ICCSZ訊 中(zhong)國IMT-2020(5G)推進(jin)組近期發(fa)布(bu)《5G承(cheng)載(zai)網(wang)絡架構和(he)技術方案白皮書》，對我國5G承(cheng)載(zai)產(chan)業發(fa)展趨勢進(jin)行(xing)了分(fen)析，涉及光(guang)纖光(guang)纜(lan)基礎(chu)設施、5G光(guang)模塊和(he)芯(xin)片(pian)、5G承(cheng)載(zai)網(wang)絡設備三個(ge)方面。

       光纖光纜基礎設施(shi)

       白皮書認(ren)為(wei)(wei)，我國運營商經過多年網(wang)絡建設和優化(hua)(hua)，已形(xing)成(cheng)較(jiao)為(wei)(wei)穩定(ding)的城域(yu)光(guang)纜(lan)網(wang)，5G的高速率、低(di)時延等(deng)對(dui)光(guang)纖容量(liang)及連接密度提(ti)出更高要(yao)求，對(dui)網(wang)絡拓撲(pu)優化(hua)(hua)提(ti)出挑戰，光(guang)纖基礎設施(shi)架(jia)構、功能、拓撲(pu)和光(guang)纖類(lei)型都將(jiang)發生變化(hua)(hua)。

       光(guang)纜網架(jia)構分為(wei)(wei)核(he)心(xin)層、匯聚(ju)層和(he)接(jie)(jie)入(ru)(ru)層，其中，接(jie)(jie)入(ru)(ru)層由主干(gan)光(guang)纜、配線光(guang)纜和(he)引入(ru)(ru)光(guang)纜構成(cheng)，方便快捷的(de)邊緣接(jie)(jie)入(ru)(ru)層有(you)利(li)于低成(cheng)本、高帶寬業務(wu)的(de)快速接(jie)(jie)入(ru)(ru)和(he)開通。為(wei)(wei)提高基礎資源利(li)用率，城(cheng)域(yu)網將逐漸向一(yi)張網絡(luo)同時承(cheng)載多種業務(wu)的(de)方向發展演(yan)進(jin)，以實(shi)現包括無線、固定寬帶、專線、數據中心(xin)互聯(lian)等在內(nei)的(de)綜合業務(wu)承(cheng)載。

       如圖所示，典(dian)型(xing)的城域接入層光(guang)纜(lan)拓(tuo)撲包括點(dian)(dian)到點(dian)(dian)、接入主(zhu)干(gan)鏈和主(zhu)干(gan)環等。接入主(zhu)干(gan)光(guang)纜(lan)的典(dian)型(xing)纖(xian)(xian)芯數量(liang)為(wei)144/288芯，配線段光(guang)纜(lan)的典(dian)型(xing)纖(xian)(xian)芯數量(liang)為(wei)12 /24芯。現階段城域使用的光(guang)纖(xian)(xian)類型(xing)主(zhu)要(yao)為(wei)G.652光(guang)纖(xian)(xian)。

圖 | 城域接入層光纜典型拓(tuo)撲(pu)

5G網絡(luo)建設初期，前傳以光纖直驅方式為主，配線(xian)光纜(lan)壓力(li)尚不明(ming)顯，主干光纜(lan)面(mian)臨較大(da)纖芯壓力(li)，可考慮采用WDM技術(shu)或(huo)新(xin)建光纜(lan)方式進行(xing)纖芯擴容(rong)。隨著(zhu)5G網絡(luo)發展演進，配線(xian)光纜(lan)也將存在擴容(rong)需求(qiu)。

       新型光纖光纜(lan)(lan)方(fang)面，5G帶來海量(liang)光纖需(xu)(xu)求，有限的(de)管(guan)道資源內布(bu)放大量(liang)光纖將帶來光纖尺寸和彎(wan)曲性能等挑(tiao)戰，高(gao)抗彎(wan)光纖、小型化和高(gao)密度光纜(lan)(lan)需(xu)(xu)求迫切(qie)。多(duo)模光纖配合多(duo)模光模塊可有效降低成本及功耗，更長傳輸(shu)距離的(de)新一代多(duo)模光纖正在研發(fa)，同時可能出現適用于前傳的(de)單(dan)模和多(duo)模通用光纖以及多(duo)模和單(dan)模光纖共纜(lan)(lan)的(de)新需(xu)(xu)求。

       此(ci)外，充分利用已有FTTH光纖基(ji)礎(chu)設施資(zi)源，實現固定和移(yi)動基(ji)礎(chu)資(zi)源共享可大幅節省投資(zi)并加(jia)快工(gong)程進度。

5G光模塊和芯片

面向5G承載(zai)，25/50/100Gb/s新型高(gao)速(su)(su)光(guang)模(mo)塊將(jiang)逐步在(zai)(zai)(zai)前傳、中傳和(he)回(hui)(hui)傳接入(ru)層(ceng)引(yin)入(ru)，N×100/200/400Gb/s高(gao)速(su)(su)光(guang)模(mo)塊將(jiang)在(zai)(zai)(zai)回(hui)(hui)傳匯聚和(he)核心層(ceng)引(yin)入(ru)。5G光(guang)模(mo)塊在(zai)(zai)(zai)傳輸距離(li)、調制方(fang)式、工作(zuo)溫度和(he)封裝等方(fang)面存(cun)在(zai)(zai)(zai)不同方(fang)案，需結合應用場(chang)景、成(cheng)本等因(yin)素適需選擇。下表為不同應用場(chang)景下光(guang)模(mo)塊的典型技(ji)術方(fang)案。

表 | 5G光(guang)模塊(kuai)典(dian)型技(ji)術方案

5G前傳

       前傳AAU側光模塊(kuai)涉及室(shi)外應用，需(xu)要工(gong)業(ye)(ye)級(-40~85℃)光模塊(kuai)。工(gong)業(ye)(ye)級激光器(qi)芯(xin)片(pian)的主流實現方案有三種：

       方(fang)案(an)一“商業(ye)級(ji)激光(guang)器芯片+制(zhi)冷封裝”，該方(fang)案(an)對(dui)芯片要求(qiu)低，但功耗和成本高；

       方案(an)二“直接采(cai)用(yong)工(gong)業級(ji)激(ji)光(guang)(guang)器(qi)芯片(pian)”，該方案(an)封裝簡單(dan)、功耗和成本(ben)低，但25GBaud工(gong)業級(ji)激(ji)光(guang)(guang)器(qi)芯片(pian)工(gong)藝(yi)實(shi)現(xian)存在挑戰，供應渠道有限；

       方案(an)三“硅光(guang)調(diao)制器+異質(zhi)激(ji)光(guang)器”，在(zai)90~95℃極端高(gao)溫環境(jing)存在(zai)用武之(zhi)地。

       另外(wai)，5G前(qian)傳光(guang)纖(xian)資源緊張，單(dan)纖(xian)雙向(Bidi)和(he)多電平(ping)調制(PAM4)技術(shu)具備競爭優勢。標(biao)(biao)準(zhun)化層面，IEEE802.3cp開(kai)始進行25/50Gb/s Bidi標(biao)(biao)準(zhun)制(zhi)定(ding)，國(guo)內正同步開(kai)展25Gb/s Bidi光(guang)(guang)(guang)模(mo)(mo)塊(kuai)通(tong)信行業標(biao)(biao)準(zhun)制(zhi)定(ding)。此外，由于前(qian)傳光(guang)(guang)(guang)模(mo)(mo)塊(kuai)需求規模(mo)(mo)在5G相(xiang)關光(guang)(guang)(guang)模(mo)(mo)塊(kuai)整體市場中占(zhan)比較大，主流模(mo)(mo)塊(kuai)和設備商(shang)也在廣泛嘗(chang)試DMT、超頻等其他低成本實(shi)現路(lu)徑，基(ji)本思(si)路(lu)都是通(tong)過更復雜的(de)(de)電調制(zhi)解調技(ji)術降低光(guang)(guang)(guang)模(mo)(mo)塊(kuai)對激光(guang)(guang)(guang)器(qi)帶寬和數量的(de)(de)要求。

5G中(zhong)傳(chuan)和回傳(chuan)

       中(zhong)傳(chuan)和回傳(chuan)的(de)光模(mo)塊應用(yong)于(yu)散熱條(tiao)件好的(de)機房(fang)環(huan)境，可采用(yong)商(shang)業級芯片。80km以下傳(chuan)輸距離，包括25Gb/s NRZ、50/100/200/400Gb/s PAM4光模(mo)塊等方(fang)案。目(mu)前，高(gao)(gao)線性(xing)度(du)的(de)PAM4電芯片已經商(shang)用(yong)，25/50GBaud高(gao)(gao)線性(xing)度(du)激(ji)光器(qi)(qi)和探(tan)測器(qi)(qi)芯片仍需(xu)要進一步的(de)工(gong)藝改進。

       5G中傳和回傳也可能采用WDM環網結構，低成本彩光模塊有待研(yan)發(fa)。80km及(ji)以上(shang)傳輸(shu)距(ju)離，相干光(guang)模(mo)塊將成為主流。標準化方面(mian)，OIF 400ZR基本(ben)方案已確定(64GBaud DP-16QAM)，IEEE802.3b10k已確定80km單(dan)載波(bo)100/400Gb/s相干光(guang)模(mo)塊目標。

5G光(guang)模塊(kuai)對光(guang)電(dian)芯片(pian)的典型(xing)需求如下(xia)表所示。產(chan)業(ye)化方面，國內企(qi)(qi)業(ye)在光(guang)模塊(kuai)層面能夠(gou)提供大部分產(chan)品，研發水平緊跟(gen)國外領先企(qi)(qi)業(ye)，但(dan)25GBaud及(ji)以上速率的核心光(guang)電(dian)芯片(pian)尚處于在研、樣品或空(kong)白階段，與領先企(qi)(qi)業(ye)存在1~2代(dai)的技術差距(ju)。

圖 | 5G核心光電(dian)子芯片需求

5G光(guang)(guang)模(mo)塊(kuai)存在數千萬(wan)量級的巨大(da)需(xu)求(qiu)，更(geng)(geng)高速率、更(geng)(geng)長距(ju)離、更(geng)(geng)寬溫(wen)度(du)范圍(wei)和(he)更(geng)(geng)低成本的光(guang)(guang)模(mo)塊(kuai)需(xu)求(qiu)迫切。為支持5G承載技術及產業(ye)健康發(fa)展(zhan)，國內企(qi)業(ye)需(xu)加快25GBaud及以上(shang)速率核心光(guang)(guang)電(dian)子芯片的研(yan)發(fa)突(tu)破(po)。

5G承載網(wang)絡(luo)設備

5G承(cheng)載網(wang)(wang)絡(luo)(luo)設(she)(she)(she)(she)(she)備形態(tai)雖有所差(cha)異(yi)，但均呈向多技術(shu)融合(he)發展趨(qu)勢，建議推動新(xin)開發的(de)(de)(de)網(wang)(wang)絡(luo)(luo)設(she)(she)(she)(she)(she)備能最大程度(du)兼容(rong)不(bu)同(tong)(tong)技術(shu)方(fang)(fang)案(an)。SPN和(he)(he)IP RAN增(zeng)強功能方(fang)(fang)案(an)均基于分組化承(cheng)載技術(shu)，網(wang)(wang)絡(luo)(luo)協議和(he)(he)設(she)(she)(she)(she)(she)備形態(tai)的(de)(de)(de)融合(he)發展趨(qu)勢日益顯著。分組化承(cheng)載設(she)(she)(she)(she)(she)備和(he)(he)M-OTN網(wang)(wang)絡(luo)(luo)設(she)(she)(she)(she)(she)備大多采用(yong)(yong)統一信元(yuan)交換內核(he)，L0~L3層應(ying)(ying)用(yong)(yong)根(gen)據SDN管控架構和(he)(he)應(ying)(ying)用(yong)(yong)場景(jing)來配置。建議網(wang)(wang)絡(luo)(luo)設(she)(she)(she)(she)(she)備商綜(zong)合(he)不(bu)同(tong)(tong)技術(shu)方(fang)(fang)案(an)的(de)(de)(de)共性需(xu)求(qiu)，從降低研發成本(ben)和(he)(he)提升網(wang)(wang)絡(luo)(luo)設(she)(she)(she)(she)(she)備普適性的(de)(de)(de)角度(du)考慮，統一開發新(xin)的(de)(de)(de)網(wang)(wang)絡(luo)(luo)設(she)(she)(she)(she)(she)備架構，共享核(he)心處(chu)理(li)芯片、業務(wu)板(ban)卡、光模塊和(he)(he)管控平臺，結合(he)不(bu)同(tong)(tong)運營(ying)商的(de)(de)(de)需(xu)求(qiu)差(cha)異(yi)提供相應(ying)(ying)的(de)(de)(de)線(xian)路板(ban)卡，包(bao)括(kuo)支持以太(tai)網(wang)(wang)或FlexE的(de)(de)(de)線(xian)路板(ban)卡、支持OTUk、OTUCn/FlexO的(de)(de)(de)OTN線(xian)路板(ban)卡以及支持多波長(chang)組網(wang)(wang)調度(du)的(de)(de)(de)光層子架等。

實際(ji)上，國際(ji)上的(de)(de)(de)許多運營商都(dou)(dou)有(you)類(lei)(lei)似PTN、IP RAN和(he)(he)OTN的(de)(de)(de)網(wang)絡(luo)背景(jing)，都(dou)(dou)有(you)面向5G和(he)(he)綜(zong)合業(ye)(ye)務(wu)承(cheng)(cheng)載的(de)(de)(de)網(wang)絡(luo)演(yan)進發(fa)展(zhan)訴(su)求。SPN和(he)(he)IP RAN增強方(fang)(fang)案是(shi)基(ji)于IP/MPLS和(he)(he)電信級(ji)(ji)以太網(wang)增強輕量級(ji)(ji)TDM技術的(de)(de)(de)演(yan)進思路(lu)，目(mu)的(de)(de)(de)是(shi)解決(jue)分(fen)組(zu)(zu)承(cheng)(cheng)載網(wang)絡(luo)如(ru)(ru)何支(zhi)持不(bu)同(tong)類(lei)(lei)型業(ye)(ye)務(wu)的(de)(de)(de)帶寬(kuan)隔離、確(que)定性低時(shi)延和(he)(he)網(wang)絡(luo)硬切片等(deng)問題，實現5G和(he)(he)專(zhuan)(zhuan)線等(deng)多業(ye)(ye)務(wu)綜(zong)合承(cheng)(cheng)載;M-OTN方(fang)(fang)案是(shi)基(ji)于傳(chuan)統(tong)OTN增強分(fen)組(zu)(zu)承(cheng)(cheng)載技術并(bing)簡化(hua)OTN的(de)(de)(de)演(yan)進思路(lu)，是(shi)OTN適(shi)應分(fen)組(zu)(zu)業(ye)(ye)務(wu)發(fa)展(zhan)趨勢，并(bing)重點針對5G前(qian)傳(chuan)、中(zhong)傳(chuan)和(he)(he)回傳(chuan)的(de)(de)(de)低時(shi)延等(deng)需求而進行技術方(fang)(fang)案簡化(hua)和(he)(he)演(yan)進發(fa)展(zhan)的(de)(de)(de)產物，目(mu)的(de)(de)(de)是(shi)解決(jue)OTN如(ru)(ru)何高效(xiao)承(cheng)(cheng)載5G和(he)(he)專(zhuan)(zhuan)線等(deng)業(ye)(ye)務(wu)，并(bing)實現應用(yong)場景(jing)從(cong)干線、城域核心網(wang)絡(luo)逐步向城域匯(hui)聚和(he)(he)接入(ru)層(ceng)的(de)(de)(de)延伸(shen)。

       總結與展望

       5G新(xin)型業務特性(xing)的(de)(de)引入、無(wu)線接入網(wang)結構(gou)和核(he)心網(wang)架構(gou)革新(xin)變(bian)化(hua)等(deng)為(wei)承(cheng)載(zai)技(ji)術的(de)(de)新(xin)一輪快(kuai)速發展(zhan)(zhan)提(ti)供了契(qi)機，5G承(cheng)載(zai)網(wang)絡呈(cheng)現出三大性(xing)能(neng)需(xu)求和六大組(zu)網(wang)功能(neng)需(xu)求，受業務特性(xing)、運(yun)營商技(ji)術架構(gou)與未來演進思路等(deng)多種(zhong)因素影響， 5G承(cheng)載(zai)呈(cheng)現多種(zhong)技(ji)術方案并行發展(zhan)(zhan)的(de)(de)態勢。從光纖基礎設(she)施、光模(mo)塊及(ji)(ji)芯片以及(ji)(ji)承(cheng)載(zai)設(she)備的(de)(de)發展(zhan)(zhan)來看，部(bu)署(shu)更多光纖資源、加速高速率芯片和低成(cheng)本(ben)光模(mo)塊研發、提(ti)升承(cheng)載(zai)設(she)備的(de)(de)差異化(hua)方案兼容性(xing)等(deng)至(zhi)關重要，同(tong)時應(ying)遵(zun)循固移融合(he)、綜合(he)承(cheng)載(zai)的(de)(de)原則，支(zhi)撐5G承(cheng)載(zai)網(wang)絡實現低成(cheng)本(ben)快(kuai)速部(bu)署(shu)。

“5G商(shang)用(yong)，承載(zai)(zai)先行”。隨著(zhu)5G現網(wang)規(gui)模(mo)試點開展和(he)預商(shang)用(yong)進程加(jia)快，5G承載(zai)(zai)技術方案還將(jiang)(jiang)繼續(xu)加(jia)強融合(he)創新。5G承載(zai)(zai)工作(zuo)組(zu)將(jiang)(jiang)與業界加(jia)強合(he)作(zuo)，聚焦共識(shi)，協同(tong)推(tui)動5G承載(zai)(zai)架構、組(zu)網(wang)方案、共性支(zhi)撐技術、產業化方案和(he)標準規(gui)范等相(xiang)關(guan)研究，共同(tong)促進5G承載(zai)(zai)網(wang)絡技術和(he)產業的(de)有序發展，為后續(xu)5G規(gui)模(mo)化部署提供有力支(zhi)撐。