基于光傳送網的5G前傳承載技術研究

劉春林 張立祥

摘 ? 要：隨著5G網絡建設在我國不斷推進，如何利用一張統一的承載網來滿足5G不同業務需求是5G承載網面臨的巨大挑戰。光傳送網技術結合了光傳輸和電處理的優勢，不僅可以提供點到點的管道連接和組網能力，而且可以承載遠距離、大容量的數據傳輸。因此，光傳送網技術在5G這場劃時代的技術演進潮流中需不斷創新，從而實現對5G前傳、中傳、回傳3個部分的高效承載。文章旨在根據5G需求的典型前傳組網場景，分析研究基于光傳送網的光纖直連、無源WDM、有源WDM/OTN 3種5G前傳承載方案的特點，并對5G前傳承載網技術的演進趨勢進行闡述。

關鍵詞：光傳送網;5G;前傳承載技術;研究

1 ? ?光傳送網作為5G前傳承載網絡的優勢

5G承載網絡由前傳、中傳、回傳3個部分組成。5G承載網的不同部分，均以server-client流量為主，server-server流量占比較少。由于5G業務有高帶寬、低時延、泛連接的需求，因此，光傳送網天然地具備著承載高帶寬、低時延、一跳直達的優勢。

從前傳部分來說，5G初期主要是增強移動寬帶（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）業務的應用，延續著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，可以根據實際應用業務所需的流量，靈活選擇新建高頻基站、擴展低頻AAU、低頻基站基礎上增配高頻AAU等方案，達到擴展網絡容量的目的[1]。

2 ? ?典型的5G前傳組網場景

根據分布單元（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部署于網絡拓撲較低層次，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數量應不高于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，可和該基站機房附近的AAU通過接入光纖實現連接，并且接入端可用光纖數量必須高于AAU的數量。

（2）大集中：DU部署于網絡拓撲較高層次，放置在綜合接入點機房，一般與DU相連的5G AAU數量高于30個（高于10個宏站）。進一步依據網絡需求、光纖的資源、網絡拓撲分布等，又可以將大集中的場景再細分為P2P大集中和環網大集中兩種。P2P大集中的特點是接入骨干層的光纖拓撲為樹型結構，適合采用點到點波分復用（Wave Division Multiplexing，WDM）組網。DU池放置在綜合接入機房，便于集中維護;環網大集中的特點是為達到節省光纖資源的目的，接入骨干層的光纖拓撲為環形結構，適合采用WDM環形組網[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。優點是實現簡單，但最大的問題就是光纖資源占用太多。因為在5G時代，基站數量、前傳帶寬和載頻數量將會快速增加，應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。在光纖資源緊缺的地區，為克服該問題，一般還是采用設備承載方案。

4 ? ?無源 WDM方案

無源WDM方案采用波分復用技術，把彩光模塊安裝在AAU和DU無線設備上，通過無源的合波/分波設備完成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方案優點是節省了光纖，但是在應用中也存在一定的局限性，包括：

（1）波長通道數受到限制，粗波分復用（CWDM）技術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，波長數量有限，可擴展性較差。

（2）波長規劃復雜，WDM方案需要每個AAU使用不同波長，因為可調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、波長規劃等環節的工作量，所以前期必須要做好波長規劃和管理[4]。

（3）運維困難，不易管理，由于無法監測誤碼，無法在線路性能劣化時執行倒換，出了故障后，難以具體定界出問題的責任方，并且帶來運維工作量增加。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劃和管控復雜度，通常需要可調激光器，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，特別是接入側成本、提高性能和維護便利性方面具有一定的優勢，不但繼承了傳統無源方案節省光纖、成本低、方便插入無線設備的優勢，還補齊了其可靠性和運維管理上的短板，成為5G前傳承載領域具有競爭力的一種方案。

對于無源WDM方案，線路側可采用OTN封裝，基于OTN的OAM能實現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的開銷提供服務質量（Quality of Service，QoS），實現管理和保護。

接入型WDM/OTN設備與無線設備通過標準灰光接口連接，WDM/OTN設備內部完成端口匯聚、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網，組網更加靈活。有源WDM/OTN方案除了節約光纖以外，還可進一步提供環網保護等功能，從而提高資源利用率和網絡可靠性。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來降低造價。

6 ? ?結語

5G時代，考慮到基站密度的增加和潛在的多頻點組網方案，光纖直連需要消耗大量的光纖，某些光纖資源緊張的地區難以滿足光纖需求，需要設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務優化效果、機房資源和網絡光纖，來選擇性價比最佳的解決方案。對于環網大集中，有源DWDM方案具有明顯的比較優勢，在節約光纖的同時還可以提供環網保護等功能。

為了滿足5G時代的超大帶寬需求，在短距前傳領域，通過非相干技術，目前已經能實現5倍速率擴展。未來隨著數字信號處理（Digital Signal Processing，DSP）超頻技術的發展，將進一步實現包括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。總之，實現5G高效承載，可以通過改進技術彌補短板，是一條能很好平衡成本和風險的技術演進路線。

[參考文獻]

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

[2]王永江.面向5G的光傳送網（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新技術在干線傳輸網中的應用[J].通信電源技術，2019（6）：245-246.

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