基于光傳送網(wǎng)的5G前傳承載技術(shù)研究

劉春林 張立祥

摘 ? 要：隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)在我國不斷推進，如何利用一張統(tǒng)一的承載網(wǎng)來滿足5G不同業(yè)務(wù)需求是5G承載網(wǎng)面臨的巨大挑戰(zhàn)。光傳送網(wǎng)技術(shù)結(jié)合了光傳輸和電處理的優(yōu)勢，不僅可以提供點到點的管道連接和組網(wǎng)能力，而且可以承載遠距離、大容量的數(shù)據(jù)傳輸。因此，光傳送網(wǎng)技術(shù)在5G這場劃時代的技術(shù)演進潮流中需不斷創(chuàng)新，從而實現(xiàn)對5G前傳、中傳、回傳3個部分的高效承載。文章旨在根據(jù)5G需求的典型前傳組網(wǎng)場景，分析研究基于光傳送網(wǎng)的光纖直連、無源WDM、有源WDM/OTN 3種5G前傳承載方案的特點，并對5G前傳承載網(wǎng)技術(shù)的演進趨勢進行闡述。

關(guān)鍵詞：光傳送網(wǎng);5G;前傳承載技術(shù);研究

1 ? ?光傳送網(wǎng)作為5G前傳承載網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢

5G承載網(wǎng)絡(luò)由前傳、中傳、回傳3個部分組成。5G承載網(wǎng)的不同部分，均以server-client流量為主，server-server流量占比較少。由于5G業(yè)務(wù)有高帶寬、低時延、泛連接的需求，因此，光傳送網(wǎng)天然地具備著承載高帶寬、低時延、一跳直達的優(yōu)勢。

從前傳部分來說，5G初期主要是增強移動寬帶（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）業(yè)務(wù)的應(yīng)用，延續(xù)著4G時代一個基站配備3個有源天線處理單元（Active Antenna Unit，AAU）的方式。5G逐漸成熟后，可以根據(jù)實際應(yīng)用業(yè)務(wù)所需的流量，靈活選擇新建高頻基站、擴展低頻AAU、低頻基站基礎(chǔ)上增配高頻AAU等方案，達到擴展網(wǎng)絡(luò)容量的目的[1]。

2 ? ?典型的5G前傳組網(wǎng)場景

根據(jù)分布單元（Distribute Unit，DU）部署位置，5G前傳有兩種典型場景—大集中和小集中。

（1）小集中：DU部署于網(wǎng)絡(luò)拓撲較低層次，與4G宏站基帶單元（Baseband Unit，BBU）部署層次差不多，一般與DU相連的5G AAU數(shù)量應(yīng)不高于30個（不高于10個宏基站）。其特點是DU部署在某個基站機房內(nèi)，可和該基站機房附近的AAU通過接入光纖實現(xiàn)連接，并且接入端可用光纖數(shù)量必須高于AAU的數(shù)量。

（2）大集中：DU部署于網(wǎng)絡(luò)拓撲較高層次，放置在綜合接入點機房，一般與DU相連的5G AAU數(shù)量高于30個（高于10個宏站）。進一步依據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求、光纖的資源、網(wǎng)絡(luò)拓撲分布等，又可以將大集中的場景再細分為P2P大集中和環(huán)網(wǎng)大集中兩種。P2P大集中的特點是接入骨干層的光纖拓撲為樹型結(jié)構(gòu)，適合采用點到點波分復用（Wave Division Multiplexing，WDM）組網(wǎng)。DU池放置在綜合接入機房，便于集中維護;環(huán)網(wǎng)大集中的特點是為達到節(jié)省光纖資源的目的，接入骨干層的光纖拓撲為環(huán)形結(jié)構(gòu)，適合采用WDM環(huán)形組網(wǎng)[2]。

3 ? ?光纖直連方案

采用光纖直連的方案，BBU與每個AAU的端口全部采用光纖點到點直連組網(wǎng)。優(yōu)點是實現(xiàn)簡單，但最大的問題就是光纖資源占用太多。因為在5G時代，基站數(shù)量、前傳帶寬和載頻數(shù)量將會快速增加，應(yīng)該注意選擇該方案會促使對光纖占用量的增加。所以該方案比較適用在光纖資源非常富余的地區(qū)。在光纖資源緊缺的地區(qū)，為克服該問題，一般還是采用設(shè)備承載方案。

4 ? ?無源 WDM方案

無源WDM方案采用波分復用技術(shù)，把彩光模塊安裝在AAU和DU無線設(shè)備上，通過無源的合波/分波設(shè)備完成WDM功能，因此使用一對甚至一根光纖可以提供多個AAU到DU之間的連接[3]。

根據(jù)采用的波長屬性，無源波分方案可以再細分為無源粗波分（Coarse Wavelength Division Multiplexing，CWDM）和無源密集波分（Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM）。

與光纖直連方案比較，無源WDM方案優(yōu)點是節(jié)省了光纖，但是在應(yīng)用中也存在一定的局限性，包括：

（1）波長通道數(shù)受到限制，粗波分復用（CWDM）技術(shù)標準由于考慮到色散問題，雖然定義了16個通道，但能用于5G前傳的無源CWDM方案只能利用前幾個通常為1 271～1 371 nm的通道，波長數(shù)量有限，可擴展性較差。

（2）波長規(guī)劃復雜，WDM方案需要每個AAU使用不同波長，因為可調(diào)諧彩光光模塊成本較高，如果采用成本較低的固定波長的彩光光模塊，則會增加光模塊的管理、備品備件、波長規(guī)劃等環(huán)節(jié)的工作量，所以前期必須要做好波長規(guī)劃和管理[4]。

（3）運維困難，不易管理，由于無法監(jiān)測誤碼，無法在線路性能劣化時執(zhí)行倒換，出了故障后，難以具體定界出問題的責任方，并且?guī)磉\維工作量增加。另外，彩光光模塊的使用可能導致安裝和維護界面不夠清晰，缺少運行、管理和維護（Operation Administration Maintenance，OAM）機制和保護機制。

相比無源CWDM方案，無源DWDM方案顯然可以提供更多的波長。但是更多的波長也意味著更高的波長規(guī)劃和管控復雜度，通常需要可調(diào)激光器，帶來更高的成本。目前支持25 Gb/s速率的無源DWDM光模塊還有待研究。

針對5G承載的需求，基于遠端集中光源的新型無源DWDM方案在降低成本，特別是接入側(cè)成本、提高性能和維護便利性方面具有一定的優(yōu)勢，不但繼承了傳統(tǒng)無源方案節(jié)省光纖、成本低、方便插入無線設(shè)備的優(yōu)勢，還補齊了其可靠性和運維管理上的短板，成為5G前傳承載領(lǐng)域具有競爭力的一種方案。

對于無源WDM方案，線路側(cè)可采用OTN封裝，基于OTN的OAM能實現(xiàn)有效的維護管理和故障定位。

5 ? ?有源WDM/OTN方案

有源WDM方案在DU機房和AAU站點部署城域接入型的WDM/OTN設(shè)備，多路前傳信號通過波分復用共享光纖資源，通過OTN的開銷提供服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS），實現(xiàn)管理和保護。

接入型WDM/OTN設(shè)備與無線設(shè)備通過標準灰光接口連接，WDM/OTN設(shè)備內(nèi)部完成端口匯聚、OTN承載、彩光拉遠等功能。相比無源波分方案，有源WDM/OTN方案可以支持點對點和組環(huán)網(wǎng)，組網(wǎng)更加靈活。有源WDM/OTN方案除了節(jié)約光纖以外，還可進一步提供環(huán)網(wǎng)保護等功能，從而提高資源利用率和網(wǎng)絡(luò)可靠性。但有源WDM/OTN方案目前造價比較高，未來可以通過采用低成本的可插拔光模塊或非相干超頻技術(shù)來降低造價。

6 ? ?結(jié)語

5G時代，考慮到基站密度的增加和潛在的多頻點組網(wǎng)方案，光纖直連需要消耗大量的光纖，某些光纖資源緊張的地區(qū)難以滿足光纖需求，需要設(shè)備承載方案作為補充。

無論是小集中還是P2P大集中，有源方案和下一代DWDM無源方案都能滿足，需要綜合考慮無線業(yè)務(wù)優(yōu)化效果、機房資源和網(wǎng)絡(luò)光纖，來選擇性價比最佳的解決方案。對于環(huán)網(wǎng)大集中，有源DWDM方案具有明顯的比較優(yōu)勢，在節(jié)約光纖的同時還可以提供環(huán)網(wǎng)保護等功能。

為了滿足5G時代的超大帶寬需求，在短距前傳領(lǐng)域，通過非相干技術(shù)，目前已經(jīng)能實現(xiàn)5倍速率擴展。未來隨著數(shù)字信號處理（Digital Signal Processing，DSP）超頻技術(shù)的發(fā)展，將進一步實現(xiàn)包括10倍以上的更高速率擴展。為了滿足5G前傳低成本和低時延的需求，需要對OTN技術(shù)進行簡化，包括使用更大的支路時隙（TS）、簡化開銷、減少復用層級等?？傊?，實現(xiàn)5G高效承載，可以通過改進技術(shù)彌補短板，是一條能很好平衡成本和風險的技術(shù)演進路線。

[參考文獻]

[1]荊瑞泉.5G時代，城域光傳送網(wǎng)發(fā)展趨勢探討[J].通信世界，2019（19）：44-45.

[2]王永江.面向5G的光傳送網(wǎng)（OTN）承載方案分析[J].中國新通信，2019（7）：72.

[3]賀石嘉，侯揚.基于OTN新技術(shù)在干線傳輸網(wǎng)中的應(yīng)用[J].通信電源技術(shù)，2019（6）：245-246.

[4]舒文瓊，刁興玲.5G為光傳送網(wǎng)帶來新機遇NGOF新增兩大工作組[J].通信世界，2019（3）：43.