5G前傳技術(shù)和回傳技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展分析

引言

自2019年10月我國5G商用正式啟動(dòng)以來，國內(nèi)運(yùn)營商加快5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)步伐，逐步在全國開通增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）業(yè)務(wù)并加快拓展5G+垂直行業(yè)應(yīng)用。為了滿足5G規(guī)模商用、5G+垂直行業(yè)應(yīng)用發(fā)展等典型需求，5G傳送網(wǎng)絡(luò)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(shí)延、低成本、智能管控和高精度同步等特性網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求，還要面對(duì)中長期5G業(yè)務(wù)發(fā)展的支持小顆粒業(yè)務(wù)承載、L3VPN大規(guī)模靈活組網(wǎng)、軟硬網(wǎng)絡(luò)切片資源管控、城域邊緣云的動(dòng)態(tài)互聯(lián)等傳送需求的挑戰(zhàn)。

5G傳送技術(shù)主要涉及前傳、中回傳以及相關(guān)的光模塊器件等，其中前傳主要采用光纖直連和波分復(fù)用（WDM）技術(shù)，后者出現(xiàn)多種實(shí)現(xiàn)方案并成為目前業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)；中回傳方案主要聚焦分組切片網(wǎng)（SPN）和基于IP技術(shù)承載的無線接入網(wǎng)（IPRAN）增強(qiáng)方案并已啟動(dòng)商用部署。5G前傳及中回傳基本組網(wǎng)結(jié)構(gòu)見圖1。5G傳送標(biāo)準(zhǔn)主要由中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA）、國際電聯(lián)（ITU-T）、電氣電子工程師學(xué)會(huì)（IEEE）、國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）和光互聯(lián)論壇（OIF）等國內(nèi)、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織主導(dǎo)制定，相關(guān)工作正在全面開展并取得明顯進(jìn)展。本文主要介紹了5G前傳、中回傳網(wǎng)絡(luò)、光模塊等相關(guān)技術(shù)方案現(xiàn)狀與標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展情況，并對(duì)于5G傳送技術(shù)未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

圖15G前傳及中回傳組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意

5G前傳技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)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(shè)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(shí)施CU云化和CRAN大集中建設(shè)模式。對(duì)于CRAN小規(guī)模集中場景，DU主要部署在接入機(jī)房，集中規(guī)模通常為3~5個(gè)基站，就近接入二級(jí)光交或直接連接基站機(jī)房ODF、不跨主干光交環(huán)。對(duì)于CRAN大規(guī)模集中場景，DU集中部署在普通匯聚機(jī)房或綜合業(yè)務(wù)接入站點(diǎn)，集中規(guī)模通常為10~20個(gè)基站及以上，跨主干光交環(huán)。

5G前傳主要實(shí)現(xiàn)AAU到DU之間的信號(hào)傳輸，技術(shù)方案主要包括光纖直連和WDM方案，WDM方案又可以細(xì)分為無源、有源、半有源3種，主要技術(shù)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(gè)5G的S111（單頻三扇面站址）基站采用雙纖雙向互聯(lián)時(shí)需要6芯的光纖資源?？紤]到5G基站規(guī)模建設(shè)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(hào)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(gè)無源合分波器實(shí)現(xiàn)彩光通路信號(hào)復(fù)用，不配置任何有源傳輸設(shè)備。該方案在無保護(hù)場景下基于單纖雙向模式時(shí)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(fù)用（CWDM）方案。

（3）半有源WDM方案：在DU或BBU側(cè)部署有源WDM設(shè)備，AAU側(cè)僅部署無源合分波器，通過光信號(hào)調(diào)頂?shù)确绞綄?shí)現(xiàn)光模塊狀態(tài)監(jiān)測、波長調(diào)諧等網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維功能。該方案是近期運(yùn)營商研究和未來部署的關(guān)注重點(diǎn)，正在積極推動(dòng)產(chǎn)品研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)化和測試驗(yàn)證等工作。

（4）有源WDM方案：在AAU側(cè)和DU側(cè)均部署有源設(shè)備進(jìn)行業(yè)務(wù)接入和傳輸。該方案的特點(diǎn)是傳輸與無線專業(yè)的設(shè)備管理界面清晰，并且傳輸設(shè)備支持完善的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管控能力。考慮到AAU側(cè)工作環(huán)境、供電情況，網(wǎng)絡(luò)綜合成本，以及前傳100μs量級(jí)低時(shí)延、高精度時(shí)頻同步苛刻要求等因素，預(yù)計(jì)該方案在現(xiàn)網(wǎng)中規(guī)模部署應(yīng)用的可能性較少。

面向5G前傳的WDM技術(shù)根據(jù)采用波段和通路間隔差異等，又可被進(jìn)一步分為CWDM、基于局域網(wǎng)通路的波分復(fù)用（LAN-WDM）、中等波分復(fù)用（MWDM）和密集波分復(fù)用（DWDM）4種方案（見圖2）。整體上來看，CWDM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化過程中，重點(diǎn)是推動(dòng)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(shù)方案特性比較

目前，CCSA和ITU-T主要承擔(dān)5G前傳的標(biāo)準(zhǔn)化工作。CCSATC6已正式立項(xiàng)并啟動(dòng)基于25Gbit/s速率的WDM系統(tǒng)和彩光模塊標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，開展25Gbit/sDWDM標(biāo)準(zhǔn)的制定，包括固定波長和可調(diào)波長，相關(guān)參數(shù)及賦值研究取得較明顯進(jìn)展。另外，目前ITU-T也已啟動(dòng)討論前傳用25Gbit/sCWDM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。

5G中回傳技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

5G中回傳網(wǎng)絡(luò)需滿足多層級(jí)承載網(wǎng)絡(luò)、靈活化連接調(diào)度、層次化網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)層次化網(wǎng)絡(luò)切片等，其典型的技術(shù)特性如下。

（1）L2/L3層分組轉(zhuǎn)發(fā)層技術(shù)：為5G提供靈活連接調(diào)度和統(tǒng)計(jì)復(fù)用功能，主要通過L2和L3的分組轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，主要包括以太網(wǎng)、面向傳送的多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS-TP）和新興的段路由（SR）等技術(shù)。

（2）L1層TDM通道層技術(shù)：TDM通道技術(shù)不僅可以為5G三大類業(yè)務(wù)應(yīng)用（eMBB、uRLLC和mMTC）提供支持硬管道隔離、OAM、保護(hù)和低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)切片服務(wù)，并且可以為高品質(zhì)的政企和金融等專線提供高安全和低時(shí)延服務(wù)能力。

（3）L0層光層大帶寬技術(shù)：5G和專線等大帶寬業(yè)務(wù)需要5G承載網(wǎng)絡(luò)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(diào)度能力。

表1給出了支撐5G規(guī)模商用、5G+垂直行業(yè)應(yīng)用的5G中回傳網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展情況，其中我國主要重點(diǎn)推動(dòng)ITU-TSG15的L1層MTN和新一代靈活OTN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以及IETF的L2和L3層的SRv6、SR-TP和網(wǎng)絡(luò)切片等標(biāo)準(zhǔn)。

表15G中回傳關(guān)鍵技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

5G傳送光模塊技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

隨著光信號(hào)傳輸速率的大幅提升，光模塊在5G傳送網(wǎng)絡(luò)中的重要性和成本占比日益顯著，我國運(yùn)營商和設(shè)備商同期都在加強(qiáng)光模塊研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化投入。綜合傳輸距離需求、傳輸技術(shù)方案差異、模塊實(shí)現(xiàn)成本等多方因素，在前傳、中回傳等應(yīng)用場景中，25Gbit/s、50Gbit/s、100Gbit/s及以上速率引入單纖雙向、波分復(fù)用、新型調(diào)制、相干接收等一種或多種關(guān)鍵技術(shù)，光模塊類型呈現(xiàn)多樣化分散發(fā)展態(tài)勢，對(duì)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(shù)方案及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展

5G傳送用光模塊的標(biāo)準(zhǔn)化工作主要由CCSATC6和IEEE802.3推動(dòng)制定，目前已取得明顯進(jìn)展。CCSATC6WG4已完成面向前傳應(yīng)用的25Gbit/s單纖雙向光模塊標(biāo)準(zhǔn)（報(bào)批階段），并已正式立項(xiàng)啟動(dòng)了25Gbit/sxWDM系列的光模塊標(biāo)準(zhǔn)，面向10km/40km中回傳的50Gbit/s、100Gbit/s、200Gbit/s和400Gbit/s速率的光模塊標(biāo)準(zhǔn)大部分也已制定完成或接近完成。另外，IEEE802.3與5G傳送相關(guān)的高速光模塊標(biāo)準(zhǔn)，除了面向80km應(yīng)用場景的項(xiàng)目P802.3ct（100Gbit/s速率）和P802.3cw（400Gbit/s速率），以及面向單纖雙向應(yīng)用場景的項(xiàng)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(biāo)準(zhǔn)均已制定完成。

結(jié)束語

總體來看，5G傳送技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化工作已取得明顯進(jìn)展，但尚存在一些需要進(jìn)一步解決的問題。未來2~3年5G將進(jìn)入規(guī)模商用期，為多方位支撐5G網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模部署與多類垂直行業(yè)融合業(yè)務(wù)的創(chuàng)新應(yīng)用，后續(xù)業(yè)界應(yīng)加強(qiáng)推動(dòng)5G技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化的成熟完善。在5G前傳方面，應(yīng)重點(diǎn)聚焦推動(dòng)CRAN大集中的半有源WDM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定及產(chǎn)業(yè)協(xié)同化工作，同時(shí)也應(yīng)關(guān)注其他應(yīng)用場景及適用技術(shù)方案，以滿足低成本、便捷運(yùn)維管控等需求；在5G中回傳方面，需重點(diǎn)推動(dòng)解決硬切片的TDM靈活管道、軟切片的分組高效轉(zhuǎn)發(fā)、高精度業(yè)務(wù)性能監(jiān)測、網(wǎng)絡(luò)切片智能管控和自動(dòng)化運(yùn)維等關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)增強(qiáng)超大容量和開放光層互聯(lián)、海量靈活連接和網(wǎng)絡(luò)切片承載、基于SDN/NFV的智能管控、按需動(dòng)態(tài)部署和批量開通運(yùn)維等產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用能力。面對(duì)多樣化的5G傳送解決方案，我國產(chǎn)業(yè)各界應(yīng)加強(qiáng)合作、聚焦共識(shí)，協(xié)同推動(dòng)5G傳送網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)研究、標(biāo)準(zhǔn)制定和測試評(píng)估等工作，共同促進(jìn)5G傳送技術(shù)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(wù)蓬勃發(fā)展。
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