5G承載網到底有什么不同？
大家好，我是小棗君。
今天這篇文章，我們來聊一聊5G承載網。
什么是承載網?顧名思義，承載網就是專門負責承載數據傳輸的網絡。
以前我們更多介紹的是接入網和核心網。如果說核心網是人的大腦，接入網是四肢，那么承載網就是連接大腦和四肢的神經網絡，負責傳遞信息和指令。
承載網、接入網、核心網相互協作，最終構成了移動通信網絡。
雖然承載網的重要性被大家一致認可，但存在感卻很弱。
在大多數人看來，承載網只是一個管道。只要它沒有斷，就不用去管它。
通信網絡本來就是一個管道，承載網是“管道中的管道”
也有很多人認為，承載網的技術含量低，整天就是面對讓人密集恐懼癥發作的光纖和網線，沒有什么前途可言。
其實，這都是對承載網的誤解。
承載網看似簡單，實際上內部結構非常復雜。承載網的整個技術體系規模，一點都不輸給接入網和核心網。
尤其是5G時代下，承載網的發展更是到了“瘋狂”的地步，引入了很多高大上的黑科技，讓人目不暇接，不明覺厲。
一、5G承載網，到底要咋辦?
從1G到4G，承載網經歷了從低帶寬到高帶寬、從小規模到大規模的巨大變化。
如今的承載網網絡，事實上已經非常強大和完善了。承載網設備的性能，也十分強勁。
機房里插滿光纖的傳輸設備
盡管如此，在5G面前，這些現有設備和技術方案還是只有瑟瑟發抖的份。
進入5G時代，通信網絡的指標發生了大幅的變化，有的指標標準甚至提升了十幾倍。想要達到要求，只靠無線空中接口部分改進是辦不到的。包括承載網在內的整個端到端網絡架構，都必須自我革命。
那承載網的革命目標在哪里呢?主要來說，包括以下幾個方面：
1. 大帶寬
帶寬!帶寬!帶寬!
毫無疑問，帶寬是5G承載網最基礎和最重要的技術指標。空口的速率提升了幾十倍，承載網相應也要大幅提升。尤其是在目前5G剛起步的階段，eMBB是首先要實現的業務場景，最關注的也就是帶寬。
2. 低時延、高可靠性
車聯網、工業控制等垂直行業，對網絡的時延和可靠性要求苛刻。
5G最重要的需求之一，就是低時延低，需要實現個位數毫秒級的端到端時延。承載網作為端到端的一部分，雖然不是時延的重點提升對象，但也要分攤一部分指標壓力。
在5G很多場景下，都提出了“6個9級別(99.9999%)”的可靠性要求。因此，承載網也必須服務于這樣的要求，還要有足夠強大的容災能力和故障恢復能力。
3. 高精度同步能力
5G對承載網的頻率同步和時間同步能力提出了很高的要求。
同步到底是干啥用的?
簡單舉幾個例子：5G的載波聚合、多點協同和超短幀，需要很高的時間同步精度;5G的基本業務采用時分雙工(TDD)制式，需要精確的時間同步;再有就是室內定位增值服務等，也需要精確的時間同步。
4. 易于運維
5G承載網將會無比巨大，設備數量多，網絡架構復雜。如果網絡不能夠做到靈活、智能、高效、開放，那對于運營商和運維工作人員來說就是一場噩夢。
5. 低能耗
網絡既要足夠強大，又要盡量省電。省電就是省錢。
6. 支持切片
切片之前介紹過，它是5G網絡的核心能力。承載網當然也必須支持切片。
圖片來自公眾號“無線深海”
以上幾個方面，就是5G承載網自我革命的目標。任何一個目標無法實現，就不是合格的5G承載網。
二、5G承載網，到底包括哪些部分?
介紹5G承載網結構之前，先來看看接入網的變化。
4G接入網，大家都很熟悉了，是由BBU(基帶處理單元)、RRU(射頻拉遠單元)、天饋系統共同組成的。
到了5G，接入網被重構為3個功能實體，分別是：
- CU(Centralized Unit，集中單元)
- DU(Distribute Unit，分布單元)
- AAU(Active Antenna Unit，有源天線單元)
BBU+RRU+天饋 CU+DU+AAU
- CU：原BBU的非實時部分將分割出來，重新定義為CU，負責處理非實時協議和服務。
- DU：BBU的剩余功能重新定義為DU，負責處理物理層協議和實時服務。
- AAU：BBU的部分物理層處理功能與原RRU及無源天線合并為AAU。
之所以要拆分得這么細，是為了更好地調配資源，服務于業務的多樣性需求(例如降低時延、減少能耗)，服務于“網絡切片”。
接入網變成AAU、DU、CU之后，承載網也隨之發生了巨變。
在此澄清一個誤區：一直以來，很多人認為承載網只是連接接入網和核心網的，就像本文開頭畫的那樣：
其實是不嚴謹的，那樣畫只是為了方便。準確來說，承載網也包括接入網內部連接的部分，還有核心網內部連接的部分。所以，更準確的邏輯關系畫法，應該是這樣：
這才能真正體現“承載”的奧義
5G接入網網元之間，也就是AAU、DU、CU之間，也是5G承載網負責連接的。不同的連接位置，有自己獨特的名字，分別叫作：前傳、中傳、回傳。
- AAU和DU之間，是前傳
- DU和CU之間，是中傳
- CU和核心網之間，是回傳
這三個“傳”，都屬于承載網。
現實生活中的5G網絡，DU和CU的位置并不是嚴格固定的。運營商可以根據環境需要，靈活調整。
D-RAN就是分布式無線接入網(Distributed RAN)，C-RAN是集中化無線接入網(Centralized RAN)。
4G時期，所謂分布和集中，指的就是BBU的分布或集中。5G時期，指的是DU的分布或集中。這種集中還分為“小集中”和“大集中”。
5G接入網，會存在多種部署模式
再次提醒，采用C-RAN進行集中化的目的，就是為了實現統一管理調度資源，提升能效，也可以進一步實現虛擬化(接入網那篇文章有詳細介紹)。
正因為部署模式的多樣性，使得前傳、中傳、回傳的位置也隨之不同。
不同的接入網部署方式=不同的承載網位置
電信運營商在不同的地方有不同等級的機房。例如大城市的電信大樓機房，往往是核心機房。普通辦公樓里面的基站機房，就是站點(接入)機房。小城市或區級電信樓里，也有機房，可能是匯聚機房。
用一張完整的承載網結構圖，幫助大家理解(可能有點暈)
承載網結構圖(范例)
從整體上來看，除了前傳之外，承載網就是主要由城域網和骨干網共同組成的。而城域網，又分為接入層、匯聚層和核心層。
所有接入網過來的數據，最終通過逐層匯聚，到達頂層骨干網。
前傳到底是用了哪些設備和技術呢?中傳呢?回傳呢?繼續往下看。
三、前傳部分
前傳就是AAU到DU之間這部分的承載。它包括了很多種連接方式，例如：
- 光纖直連
- 無源WDM/WDM-PON
- 有源設備(OTN/SPN/TSN)
- 微波
簡單介紹一下。
1. 第一種，光纖直連方式。
每個AAU與DU全部采用光纖點到點直連組網，如下圖：
這就屬于典型的“土豪”方式了，簡單直接。但是，這種方式光纖資源占用很多，更適用于光纖資源比較豐富的區域。
而且，這種方式更適合5G建設早期。隨著5G建設的深入，基站、載頻數量也會急劇增加，這種方式肯定是玩不起的。
2. 第二種，無源WDM方式。
將彩光模塊安裝到AAU和DU上，通過無源設備完成WDM功能，利用一對或者一根光纖提供多個AAU到DU的連接。
如下圖：
(1) 什么是WDM?
WDM就是波分復用(Wavelength Division Multiplexing)，是將兩種或多種不同波長的光載波信號(攜帶各種信息)在發送端經復用器(Multiplexer)匯合在一起，并耦合到光線路的同一根光纖中，以此進行數據傳輸的技術。
(2) 什么是彩光模塊?
光復用傳輸鏈路中的光電轉換器，也稱為WDM波分光模塊。不同中心波長的光信號在同一根光纖中傳輸是不會互相干擾的，所以彩光模塊實現將不同波長的光信號合成一路傳輸，大大減少了鏈路成本。
和彩光(Colored)相對應的，是灰光(Grey)。灰光也叫白光或黑白光。它的波長是在某個范圍內波動的，沒有特定的標準波長(中心波長)。一般客戶側光模塊會采用灰光模塊。
采用無源WDM方式，雖然節約了光纖資源，但是也存在著運維困難，不易管理，故障定位較難等問題。
3. 第三種，有源WDM/OTN方式。
在AAU站點和DU機房中配置相應的WDM/OTN設備，多個前傳信號通過WDM技術共享光纖資源。
如下圖：
這種方案相比無源WDM方案，組網更加靈活(支持點對點和組環網)，同時光纖資源消耗并沒有增加。從長遠來看，是非常不錯的一種方式。
4. 第四種，微波方式。
這種方式很簡單，就是通過微波進行數據傳輸，非常適合位置偏遠、視距空曠、光纖無法到位的情況。
四種方式的優缺點對比如下表所示：
根據目前的情況，在5G部署初期，前傳承載這部分仍然以光纖直驅為主，無源WDM方案進行補充。
這里要補充給大家介紹兩個和前傳有關的概念，那就是CPRI和eCPRI。
CPRI就是Common Public Radio Interface，通用公共無線電接口。4G時代，BBU和RRU之間就是這個接口。它是一個通用的接口，有多個不同的版本，不同的版本對應不同的網絡制式。
BBU和RRU之間的CPRI光纖
到了5G時代，AAU和DU之間的帶寬可能會達到數百Gbps，CPRI已經無法滿足要求，所以就升級到了eCPRI接口規范(enhanced CPRI，增強型CPRI)，顯著提升了接口帶寬。
說到帶寬，前面我們說5G需要很大的帶寬，到底有多大呢?
目前的4G LTE網絡，主流子載波帶寬是20MHz，單基站的峰值吞吐量大約是240Mbit/s。(是的沒錯，一個基站的帶寬其實并沒有大家想的那么大。)
而5G網絡，尤其是毫米波頻段，空口頻寬達到100-400MHz，甚至更高。在Massive MIMO(增強多天線)等空口技術的進一步加持下，單基站的帶寬將是4G的幾十倍。
5G基站帶寬估算參考
根據測算結果，在5G建設前期，運營商單基站帶寬參考值將會采用10GE或25GE的標準。(4G時大部分站點的標準只是1GE。即便如此，前傳帶寬浪費還比較嚴重。)
5G前傳的帶寬標準
接入環節點的帶寬將由部署方式和類型決定，5G熱點地區的帶寬顯然會比一般地區的帶寬更大(節點更多，高頻站更多)。
四、中傳和回傳部分
因為帶寬和成本等原因，中回傳肯定不能用光纖直連或無源WDM之類的了，微波也不現實。
5G中回傳承載方案，主要集中在對PTN、OTN、IPRAN等現有技術框架的改造上。
從宏觀上來說，5G承載網的本質，就是在4G承載網現有技術框架的基礎上，通過“加裝升級”的方式，引入很多黑科技，實現能力的全面強化。
以國內三大運營商的5G中回傳承載網方案為例，基本上都是在現有方案上進行加強和改良，從而實現對5G的支持。
1. 中國移動
首先看實力最強的中國移動。
移動認為，SPN是最適合自己的方案，能夠滿足自己的所有需求。
SPN，就是Slicing Packet Network，切片分組網。它是中國移動自主創新的一種技術體系。
中國移動的4G承載網是基于PTN(Packet Transport Network，分組傳送網)的。而SPN基于以太網傳輸架構，繼承了PTN傳輸方案的功能特性，并在此基礎上進行了增強和創新。
感覺在移動的眼里，SPN就是以太網上“升級”一個光接口，可以充分利用現在非常成熟的以太網生態鏈，實現比較高的性價比。
因此，移動非常看好SPN，并竭盡全力推動SPN的標準立項，還大力扶持SPN上下游產業鏈的發展。在它的努力下，SPN技術確實發展很快，產業鏈也日趨完整。
2. 中國電信
中國電信在5G承載領域主推M-OTN方案。M-OTN基于OTN，是面向移動承載優化的OTN技術(Mobile-optimized OTN)。
之所以電信會選擇M-OTN，和電信擁有非常完善和強大的OTN光傳送網絡有很大的關系。眾所周知，電信的老本行是固網寬帶，在光傳輸網基礎設施方面還是很有家底的，帶寬資源也非常充足。
OTN作為以光為基礎的傳送網技術，具有的大帶寬、低時延等特性，可以無縫銜接5G承載需求。而且，OTN經多年發展，技術穩定可靠，并有成熟的體系化標準支撐。對電信來說，可以在已經規模部署的OTN現網上實現平滑升級，既省錢又高效。
3. 中國聯通
中國聯通比較缺錢，利舊自家IPRAN是肯定的。
IPRAN是業界主流的移動回傳業務承載技術，在國內運營商的網絡上被大規模應用，在3G和4G時代發揮了卓越的作用，運營商也積累了豐富的經驗。
但是現有IPRAN技術是不可能滿足5G要求的，所以聯通就搞起了IPRAN2.0，也就是增強IPRAN。
IPRAN2.0在端口接入能力、交換容量方面有了明顯的提升。此外，在隧道技術、切片承載技術、智能維護技術方面也有很大的改進和創新。
中國聯通一直都在做IPRAN 2.0規范的功能驗證和性能測試，總體情況看上去也還好。
以上，就是國內三大運營商5G中回傳承載網方案情況。
名言有云，“經濟基礎決定上層建筑”。其實這和現在的情況倒是有幾分相似。
承載網作為通信網絡的軀干，涉及到大量的資金投入，運營商肯定會充分考慮資源復用、建設成本以及產業成熟度等多方面因素，慎重選擇最適合自己的方案。
而面對這樣的情況，作為產業鏈上下游的企業來說，其實是很痛苦的。
大型設備商還好說，中小廠家很難同時從事多個跑道的研究。如果各大方案不能朝融合的方向發展，就被迫使得產業鏈企業選擇“站隊”。這肯定會制約產業鏈的擴大和共享，也會影響承載網絡建設整體成本的下降。
所以，很多專家都呼吁各大運營商的方案能盡量“融合”，最好是殊途同歸。這樣的話，不管是對產業鏈，還是對運營商，都是好事。對最終用戶來說，也是好事。
