5G传输的规划设计与发展应用

5G传输的规划设计与发展应用

阎 洁

中国移动天津公司 天津市 300090

摘要：随着信息时代的快速发展，对于移动通信网络提出更高要求，建设5G移动通信网络，提升网络传播速度，提高云能网络容量，业务多元化转变，让信号传播优势更加显著。如今5G网络投入商用，逐渐取代4G的移动网络占有率，也成为新一代信息通信技术的主要研究对象。

关键词：移动通信网络，5G传输发展，规划设计，5G通信

引言

当今社会信息化发展迅速的时代背景下，移动通信技术正在逐步发展成为人们日常生活和工作之中必不可少的技术。而5G通信技术恰巧是一项十分符合当前生活节奏的信息技术，因此可以预见在未来发展中必定会具有巨大的优势。

1. 5G移动通信网络的优势分析
　　5G通信技术基于4G技术基础实现商用。和4G技术相比，5G技术做出重大突破，给用户带来更快的传输效率和网络带宽，具有高速率、低延时和泛在网的特征。5G网络的高速度是指传输速率较4G网络大幅提升，4G网络速率峰值只能达到5G百分之一。泛在网是指网络无所不在，如今信息技术快速发展，5G网络旨在实现任何地点、时间以及用户的通畅使用。低延时性是指5G网络的延时低于1ms，远低于4G网络，缩短了用户等待时间。5G网络具有更高的频谱利用率和传播速度，充分满足大量用户的需要，通过提高信息资源的利用率，让信息传播优势更加明显。5G移动网络致力于提高信息传播速度，提高信号和网络的稳定性，随着联合智能技术的应用，让5G移动网络功能更加完善，朝向智能化发展。5G网络在各个行业中的灵活使用，将进一步丰富5G业务，提高移动通信质量，推动产业融合，让移动通信网络优势取得突破性进展。

2. 5G传输系统的总体规划设计

5G移动通信业务不断发展，传输带宽需求持续增长，波分复用系统越来越多的应用于城域传输网络。目前，将波分复用技术引入城域光传送网络的主要方式有两种：一种是密集波分复用（DWDM），另一种是粗波分复用（CWDM）。CWDM和DWDM相比较来说，城域DWDM来源于长途技术，技术成熟、传输距离远、波长数量多，通常适用于核心层。而CWDM是针对网络边缘需求而产生的技术，设备体积小、功耗低、价格便宜，通常适用于接入层。CWDM技术延续了DWDM所具有的高带宽技术优势，同时也具备传统DWDM技术所不具备的多业务接口、成本低、功耗低、体积小等诸多优点，使其在实际应用中具有非常广阔的前景。

在规划传输网络设计时，首先要弄清楚所设计的系统的整体背景和业务需求，它所处的地理位置，以及当前和未来3-5年内对容量的需求，ITU-T系列标准及系统性能指标，并充分考虑当前设备和技术的的成熟程度等。在充分完成调查准备的基础上，对以下问题进行具体的考量和规划。

2.1 路由和局站

首先要在城域光网络中源宿两个可接入的网络终端站点之间选择最合理的路由、设置中继站。既要考虑上下行网络的需要，又要考虑信号放大和再生的需求，考虑适当设置再生器、光纤放大器恢复信号的幅度和波形，解决光纤通道的色散和衰减导致传输距离受限的问题，从而实现长距离传输的目的。规划路由一般以“直”和“近”为原则，为了达到最高的资源利用率和网络覆盖效果，需要考虑与一级干线、二级干线等不同级别线路的配合。

2.2 系统设定

目前，OTN设备和WDM设备已经大量应用于移动通信网络中，具备较好的系统兼容性和组网灵活性。在规划设计时，需要充分考虑到设备的兼容性和组网灵活性，还要考虑不同层面的系统网络架构，同时要满足业务承载需求，合理选择光电层的设备制式、型号以及容量等，确保系统在网络容量、覆盖节点、高可用性、调度能力等实力方面具备优势。

2.3 光纤选型

目前电信运营商已选择应用的光纤类型主要有G.652光纤,G.652光纤是目前已经大量铺设、在1.3um波段性能最佳的单模光纤，该光纤设计简单、工艺成熟、成本低。此外，G.654E超低损耗光纤优势也逐步显现，各大通信运营商正在加速商用步伐，G.654E在1.55um波长附近的衰减比G.652光纤要低10%以上，成为这个波段衰减最小的单模光纤，该光纤具备了低衰减和大覆盖面积两个重要特征，但受制于规模效应，价格成本居高不下。系统设计人员可根据具体需求选择适当的光纤类型和工作波长。

2.4 设备选型

WDM技术是一根光纤中可以同时传输上百个光波道，并且伴随光纤放大器的使用，可以将大功率的多波长光信号耦合进一根光纤。发送、接收、中继、分插复用设备等是光纤传输链路的重要组成部分，因此，选择性能好、可靠性高、兼容性好的设备，综合考虑成本价格因素，是传输网络设计成功的重要保障。

2.5 功率和色散预算

功率和色散预算是保证系统工作在良好状态下的必要因素，需要设计人员对于实际系统，对中继段光通道的功率损耗、色散代价、反射代价、光缆线路富裕度M和色散进行估算预算，以达到最佳的性能指标。

3. 5G传输线路的设计原则

随着光通信技术的飞速发展，光纤传输系统的容量也在迅速提高，采用以10G为基础速率的密集波分复用DWDM技术进行超大容量、多波长光通信传输已成为电信运营商进行通信的主要手段。对于光通信系统来说，传输光缆线路质量对波分传输系统性能的作用至关重要，影响10Gb/s 及以上DWDM系统的参数主要有三个:衰减、色度色散和偏振模色散(PMD)，另外，光纤的反射系数也是影响系统开通质量的重要因素。那么，如何进行光缆线路的设计和选型，确保传输网络安全稳定、可靠运行，需要在进行线路设计时遵循以下几点基本原则。

3.1 光缆线路多路由接入及保护倒换

目前城域网全面采用直驱光纤来传送数据业务，以及双归属模式实现业务的自动保护倒换。WDM/OTN系统的保护方式主要实现基于链路的光复用段1+1 保护、光通道1+1 保护以及1:N 通道保护，同时重点实现环网应用时的各种保护方式。在设计阶段，应考虑WDM/OTN系统的保护需求，各节点应采用多路由光缆接入，不满足多路由接入的应进行新建或改造。

3.2 光缆线路敷设要求

光缆的敷设安装除应满足国家及通信行业主要的相关标准、规范和规定，各类强制性条文必须严格应用执行。还要严格按照各类规范标准指导实施操作，明确光缆布线、接续、成端、标识、防电以及防雷接地等工艺要求和可用性指标等。

3.3 段间传输距离设计

传输系统段间的传输距离应同时满足所允许的衰减受限和色散受限的要求。应分别计算出衰减受限和色散受限时的段间长度，取其中的较小值。根据衰减和色散受限系统实际可达段间距离的有关计算，结合设备厂家技术手册提供的数据，通过对节点间参数的核算，配置满足相应中继段使用要求的设备器材。

3.4 光纤测试指标

在系统设计前，需对拟使用的光缆进行测试，以便根据拟用光缆的光纤长度、衰减、反射系数、色度色散和偏振模色散(PMD)等指标配置合理的传输设备。

4. 探讨传输技术在5G移动通信网络的发展应用

近年来，5G网络技术的变革，带动ToB、ToC业务的快速发展，随着100G技术的规模商用，形成了新的通信发展形态。面对未来以数据中心、云机房为核心的数据流量发展趋势，骨干传输网的流量飞速增长，提升网络容量满足业务需求的增长并降低每比特的传输成本，5G传输技术还需要进一步发展。

当今5G大带宽下，主流发展趋势为G.654E光纤和G.652光纤，承载波分OTN系统单波超100G的传输能力。笔者根据有关5G商用项目测试，测试单载波100G、200G、400G系统在波道间隔50GHZ无电中继情况下的极限传输距离。实际测试了G.652光缆+EDFA放大器、 G.654光缆+EDFA放大器、G.652光缆+拉曼放大器及G.654+拉曼这四种传输方式，分别承载OTN系统单波400G发送100公里后，在接收端的光信噪比OSNR、纠前误码率BER和主光路平坦度。测试结果显示单载波400G，最佳入纤状态下，G.654和G.652光缆的收端OSNR均能满足行业应用要求。

根据测试结果分析，相比现有网络的优点和缺点，400G相比当前100G系统，提升了系统容量，降低了单bit成本，但是传输距离上不如单波100G系统。结合城域网面积及各运营商现有网络架构综合分析，超100G系统适用于城域核心层网络。

对于单载波超100G的WDM系统，随着单载波速率的提升，系统的OSNR容限要求越高。OSNR与入纤光功率、光放段的衰减等因素有关。G.654E光线的大有效面积、低衰减特性，能够有效提升OSNR。因此，OTN网络承载业务带宽需求随着云网业务的到来，将在几年内成倍爆发式增长，城域OTN传输网络应加速G.654E超低损耗光纤及大有效面积新型光纤的应用，提前搭建好200G/400G或1T的超带宽平台，应对未来业务大带宽承载需求。

结束语

目前我国的5G通信技术走在了世界的前列，面向未来业务爆炸发展，网络需要更好的弹性和可扩展性，全面打造面向5G和全业务的立体化、一体化、智能化的全光基础网，深度融合发展5G技术应用,才能在行业以及市场中占据领先地位并带动其他行业的发展。