WDM-PON承載5G應(yīng)用場景和技術(shù)研究

1.WDM-PON 承載5G應(yīng)用場景

1.1 前傳網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)定義

隨著移動互聯(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)對未來爆炸性的移動數(shù)據(jù)流量增長和海量設(shè)備連接，第五代移動通信（5G）技術(shù)應(yīng)運而生。

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

2016年11月28日中國移動發(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)點到5G CU/DU兩級架構(gòu)

5G BBU功能將被重構(gòu)為CU 和DU兩個功能實體（見圖1），CU主要包括非實時的無線高層協(xié)議棧功能，同時支持部分核心網(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時性需求的層2功能，前傳分為兩級，一級前傳和二級前傳。

CU的存在實現(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。其中一級前傳就是Fronthaul，可以支持eCPRI等前傳協(xié)議；二級前傳又稱Midhaul（中傳）。Fronthaul和Midhaul針對不同的5G業(yè)務(wù)有不同的時延和帶寬要求。

5G前傳和回傳的大帶寬需求，帶動傳輸網(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。同時隨著eCPRI新的前傳接口定義，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進為支持DU、CU池化的新型架構(gòu)，對無線接入和5G承載提出了新的機遇和挑戰(zhàn)。

1.2 WDM-PON 承載5G應(yīng)用場景

圖2 5G新建場景或熱點地區(qū)場景

WDM-PON在5G中的典型應(yīng)用場景見上圖2。

當運營商有基站選址壓力，或需要釋放BBU機房的情況，或密集城區(qū)需要集中部署DU池，在這些場景下可將DU位置上移并集中部署。尤其針對既有有線業(yè)務(wù)和無線業(yè)務(wù)的運營商的新建場景非常適合采用WDM-PON進行前傳接口的承載。OLT可利用接入機房優(yōu)勢，集中化部署DU，DU池和OLT共站址，針對5G URLLC業(yè)務(wù)，建議CU也與OLT, DU共站址。DU池化共站會使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延更小。

2. WDM-PON技術(shù)實現(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)當前主要關(guān)注：無色ONU技術(shù),即ITU-T G.989.2和CCSA WR WDM-PON標準明確可調(diào)技術(shù)實現(xiàn)無色ONU；另外一個是輔助管理通道（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、保護倒換等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展對WDM-PON的5G承載大規(guī)劃使用起著重要的作用。相關(guān)協(xié)議正在標準組織中討論和制定。

2.1 前傳承載方案

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

WDM-PON OLT設(shè)備統(tǒng)一光接入平臺用于5G移動前傳的同時，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，實現(xiàn)移動業(yè)務(wù)前傳。

WDM-PON作為5G前傳方案體現(xiàn)以下技術(shù)特點：

1.WDM-PON技術(shù)時延小，可為5G、政企等業(yè)務(wù)提供單獨組網(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前傳信號的帶寬需求；

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

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

1.WDM-PON方案適合于人口密集的城市居民區(qū)覆蓋。因為“天然樹形的線纜拓撲”、“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)點對多點樹型網(wǎng)絡(luò)拓撲，能大量節(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.多個波長經(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意味著更遠的傳輸距離。

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

6.可以共享OLT, 實現(xiàn)接入家庭用戶、政企用戶和5G基站合一接入。進一步提升設(shè)備利用率，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)設(shè)備部署成本，降低機房等資源需求。

7.在DU池化后，有助實現(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，實現(xiàn)認證，計費和用戶信息統(tǒng)一等；實現(xiàn)固移轉(zhuǎn)發(fā)面融合UPF固移共平臺設(shè)備；還可實現(xiàn)固存儲資源融合，如CDN,MEC資源等。

2.2 WDM-PON標準進展及運營商訴求

目前WDM-PON標準主要研究了單波長10G速率以下（1.25G/2.5G/10G）的WDM-PON系統(tǒng)。單波速率達10G時，WDM-PON無色ONU的主流技術(shù)是可調(diào)技術(shù)。標準組織開始關(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 討論組正在推進和討論25G WDM-PON。

2017年以來的國際運營商把WDM-PON作為5G前傳的重點方案進行研究。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，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C-RAN 前傳，比較有源DWDM和WDM-PON方案。國內(nèi)三大運營商，中國電信研究院積極推動WDM-PON的測試和試商用；中國聯(lián)通對5G承載主推G.metro，WDM-PON技術(shù)上與之相似，可作為簡化版G.metro；中國移動對5G承載主推FlexE，WDM-PON可與之融合。