5G移动网络的光传输解決方案

5G移动网络的光传输解決方案

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1. 5G 是什么？

第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术，英文缩写：5G。按照3GPP组织的时间表，R14标准主要开展5G系统框架和关键技术研究；R15满足部分场景的5G需求，开启商用进程；R16则会完成全部标准化工作。三个标准的预计完成时间分别是2017年3月、2018年6月和2019年12月，最终的5G完整标准会在2020年初提交给国际电信联盟（ITU），开始正式商用。

按照3GPP规划，5G标准分为NSA和SA（Standalone，独立组网）两种。其中，5G NSA组网方式需要使用4G基站和4G核心网，以4G作为控制面的锚点，满足激进运营商利用现有LTE网络资源，实现5G NR（New Ratio）快速部署的需求。

2018年6月14日，3GPP在美国举行全体会议，正式批准冻结第五代移动通信技术标准（5G NR）独立组网（SA）功能。5G NR非独立组网（NSA）标准已于去年12月冻结，至此第一阶段全功能完整版5G标准正式出台，5G商用进入全面冲刺阶段。

5G网络拟提供业务的主要特征包括大带宽(用户体验速率最高1Gbps)、低时延(1ns)和海量连接(连接密度106/km2)，从而对承载网在带宽、容量、时延和组网灵活性方面提出了新的需求。5G基站AAU的基带信号，采用数字方式传输，空口采用eCPRI协议接口，典型速率25.165824Gbps，考虑与4G共站场景，所以需要兼容CPRI option10速率24.33024Gbps。

 

2. 5G光网络传输中的光器件有哪些？

5G已经来了，作为光通信器件行业的一员，这里来聊聊5G网络中将用到的光器件，它们都是千万级别的海量需求。

光通信器件属于光传输网络中的核心组成，承载着光电转换，光波长的复用解复用，和光功率的分配等关键网络物理层功能。相比于目前的3G 4G网络，5G在无线承载网络中改变最大的在于前传及中传领域，前传是连接基站至DU(Distribute Unit，分布单元，负责处理物理层协议和实时服务)，中传是连接DU于 CU (Centralized Unit，集中单元，负责处理非实时协议和服务)。

无线基站通常安装在通信铁塔或建筑楼顶，风吹日晒的，所以前传中传中用到的光器件，需要满足户外场景使用，最重要的就是器件工作温度要达到工业级要求，-40℃~85℃。顺便提下另一种室内场景，一般是商业级温度的要求，0~70℃。

在前传场景中，绝大部分传输距离要求在10km LR以下，其中5km以下占比约80%，5~10km占比20%。当然，理论值与现网实际应用会有差距，肯定会出现光纤老化链路衰减增大，覆盖区域的距离临界等问题，所以10km以上 的传输距离规格比如20km ER仍然是需要的。在中传场景中，传输距离则要求在10~40km之间，存在工业级与商业级两种工作温度要求。亿创飞宇针对前传和中传应用，已推出或正推出系列光模块解决方案，包含前传的25G LR/ER，25G LR/ER BIDI，25G CWDM/DWDM ER，25G SFP28 TUNABLE，中传回传的100G QSFP28 LR4/4WDM 40，200G QSFP56 LR4等工业级光模块产品。 同时还提供工业级无源类产品5G OMUX, CCWDM, AAWG，其中AAWG产品待工业级芯片成熟后推出。

 

图1， 5G前传中传的速率与距离

3. 5G 光传输中前传的解决方案有哪些？

光模块是光电转换，中间的传输介质是光纤，在光网络中投资最大的永远是光纤资源，所以设备及器件的选择首先要考虑的是光纤。由于政策及人口的因素，中国城市内及大部分区域的光纤资源比较丰富，但中国乡村及国外大部分区域光纤资源是非常紧缺的。光纤资源宝贵，那光模块来省，所以5G前传有三种方案。

 

 

一、光纤资源丰富的场景，采用光纤直连，一扇区一光纤(One Fiber One Cell)，光模块用25G LR/ER BIDI。一般一个基站有3扇区，BIDI方案只需要三根光纤即可满足一个基站的流量前传，同时有利于时钟的高精度同步。其中下行的波长标准是1310nm还是1330nm还未明确。

 

 

 

 

 

 

图2， 5G前传光纤直连方案

 

二、 光纤资源稀缺的场景，这就需要用到波分复用WDM方案了，将一个基站的所有业务波长复用至一根或一对光纤进行回传，节省基站至DU的光纤资源，称为One Fiber One Site (Base-station)（一个基站一根光纤）。这里需要用到大量的彩光模块，给安装、备件和维护带来一些不便，Tunable光模块应用而生。所以这个场景主要用到光模块25G CWDM/DWDM LR/ER，25G SFP28 TUNABLE LR/ER，波长可以是O波段和C波段，以及工业级无源WDM类产品5G OMUX，CCWDM.

 

 

 

图3， 5G前传无源WDM方案

当然，更高效回传网络的方式是波分设备直接下沉至基站与DU，即有源WDM方案，可兼容现网2G/3G/4G业务，且可实现更多L3层业务管理和优化功能，当然这会使得CAPEX增大。

 

三、 回传主干光纤资源极度缺乏的情况下，需要将多个基站的流量汇聚至一个DU进行回传，称为One Fiber N Sites (Base-station)（N个基站一根主干光纤），这是一个点到多点的WDM无源方案。比如常用的AAWG 40波长，可覆盖6个基站(每个基站3扇区，共18个AAU，20波上行/20波下行)。此拓朴结构符合基于PON的光无源网络，最大限度地利旧现网ODN网络。

 

业内目前只有成熟的商业级AWG，工作温度范围为0℃~75℃，在未来WDM-PON网络乃至5G前传解决方案中，AWG工作温度范围需求进一步提升至工业级的-40 ℃~85℃，对有热、无热封装提出更苛刻要求，对芯片级无热AWG要求也进一步提高，仍需业内同仁努力攻破。如工业级AWG仍然不成熟，安装环境又不便满足商业级工作温度，在链路光功率预算可满足时，可考虑使用分光器PLC splitter，Splitter产品目前都可完全满足工业级工作温度的要求。

 

P2MP场景主要用到光模块25G CWDM/DWDM LR/ER，25G SFP28 TUNABLE LR/ER，波长可以是O波段和C波段，以及工业级无源WDM类产品5G OMUX，CCWDM，AWG或者PLC Splitter。

 

 

 

 

图4， 5G前传点到多点无源WDM方案