5G承载网之5G光模块解决方案

如今5G已正式迈入商用化进程，业界对5G承载网的建设也越来越关注。相比以往的3G/4G而言，5G的业务场景更多，其中不乏一些新型业务，这对承载网络架构及各层技术传输方案提出了更高的要求，随之对光模块的要求也相应提升。本文将重点介绍5G承载网架构及5G前、中回传技术方案中的5G光模块解决方案。

5G承载网架构

5G承载网是为5G无线接入网和核心网提供网络连接的基础网络。相对于4G网络而言，5G承载网为了适应大带宽、低时延和海量连接业务，在网络架构和带宽上都发生了较大的变化。

5G将原先4G中BBU（基带处理单元）的部分物理层下移到了AAU（有源天线单元），下移后前传接口从原先的100Gbit/s CPRI转变成了25 Gbit/s的eCPRI；而BBU的部分非实时功能则上移到了CU（集中单元），为网络云化做充足准备；分离后，BBU则只剩下DU（分布单元）。如下图，在5G承载网中，AAU到DU部分划分为前传，DU到CU部分划分为中传，CU到核心网部分则划分为回传。

也就是说，5G接入网从4G接入网的BBU和RRU两级架构演进为CU、DU和AAU三级架构。这样做不仅仅能得到大带宽、低时延等性能保障，还能起到灵活调度、组网保护以及管理控制等作用。

5G承载网技术方案

由上可知，5G承载网分为前传、中传以及回传三个部分，每个部分的应用不同，其技术方案和对5G光模块的需求也有差异。具体如下：

5G前传技术方案

5G前传对带宽和时延（低于100µs）提出了更为严苛的要求，因此5G前传会优先使用25Gbps eCPRI接口。目前5G前传技术方案主要包含光纤直连、无源WDM 、有源WDM/OTN等，技术方案对比如下图。其中，光纤直连网络简洁易维护，但会消耗大量光纤；而WDM方案可减少光纤的使用，但其成本偏高。

• 当采用光纤直连方案部署5G前传网时，一般会使用25Gbit/s灰光模块，该速率的模块可支持双纤双向和单纤双向传输，传输距离可分别达300米和10千米。光纤直连方案是前期5G前传网部署时的常用方案。

• WDM方案包含了点到点无源WDM方案和有源WDM/OTN。当使用点到点无源WDM方案部署5G前传网时，一般会使用10Gbit/s或25Gbit/s彩光模块，进行一对或一根光纤实现多个AAU到DU之间的连接。该方案可有效节省光纤，但WDM技术的复杂性同时也会为网络管理增加一定的难度。当使用有源WDM/OTN方案部署5G前传网时，通常会使用10Gbit/s或25Gbit/s 短距离灰光模块实现AAU/DU到WDM/OTN/SPN设备的连接，而WDM/OTN/SPN设备之间的连接一般使用N*10/25/50/100Gbit/s双纤双向或单纤双向彩光模块。相对于无源WDM方案而言，该方案组网更加灵活，且随着高频组网以及低频增点等深度覆盖，该方案很可能逐渐被5G广泛应用。

在5G前传部署初期，考虑到成本原因，部分5G网络服务商可能会采用10Gbit/s光模块进行网络部署，但由于模块速率的限制，业界现在更倾向于25Gbit/s光模块，也就是说5G前传网的光模块将以25Gbit/s和100Gbit/s为主。下表为5G前传光模块。

注：上述提及的光模块均需满足工业级温度（-40℃~+85℃）以及防尘等可靠性要求。

5G中传及回传技术方案

由于5G中传及回传在带宽、组网灵活性、网络切片等方面需求基本一致，因此5G中传和回传可采用相同的技术方案，目前主要集中在IPRAN（IP化无线接入网）、PTN以及OTN等技术应用，其中IPRAN更加具备经济行和实操性。目前5G中传和回传的主要技术方案有两种：

• 分组增强型OTN+IPRAN——5G中传利用带有路由转发功能的分组增强型OTN设备组建网络，5G回传则继续需用IPRAN，OTN与IPRAN之间使用BGP协议进行路由转发。其中为了满足5G承载的大容量和网络切片的需求，IPRAN会引入25Gbit/s、50 Gbit/s、100Gbit/s等高速接口技术，并考虑采用FlexE（灵活以太网）等新型接口技术实现物理隔离，提供更好的承载质量保障。

• 端到端分组增强型OTN——5G中传和回传网中全部使用端到端分组增强型OTN设备进行组网，与上述方案相比，该方案具备强大的组网能力和端到端的维护管理能力，可有效避免OTN和IPRAN互联互通和跨专业协调的问题。

此外，5G中传和回传覆盖了城域网的接入层、汇聚层和核心层，而其城域网所用的光模块与现有传输网及数据中心使用的光模块技术差异不大，其中城域接入层将主要采用25Gbit/s、50Gbit/s以及100Gbit/s等速率的灰光光模块或彩光模块，城域汇聚层和城域核心层将主要采用100Gbit/s、200Gbit/s以及400Gbit/s等速率的DWDM彩光模块。也就是说5G中传和回传主要将以25/50/100/200/400Gbit/s速率的光模块为主。下表为5G中传和回传光模块。

总结

随着5G网络的正式商用，5G将成为网络通信史上的关键里程碑。5G前传、中传以及回传对新型光模块提出了差异化需求，目前每种应用场景均存在多种光模块技术方案与类型。这对于光模块市场来说，潜力巨大，但伴随着的挑战亦不小。业内预计5G时期光模块的需求将达到数千万量级，远超过4G时期。目前来说，由于5G光模块开发周期短，价格暂时比较高，但相信随着5G技术和应用的不断成熟，未来5G光模块价格将会逐渐降低，如同4G光模块一样。