WDM-PON承載5G應(yīng)用場(chǎng)景和技術(shù)研究

1.WDM-PON 承載5G應(yīng)用場(chǎng)景

1.1 前傳網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)定義

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)迅猛發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)等多種新型應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，為應(yīng)對(duì)未來爆炸性的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)和海量設(shè)備連接，第五代移動(dòng)通信（5G）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

2015年，ITU-R正式定義了5G的三類典型應(yīng)用場(chǎng)景：eMBB，mMTC和URLLC。eMBB對(duì)應(yīng)的是3D/超高清視頻等大流量移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)，mMTC對(duì)應(yīng)的是大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，而URLLC對(duì)應(yīng)的是如無人駕駛、工業(yè)自動(dòng)化等需要低時(shí)延高可靠連接的業(yè)務(wù)。

2016年11月28日中國(guó)移動(dòng)發(fā)布了邁向5G C-RAN需求、架構(gòu)和挑戰(zhàn)白皮書。

圖1 BBU研究架構(gòu)：從4G單節(jié)點(diǎn)到5G CU/DU兩級(jí)架構(gòu)

5G BBU功能將被重構(gòu)為CU 和DU兩個(gè)功能實(shí)體（見圖1），CU主要包括非實(shí)時(shí)的無線高層協(xié)議棧功能，同時(shí)支持部分核心網(wǎng)功能下沉和邊緣應(yīng)用業(yè)務(wù)的部署，DU設(shè)備主要處理物理層功能和實(shí)時(shí)性需求的層2功能，前傳分為兩級(jí)，一級(jí)前傳和二級(jí)前傳。

CU的存在實(shí)現(xiàn)了原有BBU的部分功能集中，即兼容了完全的集中化部署，也支持分布式的DU部署。

兩級(jí)前傳C-RAN架構(gòu)為DU池化或CU池化提供了網(wǎng)絡(luò)支持。其中一級(jí)前傳就是Fronthaul，可以支持eCPRI等前傳協(xié)議；二級(jí)前傳又稱Midhaul（中傳）。Fronthaul和Midhaul針對(duì)不同的5G業(yè)務(wù)有不同的時(shí)延和帶寬要求。

5G前傳和回傳的大帶寬需求，帶動(dòng)傳輸網(wǎng)的大接口需求，主要包括高速以太網(wǎng)接口或OTN/DWDM等傳輸接口。同時(shí)隨著eCPRI新的前傳接口定義，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)為支持DU、CU池化的新型架構(gòu)，對(duì)無線接入和5G承載提出了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

1.2 WDM-PON 承載5G應(yīng)用場(chǎng)景

圖2 5G新建場(chǎng)景或熱點(diǎn)地區(qū)場(chǎng)景

WDM-PON在5G中的典型應(yīng)用場(chǎng)景見上圖2。

當(dāng)運(yùn)營(yíng)商有基站選址壓力，或需要釋放BBU機(jī)房的情況，或密集城區(qū)需要集中部署DU池，在這些場(chǎng)景下可將DU位置上移并集中部署。尤其針對(duì)既有有線業(yè)務(wù)和無線業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)商的新建場(chǎng)景非常適合采用WDM-PON進(jìn)行前傳接口的承載。OLT可利用接入機(jī)房?jī)?yōu)勢(shì)，集中化部署DU，DU池和OLT共站址，針對(duì)5G URLLC業(yè)務(wù)，建議CU也與OLT, DU共站址。DU池化共站會(huì)使DU之間協(xié)同需求(如CoMP)的用戶面數(shù)據(jù)傳輸路徑更近；DU和CU共站，則可使Midhaul消失，5G RAN用戶面?zhèn)鬏敃r(shí)延更小。

2. WDM-PON技術(shù)實(shí)現(xiàn)及其5G承載的意義

WDM-PON體系架構(gòu)：

圖3 WDM-PON體系架構(gòu)

WDM-PON的關(guān)鍵技術(shù)當(dāng)前主要關(guān)注：無色ONU技術(shù),即ITU-T G.989.2和CCSA WR WDM-PON標(biāo)準(zhǔn)明確可調(diào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)無色ONU；另外一個(gè)是輔助管理通道（AMCC）技術(shù)，即RF Pilot-tone 和Baseband Overmodulation。

WDM-PON方案中，光模塊技術(shù)、OAM管理、保護(hù)倒換等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展對(duì)WDM-PON的5G承載大規(guī)劃使用起著重要的作用。相關(guān)協(xié)議正在標(biāo)準(zhǔn)組織中討論和制定。

2.1 前傳承載方案

圖4 基于OLT統(tǒng)一光接入平臺(tái)的WDM-PON 前傳組網(wǎng)方案

WDM-PON OLT設(shè)備統(tǒng)一光接入平臺(tái)用于5G移動(dòng)前傳的同時(shí)，支持有線光接入業(yè)務(wù)。5G DU或BBU池與RRU之間通過WDM-PON無源光網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)業(yè)務(wù)前傳。

WDM-PON作為5G前傳方案體現(xiàn)以下技術(shù)特點(diǎn)：

1.WDM-PON技術(shù)時(shí)延小，可為5G、政企等業(yè)務(wù)提供單獨(dú)組網(wǎng)和業(yè)務(wù)性能保障；

2.大帶寬，支持每通道10G和25G速率，可滿足25G eCPRI前傳信號(hào)的帶寬需求；

3.高傳輸效率。體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一個(gè)是獨(dú)占帶寬沒有DBA調(diào)度，邏輯點(diǎn)到點(diǎn)。另外一個(gè)是管理方面，采用AMCC信號(hào)調(diào)頂技術(shù)，管理信道疊加在每個(gè)波長(zhǎng)，沒有OMCC預(yù)留，沒有GEMPORT資源預(yù)留而導(dǎo)致的浪費(fèi)。

WDM-PON作為5G前傳方案在工程應(yīng)用中也將體現(xiàn)價(jià)值：

1.WDM-PON方案適合于人口密集的城市居民區(qū)覆蓋。因?yàn)?ldquo;天然樹形的線纜拓?fù)?rdquo;、“固移融合業(yè)務(wù)”、“密集覆蓋”。

2.可以共享已有的光纖基礎(chǔ)設(shè)置。5G網(wǎng)絡(luò)部署需要大量的光纖資源，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基于無源光網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)�，能大量�?jié)省光纖布線資源。目前FTTx光纖網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣，線路和端口資源豐富，充分加以利用，可降低5G網(wǎng)絡(luò)部署成本，減少重復(fù)投資，提升現(xiàn)網(wǎng)資源利用率，快捷完善5G網(wǎng)絡(luò)密集覆蓋。

3.多個(gè)波長(zhǎng)經(jīng)過AWG匯聚后分到分支光纖傳輸， 節(jié)省大量主干光纖資源。

4.AWG比POWER SPLITER具有較小損耗。同等ODN組網(wǎng)情況下，采用AWG替換SPLITER意味著更遠(yuǎn)的傳輸距離。

5.5G和有線接入可以共享機(jī)房資源，比如Local PoP接入點(diǎn)。尤其是基于AO重構(gòu)的機(jī)房更能發(fā)揮綜合建網(wǎng)，平攤投資的優(yōu)勢(shì)。

6.可以共享OLT, 實(shí)現(xiàn)接入家庭用戶、政企用戶和5G基站合一接入。進(jìn)一步提升設(shè)備利用率，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)設(shè)備部署成本，降低機(jī)房等資源需求。

7.在DU池化后，有助實(shí)現(xiàn)無線和有線接入的資源共建共享，構(gòu)建面向未來的固移融合網(wǎng)絡(luò)。包括固移控制面融合，實(shí)現(xiàn)認(rèn)證，計(jì)費(fèi)和用戶信息統(tǒng)一等；實(shí)現(xiàn)固移轉(zhuǎn)發(fā)面融合UPF固移共平臺(tái)設(shè)備；還可實(shí)現(xiàn)固存儲(chǔ)資源融合，如CDN,MEC資源等。

2.2 WDM-PON標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展及運(yùn)營(yíng)商訴求

目前WDM-PON標(biāo)準(zhǔn)主要研究了單波長(zhǎng)10G速率以下（1.25G/2.5G/10G）的WDM-PON系統(tǒng)。單波速率達(dá)10G時(shí)，WDM-PON無色ONU的主流技術(shù)是可調(diào)技術(shù)。標(biāo)準(zhǔn)組織開始關(guān)注WDM-PON在5G前傳的應(yīng)用，特別是單波25G速率的WDM-PON系統(tǒng)。ITU-T G.sup.5GP 討論組正在推進(jìn)和討論25G WDM-PON。

2017年以來的國(guó)際運(yùn)營(yíng)商把WDM-PON作為5G前傳的重點(diǎn)方案進(jìn)行研究。法電Orange，現(xiàn)網(wǎng)大多是D-RAN, C-RAN不多，5G C-RAN，考慮將CU放在NG-POP點(diǎn)，5G前傳密切關(guān)注和研究WDM-PON。德電DT，考慮C-RAN, CU/DU分離，CU集中于匯聚層。WDM-PON前傳感興趣。澳電Telstra ，針對(duì)C-RAN 前傳，比較有源DWDM和WDM-PON方案。國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商，中國(guó)電信研究院積極推動(dòng)WDM-PON的測(cè)試和試商用；中國(guó)聯(lián)通對(duì)5G承載主推G.metro，WDM-PON技術(shù)上與之相似，可作為簡(jiǎn)化版G.metro；中國(guó)移動(dòng)對(duì)5G承載主推FlexE，WDM-PON可與之融合。