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5G前传多种方案并存,聚焦共性、协同发展至关重要

发布人:中嘉和信 发布时间:2020.06.11 来源:通信世界网

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随着5G规模化商用部署节奏加速,国内运营商新建5G基站数量年内预计将达到60万量级,如何选择合适的前传技术以满足5G多业务差异化应用需求至关重要,基于波分复用(WDM)的前传技术方案成为业界关注的焦点。

本文在介绍5G前传关键需求的基础上,重点围绕5G前传WDM技术方案典型类型、产业化发展现状、国际国内标准化工作进展、未来发展态势等进行了分析,最后提出了相关发展建议。

5G前传呈现多维需求,25Gbit/s成为典型承载速率

5G RAN(无线接入网)的整体部署方案与4G网络趋同,主要基于DRAN(分布式无线接入网)和CRAN(集中式无线接入网)两种典型方式,但基站功能单元的构成相对4G发生较显著变化,综合应用需求及技术特性等将基站的功能单元重新进行了划分。考虑业务提供能力、信号处理效率、资源协同共享和RAN云化应用等因素,5G基站主要分为CU(集中单元)、DU(分布单元)、AAU(有源天线单元)等功能单元,其中AAU和DU之间、DU和CU之间以及CU和核心网之间信息传输分别由前传网络、中传网络和回传网络承担,目前中回传网络方案已经确定,而AAU和DU(或DU+CU合设)之间采用何种前传方案近两年引发业界重点关注。

相对4G基站,面对特定应用场景,5G业务的接入速率、传输时延、时间同步精度等关键性能参数要求提升一个量级以上,作为5G承载网络的前端,前传网络的接口速率与传输容量、时延处理、时间同步传递特性等变得尤为关键。另外,考虑到基站实际部署条件、5G前传网络应用部署规模等,5G前传方案选择还要兼顾接入光纤资源限制、网络运维监测能力、低成本部署等多维需求。

目前典型的前传可选方案包括光纤直驱(单纤单向或单纤双向)、WDM(含无源WDM方案、半有源WDM方案、有源WDM方案)及其他有源传输技术等。考虑5G商用初期业务量、有源前传技术成熟程度、建网时效性等多种因素影响,预计5G部署的初期以光纤直驱和无源WDM两种方案为主,同时根据技术成熟度启动有源WDM方案的逐步应用,后续随着5G网络部署规模扩大,尤其是CRAN小集中和大集中部署模式的逐步规模应用,基于半有源WDM的前传方案占比将显著提升。

另外,综合考虑5G业务可用频谱带宽显著增加、基站处理功能重新分割等因素,面向5G的前传典型接口速率发生了变化,原有4G基站BBU(基带处理单元)和RRU(远端射频单元)之间基于10Gbit/s速率的CPRI(通用公共无线接口)接口已无法全部满足5G基站DU和AAU之间的前传需求,25Gbit/s已成为5G前传eCPRI(演进型CPRI)接口的典型速率。

多种WDM前传方案并存,产业化能力加速同步推进

面对大容量、低时延、光纤资源短缺等传输应用需求,基于WDM的5G前传方案出现了CWDM(粗波分复用)、DWDM(密集波分复用)、LWDM(基于以太网通道的波分复用)、MWDM(中等波分复用)等多种并存技术方案(可统称为xWDM方案),如果结合无源、半有源和有源等部署模式,基于WDM技术的具体实现方案会更多。

目前这些前传WDM方案的共性特性主要包括采用25Gbit/s的传输速率、优选单纤双向和半有源工作方式、增加在线维护管理机制、力求低成本等,但在传输容量、光模块及合分波器件中心波长、波长是否可调、管控开销实现机制等方面依然存在典型差异,同时业界对于这些WDM前传方案的特性评价存在不同观点,结合运营商原有建设及运维实际需求,对于前传有源WDM的部署方案选择出现非归一分歧,目前整体上呈现按需并行发展的态势。

目前国内已有多个传输设备厂商同步研制基于多种WDM前传方案中的一种或多种设备,关键的核心光电芯片,譬如基于25Gbit/s速率的激光器、调制器及驱动单元、接收机、跨阻放大器等,国内芯片器件商和部分设备商已初具商用产品的自研制备能力。

考虑到5G部署应用需求的紧迫性,为了加速推进相应WDM前传方案成熟并协同发展,近两年IMT-2020(5G)推进组的5G承载工作组协同研究机构、运营商、设备商、模块器件芯片商等积极开展5G前传整体方案的研究以及关键光模块评测工作。另外,三大运营商围绕各自侧重关注的前传WDM方案已开展或近期准备开展5G前传设备样机的测试验证工作——中国移动、中国电信、中国联通分别聚焦MWDM技术方案、LWDM技术方案、基于波长可调的DWDM技术方案等持续开展半有源WDM关键参数规范和测试评估工作。

考虑到5G网络建设的紧迫性,初期选择基于无源CWDM作为主要候选方案之一开展5G前传部署已获得运营商共识,基于25Gbit/s或25Gbit/s和10Gbit/s速率并存的无源CWDM方案已在今年的部分运营商集团总部及多个运营商省公司的5G建设集采招标中明确采用,基于半有源的xWDM方案有望加速推进,以便尽快实现产业化规模部署应用。

前传标准化工作逐步启动,聚焦共性协同发展至关重要

5G前传的国际国内标准化工作主要由ITU-T、CCSA等标准组织负责制定,近两年已有多个与5G前传有关的标准立项并已开展研究工作,三大运营商近期也各自启动或初步完成了内部企业标准的制定。

在国际方面,ITU-T的SG15 Q6主要承担光传输物理层的标准化工作,2019年已启动立项了面向5G前传应用需求25Gbit/s WDM的标准化工作,主要围绕G.698.x系列(G.698.1/G.698.2/G.698.4)标准进行增加25Gbit/s速率的修订,包括基于固定波长(G.698.1/G.698.2)和可调波长(G.698.4)的DWDM方案。另外,考虑到在现有版本的CWDM标准G.695中,25Gbit/s速率接口仅支持2km量级、4个波长通路的短距离互联,SG15 Q6也启动了是否面向前传应用需求开展基于25Gbit/s速率CWDM技术标准的文稿讨论,这就涉及到和DWDM方案如何明确区分应用场景的问题。

在国内方面,CCSA TC6 WG1 2019年也正式立项了面向CWDM、DWDM、LWDM、MWDM的传输系统以及前传WDM系统总体架构标准项目,TC6 WG4也同期立项了4种WDM技术方案对应的光模块标准项目,目前均在正在加速制定之中,预计到2021年上半年整体制定完成,这将进一步助力5G WDM前传方案的部署应用。

5G前传xWDM方案并存发展的态势预计短期内依然持续,鉴于实际应用需求趋同,实现方案技术机理类似,采用不同中心参数的器件导致产业链细分支路过多,这在一定程度上影响前传产业链的规模协调发展。为了尽可能降低多方案并行带来的潜在影响,建议5G前传相关业界从部署需求、传输性能优化、低建设成本及便捷运维管理、产业链良性发展等多方面综合考虑,加强多方案共性技术协同推动,统一管控模型及OAM(运行管理维护)机制,进一步优化和完善产业发展格局,多方位助力5G网络快速部署。

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