5G前傳技術和回傳技術的標準化進展分析

引言

自2019年10月我國5G商用正式啟動以來，國內運營商加快5G網(wǎng)絡建設步伐，逐步在全國開通增強移動寬帶（eMBB）業(yè)務并加快拓展5G+垂直行業(yè)應用。為了滿足5G規(guī)模商用、5G+垂直行業(yè)應用發(fā)展等典型需求，5G傳送網(wǎng)絡不僅要滿足近期5G前傳和中回傳的高速率、大帶寬、靈活連接、低時延、低成本、智能管控和高精度同步等特性網(wǎng)絡建設需求，還要面對中長期5G業(yè)務發(fā)展的支持小顆粒業(yè)務承載、L3VPN大規(guī)模靈活組網(wǎng)、軟硬網(wǎng)絡切片資源管控、城域邊緣云的動態(tài)互聯(lián)等傳送需求的挑戰(zhàn)。

5G傳送技術主要涉及前傳、中回傳以及相關的光模塊器件等，其中前傳主要采用光纖直連和波分復用（WDM）技術，后者出現(xiàn)多種實現(xiàn)方案并成為目前業(yè)界關注的熱點；中回傳方案主要聚焦分組切片網(wǎng)（SPN）和基于IP技術承載的無線接入網(wǎng)（IPRAN）增強方案并已啟動商用部署。5G前傳及中回傳基本組網(wǎng)結構見圖1。5G傳送標準主要由中國通信標準化協(xié)會（CCSA）、國際電聯(lián)（ITU-T）、電氣電子工程師學會（IEEE）、國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務組（IETF）和光互聯(lián)論壇（OIF）等國內、國際標準化組織主導制定，相關工作正在全面開展并取得明顯進展。本文主要介紹了5G前傳、中回傳網(wǎng)絡、光模塊等相關技術方案現(xiàn)狀與標準化進展情況，并對于5G傳送技術未來發(fā)展趨勢進行了展望。

圖15G前傳及中回傳組網(wǎng)結構示意

5G前傳技術及標準化進展

5G無線接入網(wǎng)（RAN）在初期主要采用gNB宏站以及集中式單元（CU）和分布式單元（DU）合設的小規(guī)模集中模式；在未來的成熟期可采用CU和DU分離的模式，并實施CU云化和CRAN大集中建設模式。對于CRAN小規(guī)模集中場景，DU主要部署在接入機房，集中規(guī)模通常為3~5個基站，就近接入二級光交或直接連接基站機房ODF、不跨主干光交環(huán)。對于CRAN大規(guī)模集中場景，DU集中部署在普通匯聚機房或綜合業(yè)務接入站點，集中規(guī)模通常為10~20個基站及以上，跨主干光交環(huán)。

5G前傳主要實現(xiàn)AAU到DU之間的信號傳輸，技術方案主要包括光纖直連和WDM方案，WDM方案又可以細分為無源、有源、半有源3種，主要技術特性如下。

（1）光纖直連方案：AAU與DU之間采用光纖直接連接。AAU和BBU分別配置25Gbit/s白光模塊。一般單個5G的S111（單頻三扇面站址）基站采用雙纖雙向互聯(lián)時需要6芯的光纖資源?？紤]到5G基站規(guī)模建設將消耗巨大的接入層光纖資源，業(yè)界提出25Gbit/sBIDI（Bidirectional，雙向）的解決方案，AAU與DU雙方向的數(shù)據(jù)信號采用不同的波長在一根光纖中傳送，可節(jié)省一半光纖資源，光纖直連方案的光纖使用由6芯降為3芯。

（2）無源WDM方案：是指AAU和DU上均配置彩光模塊，兩端各部署1個無源合分波器實現(xiàn)彩光通路信號復用，不配置任何有源傳輸設備。該方案在無保護場景下基于單纖雙向模式時僅需占用1芯主干光纜。目前，無源WDM方案商用產(chǎn)品主體為基于固定波長的粗波分復用（CWDM）方案。

（3）半有源WDM方案：在DU或BBU側部署有源WDM設備，AAU側僅部署無源合分波器，通過光信號調頂?shù)确绞綄崿F(xiàn)光模塊狀態(tài)監(jiān)測、波長調諧等網(wǎng)絡運維功能。該方案是近期運營商研究和未來部署的關注重點，正在積極推動產(chǎn)品研發(fā)、標準化和測試驗證等工作。

（4）有源WDM方案：在AAU側和DU側均部署有源設備進行業(yè)務接入和傳輸。該方案的特點是傳輸與無線專業(yè)的設備管理界面清晰，并且傳輸設備支持完善的網(wǎng)絡運維管控能力。考慮到AAU側工作環(huán)境、供電情況，網(wǎng)絡綜合成本，以及前傳100μs量級低時延、高精度時頻同步苛刻要求等因素，預計該方案在現(xiàn)網(wǎng)中規(guī)模部署應用的可能性較少。

面向5G前傳的WDM技術根據(jù)采用波段和通路間隔差異等，又可被進一步分為CWDM、基于局域網(wǎng)通路的波分復用（LAN-WDM）、中等波分復用（MWDM）和密集波分復用（DWDM）4種方案（見圖2）。整體上來看，CWDM技術標準比較成熟，目前無源和半有源CWDM已經(jīng)有商用產(chǎn)品，是近期C-RAN場景解決光纖資源緊張的主要部署方案；半有源MWDM、LANWDM和DWDM正在產(chǎn)品研發(fā)和標準化過程中，重點是推動支持更豐富的管控功能和提高成熟穩(wěn)定性。

圖25G前傳的WDM技術方案特性比較

目前，CCSA和ITU-T主要承擔5G前傳的標準化工作。CCSATC6已正式立項并啟動基于25Gbit/s速率的WDM系統(tǒng)和彩光模塊標準化制定工作，包括CWDM、LWDM、MWDM和DWDM4種典型的方案；ITU-TSG15也正在聚焦G.698.x系列標準，開展25Gbit/sDWDM標準的制定，包括固定波長和可調波長，相關參數(shù)及賦值研究取得較明顯進展。另外，目前ITU-T也已啟動討論前傳用25Gbit/sCWDM系統(tǒng)的標準化工作。

5G中回傳技術及標準化進展

5G中回傳網(wǎng)絡需滿足多層級承載網(wǎng)絡、靈活化連接調度、層次化網(wǎng)絡切片、4G/5G混合承載以及低成本高速組網(wǎng)等傳送需求，支持L0~L3層的綜合傳送能力，可通過L0層波長、L1層TDM通道、L2和L3層分組隧道來實現(xiàn)層次化網(wǎng)絡切片等，其典型的技術特性如下。

（1）L2/L3層分組轉發(fā)層技術：為5G提供靈活連接調度和統(tǒng)計復用功能，主要通過L2和L3的分組轉發(fā)技術來實現(xiàn)，主要包括以太網(wǎng)、面向傳送的多協(xié)議標簽交換（MPLS-TP）和新興的段路由（SR）等技術。

（2）L1層TDM通道層技術：TDM通道技術不僅可以為5G三大類業(yè)務應用（eMBB、uRLLC和mMTC）提供支持硬管道隔離、OAM、保護和低時延的網(wǎng)絡切片服務，并且可以為高品質的政企和金融等專線提供高安全和低時延服務能力。

（3）L0層光層大帶寬技術：5G和專線等大帶寬業(yè)務需要5G承載網(wǎng)絡具備L0的單通路高速光接口和多波長的光層傳輸、組網(wǎng)和調度能力。

表1給出了支撐5G規(guī)模商用、5G+垂直行業(yè)應用的5G中回傳網(wǎng)絡關鍵技術及標準化進展情況，其中我國主要重點推動ITU-TSG15的L1層MTN和新一代靈活OTN技術標準，以及IETF的L2和L3層的SRv6、SR-TP和網(wǎng)絡切片等標準。

表15G中回傳關鍵技術及標準化進展

5G傳送光模塊技術及標準化進展

隨著光信號傳輸速率的大幅提升，光模塊在5G傳送網(wǎng)絡中的重要性和成本占比日益顯著，我國運營商和設備商同期都在加強光模塊研發(fā)和標準化投入。綜合傳輸距離需求、傳輸技術方案差異、模塊實現(xiàn)成本等多方因素，在前傳、中回傳等應用場景中，25Gbit/s、50Gbit/s、100Gbit/s及以上速率引入單纖雙向、波分復用、新型調制、相干接收等一種或多種關鍵技術，光模塊類型呈現(xiàn)多樣化分散發(fā)展態(tài)勢，對于產(chǎn)業(yè)鏈的聚焦發(fā)展形成一定影響，具體情況見表2。

表25G傳送光模塊技術方案及產(chǎn)業(yè)化進展

5G傳送用光模塊的標準化工作主要由CCSATC6和IEEE802.3推動制定，目前已取得明顯進展。CCSATC6WG4已完成面向前傳應用的25Gbit/s單纖雙向光模塊標準（報批階段），并已正式立項啟動了25Gbit/sxWDM系列的光模塊標準，面向10km/40km中回傳的50Gbit/s、100Gbit/s、200Gbit/s和400Gbit/s速率的光模塊標準大部分也已制定完成或接近完成。另外，IEEE802.3與5G傳送相關的高速光模塊標準，除了面向80km應用場景的項目P802.3ct（100Gbit/s速率）和P802.3cw（400Gbit/s速率），以及面向單纖雙向應用場景的項目P802.3cp（10Gbit/s、25Gbit/s、50Gbit/s速率）之外，其他面向10km和40km傳輸距離的接口標準均已制定完成。

結束語

總體來看，5G傳送技術與標準化工作已取得明顯進展，但尚存在一些需要進一步解決的問題。未來2~3年5G將進入規(guī)模商用期，為多方位支撐5G網(wǎng)絡的規(guī)模部署與多類垂直行業(yè)融合業(yè)務的創(chuàng)新應用，后續(xù)業(yè)界應加強推動5G技術與標準化的成熟完善。在5G前傳方面，應重點聚焦推動CRAN大集中的半有源WDM技術標準制定及產(chǎn)業(yè)協(xié)同化工作，同時也應關注其他應用場景及適用技術方案，以滿足低成本、便捷運維管控等需求；在5G中回傳方面，需重點推動解決硬切片的TDM靈活管道、軟切片的分組高效轉發(fā)、高精度業(yè)務性能監(jiān)測、網(wǎng)絡切片智能管控和自動化運維等關鍵技術，同時增強超大容量和開放光層互聯(lián)、海量靈活連接和網(wǎng)絡切片承載、基于SDN/NFV的智能管控、按需動態(tài)部署和批量開通運維等產(chǎn)業(yè)化應用能力。面對多樣化的5G傳送解決方案，我國產(chǎn)業(yè)各界應加強合作、聚焦共識，協(xié)同推動5G傳送網(wǎng)絡的新技術研究、標準制定和測試評估等工作，共同促進5G傳送技術與產(chǎn)業(yè)有序發(fā)展，全力支撐5G規(guī)模商用與融合業(yè)務蓬勃發(fā)展。
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