2020年5G商用已成业界共识。5G较4G需要更高速的光模块、更大容量的光传输、更灵活的组网、更高效的光层调度,由此也为整个光网络产业链带来新的机会。

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5G发展的当务之急是光纤到基站

5G的成功商用离不开承载网的支撑,目前业界各方纷纷在5G承载领域发力。传统设备面临更新换代,新技术不断涌现,业界普遍认为5G承载技术变革“窗口期”来临。

德勤此前发布的《通信网络基础设施升级——对末端光纤的需求》咨询报告指出,5G无线的成功取决于末端光纤,然而美国的网络没有足够的光纤密度支撑未来5G应用的带宽需求;如果没有更多的末端光纤,运营商则无法支撑2016-2021年之间预期达4倍以上的移动数据流量增长。该报告预测在未来5~7年内,仅在美国就需要投资1300亿~1500亿美元的光纤基础设施,以充分支持5G的宽带竞争、农村覆盖和无线加密。可见,5G发展的当务之急是光纤到基站。

5G承载网络架构相较4G的变化将不仅体现在光纤需求剧增之上,5G承载不再和4G一样只有前传和回传网,而是分为前传、中传和回传。5G对核心网、中传/回传、前传等都提出了更高的要求。目前5G承载总体架构和接口需求已逐步清晰。

5G前传尤为关键

针对不同光纤资源选择不同方案

在5G传输中,5G前传难度最大、成本最敏感、对维护效率影响最大。在技术方面,5G速率高、时延低、同步时钟精度高。在成本方面,5G前传中的RRU/AAU数量巨大,成本占接入承载网50%多;而且5G前传最靠近用户,每个RRU/AAU服务的用户数最少,其成本只能由很少用户来分摊,成本十分敏感;多天线技术使前传带宽大幅增加,成本雪上加霜;对光纤资源消耗大,传统1个基站需6根光纤。在维护方面,5G前传涉及巨大数量RRU/AAU的安装、开通、升级等,对维护效率影响最大。

5G前传存在无源WDM、有源单纤双向OTN/WDM、SPN前传设备组网等多种部署方案。具体选择哪种组网方案,组网的性能和成本十分关键。

在5G前传技术方案选择上,工业和信息化部通信科技委常务副主任、中国电信集团公司科技委主任韦乐平表示:“在光纤资源丰富的地区,可采用25G BiDi光纤直连方案,一根光纤一个扇区;对于光纤资源不足的区域,可采用WDM/OTN、WDM方案,一根光纤一个基站;而接入主干光纤不足的地区,可采用点对多点WDM PON技术,一根光纤N个基站。

在中国电信北京研究院网络研发与运营支持部副主任李俊杰看来,5G前传以光纤直驱为主,对光纤资源不足的区域引入WDM技术进行弥补。除了光纤资源不足之外,5G前传还面临着工作温度与功率预算的挑战。基于以上挑战,在C-RAN场景,中国电信推荐采用25G BiDi技术方案,该方案节省50%光纤资源,能实现上下行等距,有利于高精度同步。李俊杰透露,中国电信牵头在CCSA立项制定用于5G前传的25G BiDi光模块标准,已初步完成样品测试。

OTN/WDM是5G承载技术优异选择

李俊杰称,5G承载网是5G网络和业务发展的关键因素之一,而OTN/WDM技术由于具备大带宽、低时延、高可靠、高精度时钟同步、高灵活性和智能化等网络特性优势,将是5G承载技术方案的优异选择。而且,OTN经多年发展,技术稳定可靠,并有成熟的体系化标准支撑,可以在已经规模部署的OTN现网上实现平滑升级,能够以最优成本快速满足5G承载网络的建设需求。

据悉,OTN/WDM不仅面向5G,还可以打造一张综合业务承载网,将为固定宽带、云和政企专线等业务,并提供统一的综合承载服务。

而在中国联通网络技术研究院首席专家唐雄燕看来,满足5G承载需求是城域承载网发展的重要目标。从整个5G承载的角度看,传送承载网络分为两个层面,核心汇聚层和接入层。由于城域承载网的两层不完全与5G网络的前传、中传、回传一一对应,因此城域承载网两大层面的技术手段不强求端到端的统一性,但希望利用SDN技术实现网络业务端到端的编排。城域承载网建设根据5G等业务需求逐步演进,不强求一步到位。

SPN完成多厂家互联互通将建立SPN产业联盟

除了中国电信主推的M-OTN和中国联通主推的IPRAN升级技术外,中国移动主推的切片分组网(SPN)也已经成为5G传送网的主流技术之一。目前,SPN产业链各环节正在成熟,芯片、模块、设备、测试仪表等都逐步推出了SPN产品。

中国移动通信研究院网络与IT技术研究所副主任研究员程伟强表示,SPN的产生主要面对的是整个传送网。5G与下一代传送网的急切需求以及技术的发展共同推动5G传输重构,也构成了SPN的两大驱动力。

其中,SPN光控面及软件应引入原生SDN控制面实现跨层融合。功能需求方面,要求SPN除继承PTN运维和电信级保护优势外,还要通过SDN集中控制面增强业务动态能力。因此在设计上,需要采用“管控一体,集中为主,分布为辅”的思路,实现实时闭环控制,控制面由设备侧轻量级控制和控制器集中化控制功能共同构成。而在SPN光层及模块方面,中国移动将采用以太网光模块构建DWDM光层网络,在前传方面;以光纤直驱为主,需要大芯数光纤,关注25GE BiDi模块;在中回传中,接入以太灰光,汇聚/核心DWDM相干组网。

据悉,从2017年9月至今,中国移动经过三大阶段实验室测试验证,SPN的关键技术、组网保护方案和多业务承载能力基本成熟,主要包括FlexE接口、切片以太网交叉、OAM和保护技术、基于SR-TP面向连接的源路由分组隧道技术、融合SDN的集中管控系统等。

中国信息通信研究院技术与标准研究所宽带网络研究部副主任李芳建议,面向5G和专线业务应用,SPN需重点加强SR+SDN的集中管控系统的功能易用性,包括业务、隧道和网络保护的自动化配置、网络性能数据的监测分析等运维能力,支撑面向业务SLA的网络资源切片的租售业务发展。为了推动SPN产业链的完善,仪表厂商需加快FlexE和SR+FlexE测试仪表的功能研发,更好地满足未来SPN设备研发测试、集采测试、控制器综合评估测试等需求。

目前,SPN已形成国内外厂家广泛参与的良好产业形势。中国移动已于近期实现SPN多厂家互通。程伟强指出,在产业链各环节合作伙伴的通力协助下,中国移动即将完成实验网建设,SPN试点将于9月中旬开始面向端到端的关键功能及技术进行验证,形成端到端网络能力。2019年进一步开展面向商用的规模试点测试。“综合近期的实验数据,中国移动5G传输已经准备就绪,SPN即将开启承载新时代。”程伟强如是说。

中国移动通信研究院网络与IT技术研究所副所长李晗透露,中国移动将构建一个面向推动SPN传送网产业发展的组织,联合运营商、科研院所、设备商、器件商、芯片商等传送网产业,形成端到端产业联盟,产学研各界共同协作,在标准推进制定、技术开发创新、测试验证及试点规模应用领域合作,推动新一代切片分组传送网技术和方案规模商用进程,形成全球新一代传送网。

多方案需求同存异,产业链

5G中回传三种技术方案需求同存异、协调发展和共享产业链。其中,SPN和IPRAN增强方案在5G回传的技术方案上融合趋势日益明显,主要差异是SR的IGP/BGP协议选择和SDN管控方式,以及是否采用SCL的TDM隧道支持硬隔离的网络切片;M-OTN方案在L2以上主要借鉴IPRAN或SPN技术,主要差异是L1的TDM隧道和物理链路采用OTN的的ODU和FlexO方案。

三大方案在L0 WDM光层存在低成本高速光网络的共性需求,应联合推动城域低成本光模块和共享产业链,降低建网成本。

“由于三大运营商的4G承载网络现状存在差异,因此5G承载的技术演进路线会有所不同,技术方案选择的决定因素需重点考虑网络综合成本和产业成熟度。”中国信息通信研究院技术与标准研究所副所长张海懿指出。

需要注意的是,光模块成为5G承载低成本、广覆盖的关键要素,5G时代光模块数量需求巨大,更高速率、更长距离、更低成本和功耗的光模块需求迫切;业界针对高速率、低成本光模块已经展开广泛讨论,面向5G承载的光模块技术方案需根据应用场景、成本等综合因素适需选择。

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