5G承載網之5G光模組解決方案

如今5G已正式邁入商用化進程，業界對5G承載網的建設也越來越關注。相比以往的3G/4G而言，5G的業務場景更多，其中不乏一些新型業務，這對承載網絡架構及各層技術傳輸方案提出了更高的要求，隨之對光模組的要求也相應提升。本文將重點介紹5G承載網架構及5G前、中回傳技術方案中的5G光模組解決方案。

5G承載網架構

5G承載網是為5G無線接入網和核心網提供網絡連接的基礎網絡。相對於4G網絡而言，5G承載網為了適應大帶寬、低時延和海量連接業務，在網絡架構和帶寬上都發生了較大的變化。

5G將原先4G中BBU（基帶處理單元）的部分物理層下移到了AAU（有源天線單元），下移後前傳接口從原先的100Gbit/s CPRI轉變成了25 Gbit/s的eCPRI；而BBU的部分非實時功能則上移到了CU（集中單元），為網絡雲化做充足準備；分離後，BBU則只剩下DU（分布單元）。如下圖，在5G承載網中，AAU到DU部分劃分為前傳，DU到CU部分劃分為中傳，CU到核心網部分則劃分為回傳。

也就是說，5G接入網從4G接入網的BBU和RRU兩級架構演進為CU、DU和AAU三級架構。這樣做不僅僅能得到大帶寬、低時延等性能保障，還能起到靈活調度、組網保護以及管理控制等作用。

5G承載網技術方案

由上可知，5G承載網分為前傳、中傳以及回傳三個部分，每個部分的應用不同，其技術方案和對5G光模組的需求也有差異。具體如下：

5G前傳技術方案

5G前傳對帶寬和時延（低於100µs）提出了更為嚴苛的要求，因此5G前傳會優先使用25Gbps eCPRI接口。目前5G前傳技術方案主要包含光纖直連、無源WDM 、有源WDM/OTN等，技術方案對比如下圖。其中，光纖直連網絡簡潔易維護，但會消耗大量光纖；而WDM方案可減少光纖的使用，但其成本偏高。

• 當採用光纖直連方案部署5G前傳網時，一般會使用25Gbit/s灰光模組，該速率的模塊可支持雙纖雙向和單纖雙向傳輸，傳輸距離可分別達300米和10千米。光纖直連方案是前期5G前傳網部署時的常用方案。

• WDM方案包含了點到點無源WDM方案和有源WDM/OTN。當使用點到點無源WDM方案部署5G前傳網時，一般會使用10Gbit/s或25Gbit/s彩光模組，進行一對或一根光纖實現多個AAU到DU之間的連接。該方案可有效節省光纖，但WDM技術的複雜性同時也會為網絡管理增加一定的難度。當使用有源WDM/OTN方案部署5G前傳網時，通常會使用10Gbit/s或25Gbit/s 短距離灰光模組實現AAU/DU到WDM/OTN/SPN設備的連接，而WDM/OTN/SPN設備之間的連接一般使用N*10/25/50/100Gbit/s雙纖雙向或單纖雙向彩光模組。相對於無源WDM方案而言，該方案組網更加靈活，且隨着高頻組網以及低頻增點等深度覆蓋，該方案很可能逐漸被5G廣泛應用。

在5G前傳部署初期，考慮到成本原因，部分5G網絡服務商可能會採用10Gbit/s光模組進行網絡部署，但由於模塊速率的限制，業界現在更傾向於25Gbit/s光模組，也就是說5G前傳網的光模組將以25Gbit/s和100Gbit/s為主。下表為5G前傳光模組。

註：上述提及的光模組均需滿足工業級溫度（-40℃~+85℃）以及防塵等可靠性要求。

5G中傳及回傳技術方案

由於5G中傳及回傳在帶寬、組網靈活性、網絡切片等方面需求基本一致，因此5G中傳和回傳可採用相同的技術方案，目前主要集中在IPRAN（IP化無線接入網）、PTN以及OTN等技術應用，其中IPRAN更加具備經濟行和實操性。目前5G中傳和回傳的主要技術方案有兩種：

• 分組增強型OTN+IPRAN——5G中傳利用帶有路由轉發功能的分組增強型OTN設備組建網絡，5G回傳則繼續需用IPRAN，OTN與IPRAN之間使用BGP協議進行路由轉發。其中為了滿足5G承載的大容量和網絡切片的需求，IPRAN會引入25Gbit/s、50 Gbit/s、100Gbit/s等高速接口技術，並考慮採用FlexE（靈活以太網）等新型接口技術實現物理隔離，提供更好的承載質量保障。

• 端到端分組增強型OTN——5G中傳和回傳網中全部使用端到端分組增強型OTN設備進行組網，與上述方案相比，該方案具備強大的組網能力和端到端的維護管理能力，可有效避免OTN和IPRAN互聯互通和跨專業協調的問題。

此外，5G中傳和回傳覆蓋了城域網的接入層、匯聚層和核心層，而其城域網所用的光模組與現有傳輸網及數據中心使用的光模組技術差異不大，其中城域接入層將主要採用25Gbit/s、50Gbit/s以及100Gbit/s等速率的灰光光模組或彩光模組，城域匯聚層和城域核心層將主要採用100Gbit/s、200Gbit/s以及400Gbit/s等速率的DWDM彩光模組。也就是說5G中傳和回傳主要將以25/50/100/200/400Gbit/s速率的光模組為主。下表為5G中傳和回傳光模組。

總結

隨着5G網絡的正式商用，5G將成為網絡通信史上的關鍵里程碑。5G前傳、中傳以及回傳對新型光模組提出了差異化需求，目前每種應用場景均存在多種光模組技術方案與類型。這對於光模組市場來說，潛力巨大，但伴隨着的挑戰亦不小。業內預計5G時期光模組的需求將達到數千萬量級，遠超過4G時期。目前來說，由於5G光模組開發周期短，價格暫時比較高，但相信隨着5G技術和應用的不斷成熟，未來5G光模組價格將會逐漸降低，如同4G光模組一樣。