中興通訊：5G前傳方案分析

  ICCSZ訊 隨著5G的規(guī)?；渴?，5G承載網(wǎng)的建設(shè)受到越來越多的關(guān)注。前傳作為移動(dòng)回傳網(wǎng)的重要部分，5G前傳方案的選擇將直接影響運(yùn)營商的投資和建設(shè)效率。

  從光纖資源角度分析，5G前傳建設(shè)基站數(shù)量相比4G時(shí)代將提升兩到三倍，如果只用光纖直驅(qū)方式會給現(xiàn)網(wǎng)光纜造成較大壓力。從建網(wǎng)成本來看，5G前傳設(shè)備成本較高，需保障客戶投資、提升承載效率。運(yùn)維方面，5G前傳涉及數(shù)量巨大的DU(Distributed Unit)/AAU(Active Antenna Unit)?？紤]到這些設(shè)備的安裝、開通、升級等，必須關(guān)注承載產(chǎn)品的維護(hù)效率和成本。在5G無線接入網(wǎng)絡(luò)部署策略影響下，5G無線接入的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和承載要求面臨較大改變，因此需要分析前傳方案，幫助運(yùn)營商降低5G前傳建設(shè)、維護(hù)成本，提高部署運(yùn)營效率。

  5G前傳承載方案

  5G前傳對承載網(wǎng)的帶寬和時(shí)延均提出了更為嚴(yán)苛的要求，目前優(yōu)先使用25Gbps eCPRI接口，時(shí)延要求低于100μs。前傳承載方案主要包括傳統(tǒng)的光纖直驅(qū)方案、無源WDM方案、半有源WDM方案和有源WDM/OTN方案。

  光纖直驅(qū)承載方案

  光纖直驅(qū)指AAU與DU采用光纖直接連接，AAU和DU分別安裝速率為25Gbps白光模塊，傳輸距離可支持10km。為節(jié)省光纖資源，業(yè)界提出了集成波分復(fù)用功能的25Gbps BIDI解決方案，AAU與DU雙向數(shù)據(jù)信號采用不同波長在一根光纖中傳輸，可以節(jié)省一半光纖資源。采用此技術(shù)后，DU若對10~20個(gè)AAU進(jìn)行收斂仍需要消耗大量光纖資源，并對DU側(cè)光纖管理提出了更高的要求。光纖資源與光纖管理成為此方案的瓶頸。

  無源WDM承載方案

  無源WDM方案采用無源合分波器搭配彩光直驅(qū)，DU和AAU上采用帶波長的彩光模塊，在DU前端和AAU節(jié)點(diǎn)分別配置光合分波器和光分插復(fù)用器，利用WDM技術(shù)可以大幅降低光纖資源的消耗。WDM設(shè)備對前傳業(yè)務(wù)進(jìn)行透傳處理不會引入時(shí)延，但AAU與DU的波長在物理層上是點(diǎn)對點(diǎn)連接，需要進(jìn)行復(fù)雜的波長規(guī)劃。在AAU基站直接使用彩光模塊會對基站管理提出要求，功率預(yù)算也是需要考慮的關(guān)鍵指標(biāo)。

  半有源WDM承載方案

  半有源WDM承載方案在AAU側(cè)使用彩光模塊，經(jīng)過無源波分復(fù)用器后在一根光纖中進(jìn)行傳輸;DU側(cè)采用有源WDM設(shè)備將前傳的彩光信號進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，并對AAU的彩光模塊進(jìn)行運(yùn)維。該方案雖然兼顧了節(jié)省光纖資源與適當(dāng)運(yùn)維，但仍會對AAU基站管理提出要求，彩光模塊的功率預(yù)算仍是關(guān)鍵指標(biāo)。

  OTN承載方案

  為減少AAU和DU間波長的規(guī)劃，可以通過OTN承載方案解決。CPRI業(yè)務(wù)接入OTN設(shè)備客戶側(cè)，映射復(fù)用成高速OTN信號并轉(zhuǎn)換成彩光接口，進(jìn)行波分復(fù)用后在一根或是一對光纖中傳輸。OTN開銷字節(jié)可提供豐富的OAM(操作管理和維護(hù))和故障診斷功能，同時(shí)AAU和DU設(shè)備不需要彩光模塊，避免無線設(shè)備進(jìn)行波長分配和管理。OTN承載方案具有更多的保護(hù)技術(shù)，但設(shè)備成本高，建網(wǎng)投資大。

  WDM-PON承載方案

  WDM-PON是一種寬帶接入網(wǎng)演進(jìn)技術(shù)，此系統(tǒng)中光線路終端OLT(光線路終端)部署在DU側(cè)，可提供多個(gè)不同波長的光源，實(shí)現(xiàn)控制、交換和管理功能。光網(wǎng)絡(luò)單元ONU部署在AAU側(cè)提供特定波長。OWDN(光波長分配網(wǎng)絡(luò))部署在OLT與ONU之間，實(shí)現(xiàn)波長分配。OLT與ONU之間使用預(yù)先設(shè)計(jì)的波長工作，但在多波長情況下采用特定波長光源ONU種類過多，易造成倉儲問題，因此目前基于無色ONU技術(shù)方案是WDM-PON系統(tǒng)的主流，但技術(shù)成熟度仍處于較低水平。

  承載方案對比分析

  以上五種前傳方案均能滿足5G前傳帶寬、時(shí)延、傳輸距離等性能指標(biāo)要求，但具有不同的技術(shù)特點(diǎn)，在建設(shè)成本、建設(shè)難度和維護(hù)成本等方面均有差異。

  光纖直驅(qū)方案成本最低，部署簡便且后期運(yùn)維便利，在光纖資源較為豐富的場景下是首選方案。無源WDM方案建設(shè)成本低廉，可解決光纖資源緊張的問題，此方案由純光路器件構(gòu)成，較有源WDM方案故障率更低，但出現(xiàn)故障后難以定位。半有源WDM方案在解決光纖資源緊張問題的同時(shí)在有源側(cè)提供適當(dāng)?shù)倪\(yùn)維功能，仍無法避免彩光模塊對基站提出的管理要求。OTN承載方案和WDM-PON方案擁有豐富的OAM，有效提高了前傳的維護(hù)管理能力，但對電源、空間、環(huán)境和機(jī)房條件要求高，建設(shè)難度大且后期維護(hù)成本高。

  各種5G前傳方案架構(gòu)及優(yōu)劣勢對比如圖1所示，并從成本、運(yùn)維、技術(shù)成熟度幾方面對各方案進(jìn)行排序，見表1。

  行業(yè)進(jìn)展

  中興通訊密切關(guān)注各運(yùn)營商的建網(wǎng)需求，依托強(qiáng)大的研發(fā)能力，與業(yè)界多家運(yùn)營商展開深度合作。中國電信提出多種Fronthaul前傳方案，包括光纖直驅(qū)、OTN及WDM-PON等方案，2018年，中興通訊完成了由中國電信在北京研究院舉行的首次5G OTN前傳承載設(shè)備測試，測試業(yè)界主流的25Gbps eCPRI前傳接口傳輸，在時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)等關(guān)鍵性能指標(biāo)上表現(xiàn)優(yōu)異。2019年末將參加中國電信新一輪5G OTN前傳設(shè)備測試。

  中國移動(dòng)提出具有創(chuàng)新性的半有源方案并積極聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈對該方案進(jìn)一步完善，中興通訊積極響應(yīng)，并將于2020年參加中國移動(dòng)進(jìn)行基于Open-WDM半有源方案的5G前傳測試。后續(xù)將持續(xù)參加各運(yùn)營商的5G前傳測試，推動(dòng)方案盡快商用部署。

  5G前傳方案涉及巨大的建網(wǎng)投資，同時(shí)占用大量光纖資源，方案的選擇對各個(gè)部署點(diǎn)的資源占用和建設(shè)周期都有突出影響。對比當(dāng)前主要的5G前傳方案的研究進(jìn)展可知，半有源方案平衡了建網(wǎng)成本和后期運(yùn)維，并在大幅降低光纖使用量的同時(shí)具有一定的運(yùn)維能力，未來有望成為5G前傳建網(wǎng)的主流方案。

  中興通訊愿助力運(yùn)營商加快5G前傳承載網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，推動(dòng)5G業(yè)務(wù)商用規(guī)模部署。5G前傳，承載已就緒！

  作者：中興通訊 孫遠(yuǎn)航