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5G前传WDM技术方案进展分析

The following article is from 信息通信技术与政策 Author 汤瑞,吴冰冰

1 引言


截至2019年年底,我国5G基站数已经超过13万个。目前,我国正在加快推进5G网络建设进度,预计到2020年年底全国5G基站数将超过60万个,5G承载网的建设受到广泛关注。前传网络作为承载网的一部分,相关技术方案的选择将与运营商的投资、建设效率和维护管理等密切相关。


本文从架构、方案、技术成熟度、产业进展等角度综合分析了基于波分复用(WDM)的5G前传方案,介绍了目前5G前传WDM方案在标准化推进、系统测评等方面的进展,并对其未来发展提出了相关建议。


2 5G前传WDM网络架构


5G无线网络部署主要有分布式无线接入网(DRAN)和集中式无线接入网(CRAN)两种场景,其中CRAN又可分为CRAN小集中和CRAN大集中两种模式。CRAN大集中一般需要集中单元(CU)云化和分布单元(DU)池化集中部署来支撑实现。DRAN场景相对简单,有源天线单元(AAU)和DU一般分别部署在塔上和塔下,CRAN场景对应的拉远距离通常在10 km以内[1]


5G前传网络主要实现AAU到DU之间的信号拉远传输。集中式的CRAN架构给5G前传网络提出了新的需求,波分复用成为前传网络的优选方案,并存在无源WDM、有源WDM、半有源WDM等多种WDM网络架构。


2.1 无源WDM方案

无源WDM方案基于无中继放大、无色散补偿的端到端全无源方式来实现低成本的波分复用传输(见图1 )。AAU直接采用彩光模块,通过分支光缆连接到无源合分波器;在局端DU侧,无源合分波器进行波长复用/解复用,实现AAU到局端一一对应的彩光波长连接,部署简单,但存在无故障管理、维护难度较大等问题。


图1 无源WDM架构

2.2 有源WDM方案
有源WDM方案在远端站和局端站均采用室外型有源WDM设备进行电层或/和光层复用(见图2)。该方案减少了末端光纤数量,支持全拓扑结构如环带链/环形/链型/星型,也可以提供电信级的可管理性,但是成本较高,同时受基站供电条件等制约。

图2 有源WDM架构

2.3 半有源WDM方案
随着5G网络部署规模逐渐增加,前传网络将拥有数十万甚至百万量级的海量节点,网络的可维护管理能力成为迫切需求,支持维护管理能力的半有源WDM方案成为目前业界研究的重点方向,其基本架构如图3所示。半有源WDM方案既是有源WDM方案的简化,也是无源方案的增强。远端AAU侧为无源WDM,不受供电限制,局端BBU侧WDM为有源设备,结合光模块调顶功能[3],能够实现监控、故障检测和保护等能力。

图3 半有源WDM架构

3 5G前传WDM技术方案

应用于5G前传的N×25 Gbit/s WDM技术根据使用的波长不同,目前有粗波分复用(CWDM)、基于以太网通道的波分复用( LWDM)、中等波分复用(MWDM)和密集波分复用(DWDM)4种,波长如图4所示。

图4 25G WDM波长选择方案

CWDM系统使用ITU-T G.694.2规范的1271 nm~1491 nm波长范围,通道间隔20 nm。LWDM以IEEE 802.3-2018规范的400 GE LR8波长范围(1273.54 nm~1309.14 nm)为基础,通道间隔800 GHz(约4.4 nm),对于12波系统,需进行4个波长的扩展,目前初定波长范围在1269.3 nm~1318.35 nm。MWDM方案使用的波长范围为1265 nm~1377 nm,对CWDM的6个标准CWDM波长进行通路间隔压缩后扩展得到12个波长。DWDM主要是基于ITU-T G.698.x标准,使用C波段(1529.55 nm~1565.50 nm)。不同WDM技术的关键特性和实现方式比较见表1。

表1 N×25Gbit/s WDM方案比较

4 5G前传WDM产业及标准进展

4.1 5G前传产业进展
从目前5G前传产业发展情况看,CWDM和MWDM主要共用100G CWDM4产业链,光迅、海信、上海欣诺、爱立信、烽火、瑞斯康达、格林威尔等多个模块厂商和设备厂家拥有6波或12波25 Gbit/s CWDM商用产品,多个运营商省公司从2019年开始在现网已启动规模部署了6波和12波无源CWDM产品。

25 Gbit/s MWDM的产业链从2020年开始正在加速成熟当中。在设备方面,包括华为、中兴、烽火在内等厂商已经启动半有源MWDM研发,部分厂家已经完成半有源MWDM原型设备并参加了中国移动的测试,满足MWDM波长、距离和环境要求的模块已有十数家厂家参与开发。

25 Gbit/s DWDM目前已有II-VI、海信、易锐光电等模块厂商可提供固定波长双纤双向25 Gbit/s DWDM光模块,多个光模块公司也正在开发25 Gbit/s可调谐DWDM光模块,包括PIN接收和APD接收,单纤双向和双纤双向光模块,全C波段可调以及窄带可调等多个类型,2019年年底中国联通也在实验室进行了相关系统测评演示。

25 Gbit/s LWDM可重用100G CWDM4、100GLR4、400G LR8等多个产业链,目前旭创、光迅、索尔思、II-VI等模块厂商正在进行LWDM光模块研发,中国电信也在联合设备商、模块商进行产业推进和标准化制定等工作。

4.2 5G前传标准进展
目前,业界已启动5G前传设备和模块的标准制定工作。中国通信标准化协会(CCSA)已经立项城域N×25 Gbit/s WDM系统总体技术部分标准,以及CWDM、MWDM、DWDM、LWDM 4种类型的25 Gbit/s光模块标准。在ITU-T SG15中,Q6正在进行G.698.1、G.698.2和G.698.4面向25 Gbit/s速率的修订工作,计划在其中增加20 km、20个通道的25 Gbit/s接口光层指标,相关情况如表2所示。另外,ITU-T SG15 Q6也已启动基于CWDM 25 Gbit/s方案的前传技术标准化工作的讨论。

表2 N×25 Gbit/s WDM前传设备及模块相关标准化工作

4.3 5G前传方案测评
为了评估25 Gbit/s前传模块的发展水平,充分支持5G的商业进程,IMT-2020(5G)推进组的5G承载工作组分别在2018年和2019年年底组织进行了两次25 Gbit/s及以上速率光模块的测试评估工作。从测试结果来看,近两年25 Gbit/s光模块的成熟度、稳定性以及与设备的兼容性等都有了较明显的提高。

在5G前传设备方面,除了各运营商集团或省公司组织的25 Gbit/s CWDM系统的技术摸底或招标测试之外,支持OAM功能的半有源设备的测试评估成为业界关注的焦点。中国移动、中国电信、中国联通正在分别开展和推动25 Gbit/s MWDM、25 Gbit/s LWDM、25 Gbit/s DWDM方案的完善及标准制定工作,预计在2020年上半年将陆续启动新一轮的测试和验证。

5 结束语

本文在重点介绍5G前传WDM典型网络架构的基础上,聚焦分析了4种WDM技术方案的实现差异及最新的产业及标准化进展。整体来看,5G前传除了目前初步规模部署的无源CWDM方案之外,基于半有源的3种WDM方案(MWDM/LWDM/DWDM)已成为业界关注的焦点。

从部署需求、传输性能优化、产业链良性发展等多方面考虑,5G前传WDM方案后续仍需业界协同推动、优化和完善。一是结合应用需求、成本等综合因素,进一步加快优化和规范传输功能、性能指标;二是聚焦维护管理功能特性需求,规范基于调顶方式的功能特性、实现协议、硬件集成模式等;三是鉴于目前多种WDM方案并存发展,后续业界应尽量聚焦多种方案的共性特征,推动核心芯片和器件的研发协同,推动技术方案尽快成熟并促进整个产业链良性发展。


参考文献


[1] IMT-2020 (5G)推进组. 5G承载需求白皮书[R], 2018.

[2] IMT-2020 (5G)推进组. 5G承载网络架构和技术方案白皮书[R], 2018.

[3] 华锋, 武成宾. 调顶信号对城域波分复用系统的影响[J]. 邮电设计技术, 2015(11):24-27.



作者简介



 汤 瑞


中国信息通信研究院技术与标准研究所高级工程师,主要从事高速光通信领域的产业、政策、标准和前沿技术研究工作。

 吴冰冰


中国信息通信研究院技术与标准研究所高级工程师,博士,主要从事光模块器件、光传送网和量子信息领域研究工作。





论文引用格式:

汤瑞,吴冰冰. 5G前传WDM技术方案进展分析[J]. 信息通信技术与政策, 2020(5):24-28.






本文刊于《信息通信技术与政策》2020年第5期



主办:中国信息通信研究院


《信息通信技术与政策》是工业和信息化部主管、中国信息通信研究院主办的专业学术期刊。本刊定位于“信息通信技术前沿的风向标,信息社会政策探究的思想库”,聚焦信息通信领域技术趋势、公共政策、 国家/产业/企业战略,发布前沿研究成果、焦点问题分析、热点政策解读等,推动5G、工业互联网、数字经济、人工智能、区块链、大数据、云计算等技术产业的创新与发展,引导国家技术战略选择与产业政策制定,搭建产、学、研、用的高端学术交流平台。




校  审 | 陈  力、珊  珊

编  辑 | 凌  霄


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