ICCSZ訊 中國IMT-2020(5G)推進組近期發布《5G承載網絡架構和技術方案白皮書》，對我國5G承載產業發展趨勢進行了分析，涉及光纖光纜基礎設施、5G光模塊和芯片、5G承載網絡設備三個方面。

       光纖光纜基礎設施

       白皮書認為，我國運營商經過多年網絡建設和優化，已形成較為穩定的城域光纜網，5G的高速率、低時延等對光纖容量及連接密度提出更高要求，對網絡拓撲優化提出挑戰，光纖基礎設施架構、功能、拓撲和光纖類型都將發生變化。

       光纜網架構分為核心層、匯聚層和接入層，其中，接入層由主干光纜、配線光纜和引入光纜構成，方便快捷的邊緣接入層有利于低成本、高帶寬業務的快速接入和開通。為提高基礎資源利用率，城域網將逐漸向一張網絡同時承載多種業務的方向發展演進，以實現包括無線、固定寬帶、專線、數據中心互聯等在內的綜合業務承載。

       如圖所示，典型的城域接入層光纜拓撲包括點到點、接入主干鏈和主干環等。接入主干光纜的典型纖芯數量為144/288芯，配線段光纜的典型纖芯數量為12 /24芯。現階段城域使用的光纖類型主要為G.652光纖。

圖 | 城域接入層光纜典型拓撲

  5G網絡建設初期，前傳以光纖直驅方式為主，配線光纜壓力尚不明顯，主干光纜面臨較大纖芯壓力，可考慮采用WDM技術或新建光纜方式進行纖芯擴容。隨著5G網絡發展演進，配線光纜也將存在擴容需求。

       新型光纖光纜方面，5G帶來海量光纖需求，有限的管道資源內布放大量光纖將帶來光纖尺寸和彎曲性能等挑戰，高抗彎光纖、小型化和高密度光纜需求迫切。多模光纖配合多模光模塊可有效降低成本及功耗，更長傳輸距離的新一代多模光纖正在研發，同時可能出現適用于前傳的單模和多模通用光纖以及多模和單模光纖共纜的新需求。

       此外，充分利用已有FTTH光纖基礎設施資源，實現固定和移動基礎資源共享可大幅節省投資并加快工程進度。

   5G光模塊和芯片

   面向5G承載，25/50/100Gb/s新型高速光模塊將逐步在前傳、中傳和回傳接入層引入，N×100/200/400Gb/s高速光模塊將在回傳匯聚和核心層引入。5G光模塊在傳輸距離、調制方式、工作溫度和封裝等方面存在不同方案，需結合應用場景、成本等因素適需選擇。下表為不同應用場景下光模塊的典型技術方案。

表 | 5G光模塊典型技術方案

  5G前傳

       前傳AAU側光模塊涉及室外應用，需要工業級(-40~85℃)光模塊。工業級激光器芯片的主流實現方案有三種：

       方案一“商業級激光器芯片+制冷封裝”，該方案對芯片要求低，但功耗和成本高；

       方案二“直接采用工業級激光器芯片”，該方案封裝簡單、功耗和成本低，但25GBaud工業級激光器芯片工藝實現存在挑戰，供應渠道有限；

       方案三“硅光調制器+異質激光器”，在90~95℃極端高溫環境存在用武之地。

       另外，5G前傳光纖資源緊張，單纖雙向(Bidi)和多電平調制(PAM4)技術具備競爭優勢。標準化層面，IEEE802.3cp開始進行25/50Gb/s Bidi標準制定，國內正同步開展25Gb/s Bidi光模塊通信行業標準制定。此外，由于前傳光模塊需求規模在5G相關光模塊整體市場中占比較大，主流模塊和設備商也在廣泛嘗試DMT、超頻等其他低成本實現路徑，基本思路都是通過更復雜的電調制解調技術降低光模塊對激光器帶寬和數量的要求。

  5G中傳和回傳

       中傳和回傳的光模塊應用于散熱條件好的機房環境，可采用商業級芯片。80km以下傳輸距離，包括25Gb/s NRZ、50/100/200/400Gb/s PAM4光模塊等方案。目前，高線性度的PAM4電芯片已經商用，25/50GBaud高線性度激光器和探測器芯片仍需要進一步的工藝改進。

       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發。80km及以上傳輸距離，相干光模塊將成為主流。標準化方面，OIF 400ZR基本方案已確定(64GBaud DP-16QAM)，IEEE802.3b10k已確定80km單載波100/400Gb/s相干光模塊目標。

  5G光模塊對光電芯片的典型需求如下表所示。產業化方面，國內企業在光模塊層面能夠提供大部分產品，研發水平緊跟國外領先企業，但25GBaud及以上速率的核心光電芯片尚處于在研、樣品或空白階段，與領先企業存在1~2代的技術差距。

圖 | 5G核心光電子芯片需求

  5G光模塊存在數千萬量級的巨大需求，更高速率、更長距離、更寬溫度范圍和更低成本的光模塊需求迫切。為支持5G承載技術及產業健康發展，國內企業需加快25GBaud及以上速率核心光電子芯片的研發突破。

  5G承載網絡設備

  5G承載網絡設備形態雖有所差異，但均呈向多技術融合發展趨勢，建議推動新開發的網絡設備能最大程度兼容不同技術方案。SPN和IP RAN增強功能方案均基于分組化承載技術，網絡協議和設備形態的融合發展趨勢日益顯著。分組化承載設備和M-OTN網絡設備大多采用統一信元交換內核，L0~L3層應用根據SDN管控架構和應用場景來配置。建議網絡設備商綜合不同技術方案的共性需求，從降低研發成本和提升網絡設備普適性的角度考慮，統一開發新的網絡設備架構，共享核心處理芯片、業務板卡、光模塊和管控平臺，結合不同運營商的需求差異提供相應的線路板卡，包括支持以太網或FlexE的線路板卡、支持OTUk、OTUCn/FlexO的OTN線路板卡以及支持多波長組網調度的光層子架等。

  實際上，國際上的許多運營商都有類似PTN、IP RAN和OTN的網絡背景，都有面向5G和綜合業務承載的網絡演進發展訴求。SPN和IP RAN增強方案是基于IP/MPLS和電信級以太網增強輕量級TDM技術的演進思路，目的是解決分組承載網絡如何支持不同類型業務的帶寬隔離、確定性低時延和網絡硬切片等問題，實現5G和專線等多業務綜合承載;M-OTN方案是基于傳統OTN增強分組承載技術并簡化OTN的演進思路，是OTN適應分組業務發展趨勢，并重點針對5G前傳、中傳和回傳的低時延等需求而進行技術方案簡化和演進發展的產物，目的是解決OTN如何高效承載5G和專線等業務，并實現應用場景從干線、城域核心網絡逐步向城域匯聚和接入層的延伸。

       總結與展望

       5G新型業務特性的引入、無線接入網結構和核心網架構革新變化等為承載技術的新一輪快速發展提供了契機，5G承載網絡呈現出三大性能需求和六大組網功能需求，受業務特性、運營商技術架構與未來演進思路等多種因素影響， 5G承載呈現多種技術方案并行發展的態勢。從光纖基礎設施、光模塊及芯片以及承載設備的發展來看，部署更多光纖資源、加速高速率芯片和低成本光模塊研發、提升承載設備的差異化方案兼容性等至關重要，同時應遵循固移融合、綜合承載的原則，支撐5G承載網絡實現低成本快速部署。

  “5G商用，承載先行”。隨著5G現網規模試點開展和預商用進程加快，5G承載技術方案還將繼續加強融合創新。5G承載工作組將與業界加強合作，聚焦共識，協同推動5G承載架構、組網方案、共性支撐技術、產業化方案和標準規范等相關研究，共同促進5G承載網絡技術和產業的有序發展，為后續5G規模化部署提供有力支撐。