首先在热点高容量地区优选64端口192振子的大规模天线设备提升系统容量和覆盖;视业务应用的需要逐步向CU/DU/AAU三层分离的新架构演进。DU与AAU接口首选eCPRI方案。

 

承载网演进策略

 

基于5G RAN架构的变化,5G承载网由以下三部分构成:

 

•前传(Fronthaul: AAU-DU):传递无线侧网元设备AAU和DU间的数据;

•中传(Middlehaul: DU-CU):传递无线侧网元设备DU和CU间的数据;

•回传(Backhaul: CU-核心网):传递无线侧网元设备CU和核心网网元间的数据。

 

 

2

 

综合考虑中国电信本地网光缆网结构和现网基站部署方式,将5G RAN组网方式分为以下三种场景:

 

•C-RAN大集中:CU/DU集中部署在一般机楼/接入汇聚机房,一般位于中继光缆汇聚层与接入光缆主干层的交界处。大集中点连接基站数通常为10~60个。

 

•C-RAN小集中:CU/DU集中部署在接入局所(模块局、PoP点等),一般位于接入光缆主干层与配线层交界处。小集中点连接基站数通常为5~10个。

 

•D-RAN:CU/DU分布部署在宏站机房,接入基站数1~3个。

 

对于5G承载网,《白皮书》指出,应遵循固移融合、综合承载的原则和方向,与光纤宽带网络的建设统筹考虑,将光缆网作为固网和移动网业务的统一物理承载网络,在机房等基础设施及承载设备等方面尽量实现资源共享,以实现低成本快速部署,形成中国电信差异化的竞争优势。

 

同时,承载网络应当满足5G网络的高速率、低时延、高可靠、高精度同步等性能需求,灵活性强,支持网络切片。

 

前传方案

在光纤资源充足或DU分布式部署(D-RAN)的场景,5G前传方案以光纤直连为主;当光纤资源不足、布放困难且DU 集中部署(C-RAN)时,为降低总体成本、便于快速部署,可采用WDM技术承载方案,具体包括无源WDM、有源WDM/M-OTN、WDM PON等。

 

回传方案

对于5G回传,初期业务量不太大,可以采用比较成熟 IPRAN,后续根据业务发展情况,在业务量大而集中的区域可以采用OTN方案,PON技术在部分场景可作为补充。

 

初期基于已商用设备满足5G部署需求,逐步引入SR、EVPN、FlexE/FlexO接口、M-OTN等新功能,回传接入层按需引入更高速率(如 25G/50G)接口;中远期适应5G规模部署需求,建成高速率、超低时延、支持网络切片、基于SDN智能管控的回传网络。

 

核心网承载方案

相对于4G核心网,由于网络云化及MEC的引入,5G核心网的主要功能部署于省中心的区域DC,且部分功能将下沉到城域网,包括城域核心DC、边缘 DC,甚至接入局所,这就需要承载网提供更为灵活的组网功能。5G核心网元在省内的互联由回传网络统一提供,省际互联方式需与DC间互联网络统筹考虑。

 

核心网演进策略

 

核心网基于SA组网方案,通过互操作实现4G和5G网络的协同,初期主要满足eMBB场景需求,随着标准和技术的逐步演进和完善,按需升级支持mMTC和URLLC场景。

 

•5G核心网基于服务化架构,采用云化部署,控制面集中部署,对用户面转发资源进行全局调度,用户面可按需下沉,实现分布式灵活部署,体现网络即服务理念,支持端到端的网络切片技术和边缘计算技术,以满足多样化、个性化业务需求。

 

•5G核心网应具备语音业务的承接能力,初期采用从5G回落到4G网络的方案,通过VoLTE技术提供语音业务。

 

四 

 

中远期策略:

面向CTNet2025网络重构

 

5G网络是中国电信CTNet2025网络重构的重要组成部分。CTNet2025战略基于 SDN、NFV、云计算等关键技术推动网络架构重构,构建简洁、敏捷、集约、开放的网络新架构。CTNet2025目标架构是包含固网、移动网演进的统一架构。

 

•5G核心网的设计融入了 SDN、NFV、云计算的核心思想,具备控制与承载分离的特征。控制面采用服务化架构,以虚拟化为最优实现方式,能够基于统一的NFVI资源池,采用虚机、虚机上的容器等方式实现云化部署、弹性扩缩容,,同时有利于方便灵活地提供网络切片功能;通过用户面功能(UPF)下沉、业务应用虚拟化,实现边缘计算。用户面功能可基于通用硬件(x86服务器或通用转发硬件)或基于专用硬件实现。

 

•5G无线网短期内由于DU难以虚拟化,CU 虚拟化存在成本高、代价大的挑战,采用专用硬件实现更为合理;从长远看,随着NFV技术的发展,根据业务和网络演进的需要,再考虑实现CU等功能的虚拟化。

 

•构建固网与移动网统一的协同编排层,实现固网与移动网跨厂商、跨域、跨专业、跨 SDN/NFV、跨“新”“老”网络的协同与业务编排,支持融合业务的快速灵活部署,提供固网与移动网统一的能力开放。

 

•统筹规划接入局所选址、接入光缆网等基础设施,实现固网和移动网接入段资源共享,降低5G部署难度。

 

 

5G关键技术与组网方案

 

《白皮书》指出的5G关键技术与组网方案包括:NR新空口技术、大规模天线技术、无线频率、无线网CU/DU网络架构、5G服务化架构及能力开放、4G/5G互操作、多网络融合、多接入边缘计算、网络切片、5G承载网络和人工智能技术。

 

NR新空口技术

《白皮书》指出,从 3GPP 协议来看,NR的空口设计十分灵活,但考虑设备实现和组网复杂度,在实际部署中应根据应用场景和频率资源,从空口协议中裁剪出一个简洁可行的技术方案。

 

大规模天线技术

中国电信将结合实际部署场景和需求,在热点高容量地区优选采用较高端口数(64 端口)的天线设备提升系统容量;同时,因为192振子较128振子设备在覆盖上能提升约1.7dB,优先选择192天线振子的大规模天线设备。

 

 

3

 

无线频率

中国电信认为sub-6GHz频段能够较好地兼顾覆盖与容量的需求,在标准化和产业链发展中相对更加成熟,适合作为5G起步频段,在5G发展初期有利于促进5G网络的部署和产业的成熟。中国电信正在积极参与关于5G频段扩展的研究。

 

5G服务化架构及能力开放

5G 核心网实现了网络功能模块化、控制功能与转发功能彻底分离。5G核心网控制面基于服务化构架设计,规避了传统模块间紧耦合带来的繁复互操作,提高功能的重用性,简化业务流程实现,同时采用了TCP/TLS/HTTP2/JSON服务接口协议,提升了网络的灵活性和可扩展性。

 

 

4

 

但是,服务化架构的引入也带来新的挑战,例如,由于服务可灵活编排,协同管理要求更精细,管控更复杂;相对于传统通信协议,服务化接口协议开销大,且无状态的处理交互更频繁,时延、IO 和处理负荷增加;5G核心网网元功能和服务更多,接口对接的调试和验证工作难度更大。

 

多网络融合

5G是多种接入技术融合的网络,应遵循多网协同的原则,即5G和4G、 WLAN等网络共同满足多场景的需求,实现室内外网络协同;同时保证现有业务的平滑过渡,不造成现网业务中断和缺失。

 

多接入边缘计算

考虑到未来5G时代将同时存在移动、固定等多种网络,为了缓解5G移动网络流量激增对回传网络的压力、提升并保证用户在多网络中的业务一致性体验,中国电信需要发挥已有固网资源(传输、CDN)优势,通过构建统一的MEC,,实现固定、移动网络的边缘融合。

 

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同时,对于更低时延的URLLC类业务,可以根据其时延需求将MEC下沉到更靠近网络边缘的位置,从而最大限度地消除传输时延的影响,满足毫秒级极低时延的业务需求。

 

网络切片

端到端的网络切片涉及核心网络(控制平面和用户平面)、无线接入网、IP承载网和传送网,需要多领域的协同配合。中国电信将着力打通从无线到核心、从IP承载网到传送网的端到端服务,确保网络切片满足不同业务和垂直行业的需求,后续将加强网络切片的设计、编排以及管理方面的研究,例如网络切片管理/网络切片子网管理与 MANO 以及承载网络的相互协同。

 

人工智能技术

由于5G网络架构必须能够提供足够的灵活性、可扩展性、可编程性,以及应对业务的多样化和定制化,这对传统的大量依赖人工的网络部署和运营维护方式提出了新的挑战。因此,5G网络需利用数据驱动的人工智能技术来改变网络运作模式,实现智能的5G时代。

 

推动实现智能5G,主要包括:智能化网络切片编排管理、智能化网络资源调度与配置、智能化5G网络绿色节能和智能化5G边缘计算。

 

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