理论篇·了解5G无线网络架构跟5G网络如何规划

5G无线网络架构机规划

5G通信网络架构

移动通信网络由三部分构成
接入网、承载网、核心网

接入网的发展历程

1G基站 BS
2G基站 BTS
3G基站 NodeB
4G基站 eNB
5G基站 gNB

无线接入网架构演进

D-RAN：分布式无线接入网
D-RAN优点：
1、BBU和RRU分离，缩短了RRU和天线之间馈线的长度，减少信号损耗
2、网络规划更加灵活
3、RRU和天线距离近，放置和安装更加方便灵活
C-RAN:云无线接入网
Centralization（集中化）
Cloud（云化）
Cooperation（协作）
Clean（清洁）
C-RAN优点：
1、减少了基站机房建设
2、降低了租金成本
3、人力维护成本
4、集中化BBU池，易于管理维护

4G时代无线接入网架构

5G时代C-RAN架构

5G时代，接入网又发生了很大的变化。5G需要满足业务面向多样化需求，支持超高速率、超低时延和超多连接，因此对基站和接入网架构都提出新的需求：
5G基站前传带宽高达数百G至Tbps，传统BBU与RRU之间的CPRI光线接口压力太大，需将部分功能分离，以减少前传带宽。
5G面向多业务，低时延应用需更加靠近用户，超大规模物联网应用需高效的处理能力，5G基站应具备灵活的扩展功能。
5G基站被重构为三部分：CU、DU和AAU。AAU与DU之间的网络称为前传，CU和DU之间称为中传，而CU到核心网之间称为回传。
这样的架构设计可以更好的促进RAN虚拟化，还可减少前传带宽，同时满足低时延需求。

5G网络，除了网速更快之外，还有时延低，支持海量连接，支持高速移动等特性。
不同场景下，对于网络的特性要求（网速、时延、连接数、能耗），其实是不同的，有的甚至是矛盾的。
例如，看高清演唱会直播，你在乎的是画质、音效。延时上，整体延后几秒甚至十几秒，基本无影响。而你远程驾驶，在乎的是时延，时延超过10ms，都会严重影响安全。
为了满足5G不同场景的使用需求，就设计到5G的一个关键技术—切片。
切片，简单来说，就是把一张物理上的网络，按应用场景划分为N张逻辑网络。不同的逻辑网络，服务于不同 场景。

网络切片，可以优化网络资源分配，实现最大成本效率，满足多元化要求。
需求多样化，带来网络多样化的变革：网络的多样化，带来网络切片的技术改变：因为有网络切片的需求，所以网元之间的连接也要灵活变化。
这就带来了5G网络CU和DU这样的新架构。
为了达到5G提出的性能标准要求，同时结合实际的环境条件，CU、DU、AAU可以采取分离或合设的多种部署方式。
回传、中传、前传，指不同实体之间的连接。

网络部署形态：
①与传统4G宏站一直，CU与DU同一环境部署，构成BBU单元。
②DU部署在4GBBU机房，CU集中部署。
③DU集中部署，CU更高层次集中。
④CU与DU共站集中部署，类似4G的C-RAN方式。

5G时代C-RAN架构

5G承载网

前传

光纤直连方式

①成本最高
②结构很简单
③性能最佳
④光纤资源占用最多
①介于了光纤资源
②运维困难，不易管理
③故障定位较难
将彩光模块安装在AAU和DU上，通过无源设备完成WDM（波分复用）功能，利用一对或者一根光纤提供多个AAU到DU的连接。
彩光魔窟奥：光复用传输链路中的光电转换器，也成为WDM波分光模块。不同中心波长的光信号在同一根光纤中传输时不会互相干扰的，所以彩光模块实现将不同波长的光信号合成一路传输，大大减少了链路成本。
采用五元WDM方式，虽然节约了光纤资源，但是也存在着运维困难，不易管理，故障定位较难等问题。

有源WDM/OTN方式

在AAU站点和DU机房间配置相应的WDM\OTN设备，多个前传信号通过WDM技术共享光纤资源。
这种方案相比五元WDM方案，组网更加灵活（支持点对点和组环网），同时光纤资源消耗并没有增加。
BIDI光模块也叫WDM光模块，他利用WDM技术实现了光信号在一根光纤上的双向传输，即它只需使用一个端口来进行光信号的发射和接收，当然，发射和接收方向必须采用不同的中心波长。
BiDi光模块优势：
与传统的光模块相比，BiDi光模块可以从减少光缆、降低光纤配线架端口的数量以及节省空间等方面来降低光纤布线基础设施的成本。

SPN切片分组网络

SPN（Slicing Packet Network）是中国移动面向5G承载的自主创新的技术体系。SPN技术白皮书指出SPN将分为切片分组层（SPL），切片通道层（SCL），切片传送层（STL）三层，结合时间/时钟同步功能模块和管理/控制功能模块，实现大带宽、低时延、高效率的综合业务承载，是打造下一代的以5G承载为核心，兼顾家客、集客业务的统一高效综合业务传输网络的优选方案。

中传和回传

分组增强型OTN+IPRAN方案

2G时代核心网架构 ↑

2.5G过度版本架构↑

3G时代核心网架构 ↑

4G时代核心网架构 ↑

5G时代核心网架构 ↑

5G时代核心网架构（混合型结构图） ↑

5G三多云架构愿景

接入云、控制云、转发云

接入云：实现控制和承载的分离接入资源的协同管理满足未来的多部署场景
控制云：网络控制功能集中网元功能虚拟化
转发云：转发功能靠近基站业务能力与转发能力融合

5G规划目标

覆盖规划

质量规划

eMBB

mMTC
速率要求最低
按3GPP对loT业务的目标速率要求、业务速率可以高至1Mbit/s
uRLLC

成本规划

网络建设投资及运营维护成本
网络建设投资和运维成本之间取得最佳平衡

5G规划流程

①需求分析
本阶段需要明确5G网络的建设目标是展开网络规划工作的前提条件，可以从行政区域划分、人口经济状况、网络覆盖目标、质量目标、等几个方面入手。同时注意手机现网4G站点、数据业务流量分布（MR数据）及地理信息数据，这些数据都是5G无线网络规划的重要输入信息、对5G网络建设具有指导意义。
②网络鬼模估算
通过覆盖和容量估算来确定网络建设的基本规模。进行覆盖估算时，首先应该了解当地的传播模型，然后通过链路预算来确定不同区域的小区覆盖半径，从而估算满足基本覆盖需求的基站数量。再根据城镇建筑和人口分布，估算额外需要满足深度覆盖的基站数量，容量估算则是分析在一定站型配置的条件下，5G网络可承载的系统容量，并计算出是否可以满足用户的容量需求。
③站址规划
通过网络规模估算，估算出规划区域内需要建设的基站数及位置，受限于各种因素，理论位置并不一定可以布站，因而实际站点同理论站点并不一致，这就需要对备选站点进行实地勘察，并根据所得数据调整基站规划参数。内容包括基站选址、基站勘察、基站规划参数设置等。同时应注意利用原有的基站站址建设5G。共站址主要依据无线环境、传输资源、电源、机房条件、工程可实施性等方面综合确定是否可建设。
④无线网络仿真
完成初步的站址规划后，需要进一步将站址规划方案输入5G规划仿真软件进行覆盖及容量仿真分析。仿真分析流程包括规划数据导入、覆盖预测、邻区规划、PCI规划、用户和业务模型配置以及蒙特卡罗仿真，通过仿真分析输出结果，可进一步评估目前的规划方案是否可满足覆盖及容量目标，如果部分区域不能满足要求，则需要对规划方案进行调整修改，使规划方案最终跟着你满足规划目标。
⑤无线参数规划
再利用规划软件进行详细规划评估和优化之后，就可以输出详细的无线参数，主要包括天线高度、方向角、下倾角等小区基本参数、邻区规划参数、频率规划参数、PCI参数等，同时根据具体情况进行规划，这些参数最终将作为规划方案输出参数提交给后续的工程设计及优化使用。