ICCSZ訊 中(zhong)國(guo)IMT-2020(5G)推進組近期發(fa)布《5G承(cheng)載(zai)網(wang)絡架構和技(ji)術方案白皮書(shu)》，對我國(guo)5G承(cheng)載(zai)產業(ye)發(fa)展趨勢進行了(le)分析，涉(she)及光(guang)纖光(guang)纜基礎設(she)(she)施、5G光(guang)模(mo)塊(kuai)和芯片(pian)、5G承(cheng)載(zai)網(wang)絡設(she)(she)備(bei)三個方面。

       光(guang)纖光(guang)纜基礎設施

       白皮書認(ren)為，我國運營商經過多年網(wang)絡建設和(he)優化(hua)，已形成較為穩定的(de)城域光纜網(wang)，5G的(de)高(gao)速率、低時延(yan)等對光纖容量及連接密度(du)提(ti)出更(geng)高(gao)要求，對網(wang)絡拓撲優化(hua)提(ti)出挑戰，光纖基礎設施架構、功能、拓撲和(he)光纖類型都(dou)將發生變化(hua)。

       光(guang)(guang)纜(lan)網架構(gou)分為(wei)核心層(ceng)(ceng)(ceng)、匯聚層(ceng)(ceng)(ceng)和(he)(he)(he)接入(ru)(ru)層(ceng)(ceng)(ceng)，其中(zhong)，接入(ru)(ru)層(ceng)(ceng)(ceng)由主干光(guang)(guang)纜(lan)、配線(xian)(xian)光(guang)(guang)纜(lan)和(he)(he)(he)引入(ru)(ru)光(guang)(guang)纜(lan)構(gou)成，方(fang)便快捷的(de)(de)邊(bian)緣接入(ru)(ru)層(ceng)(ceng)(ceng)有利于低成本(ben)、高(gao)帶寬業(ye)(ye)務的(de)(de)快速接入(ru)(ru)和(he)(he)(he)開通。為(wei)提(ti)高(gao)基礎資源利用率，城域網將逐漸向(xiang)一張網絡同時承(cheng)載多種業(ye)(ye)務的(de)(de)方(fang)向(xiang)發展(zhan)演進(jin)，以(yi)實現包括(kuo)無線(xian)(xian)、固定(ding)寬帶、專線(xian)(xian)、數據中(zhong)心互聯(lian)等在內的(de)(de)綜(zong)合業(ye)(ye)務承(cheng)載。

       如(ru)圖所示(shi)，典型(xing)的(de)城域接(jie)入層光(guang)纜拓撲包括(kuo)點到(dao)點、接(jie)入主(zhu)干(gan)鏈和主(zhu)干(gan)環等。接(jie)入主(zhu)干(gan)光(guang)纜的(de)典型(xing)纖芯數(shu)量為(wei)(wei)144/288芯，配線段(duan)光(guang)纜的(de)典型(xing)纖芯數(shu)量為(wei)(wei)12 /24芯。現階(jie)段(duan)城域使用的(de)光(guang)纖類型(xing)主(zhu)要為(wei)(wei)G.652光(guang)纖。

圖 | 城(cheng)域接入(ru)層光(guang)纜典型拓撲

5G網絡(luo)建(jian)設(she)初期，前(qian)傳以(yi)光(guang)(guang)纖(xian)(xian)直驅方式為主，配線光(guang)(guang)纜(lan)壓(ya)力尚不明顯，主干光(guang)(guang)纜(lan)面臨較大(da)纖(xian)(xian)芯壓(ya)力，可(ke)考慮采用WDM技術或新建(jian)光(guang)(guang)纜(lan)方式進行纖(xian)(xian)芯擴(kuo)容。隨著(zhu)5G網絡(luo)發展演進，配線光(guang)(guang)纜(lan)也將存在擴(kuo)容需求。

       新(xin)型光(guang)(guang)(guang)纖光(guang)(guang)(guang)纜(lan)方面(mian)，5G帶(dai)來海量(liang)光(guang)(guang)(guang)纖需求(qiu)，有限的管道資(zi)源內布放(fang)大量(liang)光(guang)(guang)(guang)纖將帶(dai)來光(guang)(guang)(guang)纖尺寸(cun)和彎曲(qu)性能等挑(tiao)戰(zhan)，高(gao)抗彎光(guang)(guang)(guang)纖、小型化和高(gao)密度(du)光(guang)(guang)(guang)纜(lan)需求(qiu)迫(po)切。多(duo)(duo)模(mo)光(guang)(guang)(guang)纖配合多(duo)(duo)模(mo)光(guang)(guang)(guang)模(mo)塊可有效降低成本及功耗(hao)，更長傳輸(shu)距離的新(xin)一代多(duo)(duo)模(mo)光(guang)(guang)(guang)纖正在研發，同(tong)時可能出現適用于前傳的單模(mo)和多(duo)(duo)模(mo)通(tong)用光(guang)(guang)(guang)纖以及多(duo)(duo)模(mo)和單模(mo)光(guang)(guang)(guang)纖共(gong)纜(lan)的新(xin)需求(qiu)。

       此(ci)外(wai)，充分利(li)用(yong)已有FTTH光(guang)纖基(ji)礎設施(shi)資源(yuan)，實現固定和移動基(ji)礎資源(yuan)共享可大幅節(jie)省投(tou)資并加快工程進度。

5G光模塊和芯片

面向(xiang)5G承載，25/50/100Gb/s新(xin)型高速光(guang)模塊將逐步在前傳(chuan)、中傳(chuan)和(he)(he)回(hui)傳(chuan)接入(ru)(ru)層引入(ru)(ru)，N×100/200/400Gb/s高速光(guang)模塊將在回(hui)傳(chuan)匯聚和(he)(he)核(he)心層引入(ru)(ru)。5G光(guang)模塊在傳(chuan)輸距離、調制方(fang)式、工作溫(wen)度和(he)(he)封裝等(deng)方(fang)面存在不同(tong)方(fang)案(an)，需結(jie)合應用(yong)場(chang)景(jing)、成本(ben)等(deng)因素適需選擇。下表為(wei)不同(tong)應用(yong)場(chang)景(jing)下光(guang)模塊的典型技術方(fang)案(an)。

表(biao) | 5G光(guang)模塊典型技術方案

5G前傳(chuan)

       前傳(chuan)AAU側光(guang)(guang)模(mo)塊涉及室外應(ying)用，需要工(gong)業(ye)級(ji)(-40~85℃)光(guang)(guang)模(mo)塊。工(gong)業(ye)級(ji)激光(guang)(guang)器芯片的主流實現方(fang)案有三種：

       方案一“商業級激(ji)光器(qi)芯片+制(zhi)冷封裝”，該方案對芯片要求低，但功(gong)耗和成(cheng)本高；

       方案二“直接(jie)采用(yong)工(gong)業級激光器芯片”，該方案封(feng)裝簡單、功耗和成(cheng)本低，但25GBaud工(gong)業級激光器芯片工(gong)藝實現存在挑戰，供應(ying)渠道有(you)限；

       方(fang)案三(san)“硅光(guang)調制(zhi)器+異質(zhi)激光(guang)器”，在(zai)90~95℃極端高溫(wen)環境(jing)存(cun)在(zai)用武之(zhi)地。

       另外(wai)，5G前(qian)傳光纖資源(yuan)緊張，單纖雙向(Bidi)和多(duo)電平調制(PAM4)技術具備競爭優勢(shi)。標準化層面，IEEE802.3cp開始(shi)進行(xing)25/50Gb/s Bidi標準制(zhi)定，國(guo)內正同(tong)步(bu)開展25Gb/s Bidi光(guang)(guang)模(mo)(mo)塊通(tong)信行(xing)業標準制(zhi)定。此外，由于前傳光(guang)(guang)模(mo)(mo)塊需求規(gui)模(mo)(mo)在5G相關光(guang)(guang)模(mo)(mo)塊整體市場中占比(bi)較(jiao)大，主流模(mo)(mo)塊和設備商(shang)也在廣泛嘗(chang)試(shi)DMT、超頻等其他低成本實現(xian)路徑，基本思路都是通(tong)過更復(fu)雜的電(dian)調制(zhi)解(jie)調技術降低光(guang)(guang)模(mo)(mo)塊對激光(guang)(guang)器(qi)帶寬和數量的要求。

5G中傳和回傳

       中傳和回傳的光(guang)模(mo)塊(kuai)應(ying)用于散熱條件(jian)好的機房(fang)環(huan)境，可采用商(shang)業級(ji)芯片。80km以下傳輸距離，包括(kuo)25Gb/s NRZ、50/100/200/400Gb/s PAM4光(guang)模(mo)塊(kuai)等方案。目前(qian)，高(gao)線性度的PAM4電(dian)芯片已經(jing)商(shang)用，25/50GBaud高(gao)線性度激光(guang)器和探測(ce)器芯片仍需要進(jin)一步的工藝(yi)改進(jin)。

       5G中傳和回傳也可能采用(yong)WDM環網結構，低成本彩光模塊(kuai)有(you)待(dai)研發。80km及(ji)以上傳輸距離，相(xiang)干光(guang)模(mo)塊將成為主流。標準化方面，OIF 400ZR基本方案已確定(64GBaud DP-16QAM)，IEEE802.3b10k已確定80km單載波100/400Gb/s相(xiang)干光(guang)模(mo)塊目(mu)標。

5G光模(mo)塊(kuai)對光電(dian)芯片(pian)的典型需(xu)求如下(xia)表所示。產業(ye)(ye)(ye)化方面，國內(nei)企(qi)業(ye)(ye)(ye)在光模(mo)塊(kuai)層面能夠提供(gong)大(da)部分(fen)產品，研發水平緊跟國外(wai)領先企(qi)業(ye)(ye)(ye)，但25GBaud及以上速率的核心光電(dian)芯片(pian)尚(shang)處于在研、樣(yang)品或空白階段，與領先企(qi)業(ye)(ye)(ye)存在1~2代的技術差距。

圖 | 5G核心(xin)光電子芯(xin)片需求

5G光模(mo)塊存在數千萬量級的(de)(de)巨大需(xu)求，更(geng)高速(su)率(lv)(lv)、更(geng)長(chang)距離(li)、更(geng)寬溫度(du)范(fan)圍和(he)更(geng)低成本的(de)(de)光模(mo)塊需(xu)求迫切(qie)。為(wei)支(zhi)持(chi)5G承載(zai)技(ji)術(shu)及產業健康(kang)發(fa)展，國內企(qi)業需(xu)加快(kuai)25GBaud及以上速(su)率(lv)(lv)核(he)心光電子芯(xin)片的(de)(de)研發(fa)突破。

5G承(cheng)載(zai)網絡(luo)設備(bei)

5G承載(zai)網(wang)(wang)(wang)絡(luo)設(she)(she)(she)備形(xing)態雖(sui)有(you)所(suo)差異，但均(jun)呈向(xiang)多(duo)技(ji)(ji)術融合(he)發(fa)展趨(qu)勢(shi)，建(jian)議推(tui)動新開(kai)發(fa)的(de)網(wang)(wang)(wang)絡(luo)設(she)(she)(she)備能(neng)最大程(cheng)度(du)兼容不同技(ji)(ji)術方(fang)(fang)案(an)。SPN和(he)IP RAN增強功能(neng)方(fang)(fang)案(an)均(jun)基于分(fen)組(zu)(zu)化承載(zai)技(ji)(ji)術，網(wang)(wang)(wang)絡(luo)協議和(he)設(she)(she)(she)備形(xing)態的(de)融合(he)發(fa)展趨(qu)勢(shi)日益顯著(zhu)。分(fen)組(zu)(zu)化承載(zai)設(she)(she)(she)備和(he)M-OTN網(wang)(wang)(wang)絡(luo)設(she)(she)(she)備大多(duo)采用(yong)統一信元(yuan)交(jiao)換內核(he)，L0~L3層(ceng)應(ying)(ying)(ying)用(yong)根據SDN管控架構和(he)應(ying)(ying)(ying)用(yong)場(chang)景來配置。建(jian)議網(wang)(wang)(wang)絡(luo)設(she)(she)(she)備商綜合(he)不同技(ji)(ji)術方(fang)(fang)案(an)的(de)共(gong)性需求，從降(jiang)低研發(fa)成本和(he)提升網(wang)(wang)(wang)絡(luo)設(she)(she)(she)備普適性的(de)角度(du)考慮，統一開(kai)發(fa)新的(de)網(wang)(wang)(wang)絡(luo)設(she)(she)(she)備架構，共(gong)享核(he)心處理芯片、業務板卡、光模塊(kuai)和(he)管控平臺，結合(he)不同運營商的(de)需求差異提供相應(ying)(ying)(ying)的(de)線路(lu)板卡，包括支持以太網(wang)(wang)(wang)或FlexE的(de)線路(lu)板卡、支持OTUk、OTUCn/FlexO的(de)OTN線路(lu)板卡以及支持多(duo)波(bo)長組(zu)(zu)網(wang)(wang)(wang)調(diao)度(du)的(de)光層(ceng)子架等。

實(shi)(shi)際(ji)(ji)上，國際(ji)(ji)上的(de)(de)(de)許多運(yun)營商都有類似(si)PTN、IP RAN和(he)OTN的(de)(de)(de)網(wang)(wang)絡(luo)背景，都有面向5G和(he)綜合業(ye)務(wu)承載的(de)(de)(de)網(wang)(wang)絡(luo)演(yan)(yan)進(jin)(jin)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)訴求。SPN和(he)IP RAN增(zeng)強方案是(shi)基(ji)于(yu)IP/MPLS和(he)電信級(ji)以太網(wang)(wang)增(zeng)強輕量(liang)級(ji)TDM技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)演(yan)(yan)進(jin)(jin)思路，目的(de)(de)(de)是(shi)解決(jue)分組承載網(wang)(wang)絡(luo)如何支(zhi)持(chi)不同(tong)類型業(ye)務(wu)的(de)(de)(de)帶(dai)寬隔離、確定(ding)性低(di)時延(yan)和(he)網(wang)(wang)絡(luo)硬(ying)切片等(deng)問題(ti)，實(shi)(shi)現5G和(he)專線等(deng)多業(ye)務(wu)綜合承載;M-OTN方案是(shi)基(ji)于(yu)傳統OTN增(zeng)強分組承載技(ji)術(shu)并簡化OTN的(de)(de)(de)演(yan)(yan)進(jin)(jin)思路，是(shi)OTN適應(ying)分組業(ye)務(wu)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)趨勢，并重點針對(dui)5G前(qian)傳、中傳和(he)回傳的(de)(de)(de)低(di)時延(yan)等(deng)需求而進(jin)(jin)行(xing)技(ji)術(shu)方案簡化和(he)演(yan)(yan)進(jin)(jin)發(fa)(fa)展(zhan)(zhan)的(de)(de)(de)產物，目的(de)(de)(de)是(shi)解決(jue)OTN如何高效承載5G和(he)專線等(deng)業(ye)務(wu)，并實(shi)(shi)現應(ying)用場景從干線、城域(yu)核(he)心網(wang)(wang)絡(luo)逐步向城域(yu)匯聚和(he)接入(ru)層的(de)(de)(de)延(yan)伸。

       總結與展望

       5G新型(xing)業務特性的(de)引入、無線接入網(wang)(wang)(wang)結(jie)構和(he)核心網(wang)(wang)(wang)架構革新變化(hua)(hua)等為承載(zai)(zai)技術的(de)新一輪快速發(fa)展(zhan)提供了契機，5G承載(zai)(zai)網(wang)(wang)(wang)絡(luo)呈現(xian)出三大(da)性能(neng)需求和(he)六(liu)大(da)組網(wang)(wang)(wang)功(gong)能(neng)需求，受業務特性、運營(ying)商技術架構與(yu)未來(lai)演進思路等多種因素影響， 5G承載(zai)(zai)呈現(xian)多種技術方案并(bing)行(xing)發(fa)展(zhan)的(de)態(tai)勢。從光(guang)纖基礎設(she)施、光(guang)模塊及芯(xin)片以及承載(zai)(zai)設(she)備(bei)的(de)發(fa)展(zhan)來(lai)看，部署(shu)更多光(guang)纖資源、加速高(gao)速率芯(xin)片和(he)低成(cheng)本光(guang)模塊研(yan)發(fa)、提升承載(zai)(zai)設(she)備(bei)的(de)差(cha)異化(hua)(hua)方案兼容性等至關重(zhong)要，同時應遵循固移融(rong)合、綜(zong)合承載(zai)(zai)的(de)原則(ze)，支撐5G承載(zai)(zai)網(wang)(wang)(wang)絡(luo)實現(xian)低成(cheng)本快速部署(shu)。

“5G商用，承(cheng)載(zai)先行”。隨(sui)著5G現網(wang)規(gui)模試點開展(zhan)和(he)(he)預(yu)商用進程加(jia)快，5G承(cheng)載(zai)技術方案還將繼續(xu)加(jia)強(qiang)融合創新。5G承(cheng)載(zai)工作組將與(yu)業界加(jia)強(qiang)合作，聚焦共識，協(xie)同推動5G承(cheng)載(zai)架構、組網(wang)方案、共性(xing)支撐技術、產業化方案和(he)(he)標準規(gui)范等(deng)相關研究，共同促進5G承(cheng)載(zai)網(wang)絡技術和(he)(he)產業的有(you)序發(fa)展(zhan)，為后續(xu)5G規(gui)模化部署(shu)提供(gong)有(you)力支撐。