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2018/10/22 10:45

25G WDM-PON承载5G前传的技术研究

C114通信网  李玉峰 中兴通讯固网产品规划总工

25G WDM-PON发展介绍

WDM-PON技术结合了WDM 技术和PON 拓扑结构的特点,具有高带宽、低时延、节省光纤、ONU即插即用、运维简单、成本低等优点,在5G前传应用方面具备其独特的优势,近年来广受关注。

ITU-T G.9802标准中定义了WR/WS PON的应用场景通用需求,以及波长分配、调谐、管理的通用需求等。2015年,ITU-T Q2在NG-PON2物理层标准989.2 Am1中对PTP WDM(8波长WDM PON)进行了指标定义;WDM-PON也需要成熟可靠的OAM机制保障运维,在Annex B中定义了辅助管理与控制通道(Auxiliary Management and Control Channel,AMCC),传输波长分配信息与OAM数据,以实现WDM PON系统的波长控制和业务透明传输;在989.2 Am2的Annex C中定义了波长路由型WDM PON网络架构和光层指标,调制速率定义到10Gbps。

关于25G WDM-PON的国际标准尚未发布,但是已经在讨论中。考虑到5G前传的更大带宽需求,近期ITU-T Q2开始了应用于5G前传的单波25G WDM-PON技术白皮书研究。针对5G前传需求,开展高效前传网络架构研究,突破高速无色ONU技术、AMCC技术等关键技术,是加速WDM PON标准产业化进程的关键。2014年ITU-T SG15启动G.metro标准化,主流运营商和设备商积极参与,中国联通牵头负责,已在2018年2月完成,编号为G.698.4V1.0版本,完成了20/40波10G接口指标的定义,聚焦20km传输距离。G.698.4后续也会继续修订,升级到25G及更高速率接口。

国内方面,WDM-PON在CCSA 已立项,预计2018年Q3发布。运营商企业标准方面,电信上海研究院2018年Q2启动企标制定工作,联通预计2018年年底发布25G WDM-PON的企业标准。

随着5G时代的来临,25G WDM-PON作为5G前传的一个重要的补充传输方案,市场窗口期估计在2019到2020年可实现规模商用测试

25G WDM-PON承载5G前传的技术分析

在5G新建或热点地区场景中,运营商有减少站点(DU)机房的压力或者租用诉求,集中部署可以极大降低站点机房CAPEX,所以C-RAN 5G前传架构在这些场景很受运营商青睐。WDM-PON OLT可利用接入机房优势,集中化部署DU池,在一些有条件的地区,无线的接入机房和有线的接入机房可以共站址。此外,WDM PON网络架构基于无源光网络点对多点树型网络拓扑,能大量节省光纤布线资源,利用现有ODN的空闲光纤资源,降低网络建设和维护成本。

WDM PON 结合了WDM 技术和PON 拓扑结构的优点,是一种高性能的接入方式。WDM PON 系统中,各用户间不共享带宽,因此,波分复用技术是满足传输网络带宽需求剧增的最佳解决方案。而与光纤直驱、无源波分复用(彩光直驱方案)、有源密集波分复用(OTNDWDM)等现有移动前传技术相比,WDM PON具有高带宽、低时延,节省光纤、ONU即插即用、运维简单、成本低等一系列优点,能更好地满足5G移动前传站点密集、带宽需求大幅提升、时延要求更高等需求。

2018年1月,3GPP颁布了第一版5G前传eCPRI接口规范。5G前传接口目前基本确定为25G eCPRI接口。25G单通道会是5G前传接入的一个主流接口。25G WDM-PON贴合这一接口需求。

图1 基于TITAN OLT的WDM PON 5G前传的网络架构

中兴通讯从2010年开始就开始研究WDM-PON技术,与中国电信以及广电合作,在国家十二五863项目支持下开展64波10G WDM PON设备研究和示范应用,2014年分别在武汉和上海开展示范网应用,开通上网、IP和高清视频等融合业务,覆盖上千用户。2018年1月,中兴通讯率先完成满足中国电信上海5G试点前传设备接口需求的10G WDM PON设备开发和测试,并将开展现网5G基站无线业务的现网验证。

中兴通讯针对5G前传承载推出了接入平台TITAN,提供高密25G WDM-PON线卡,同时解决5G前传低时延转发、高精度时间同步要求等技术难点,同时结合接入机房的特殊位置,可实现前传、中传和回传的5G承载统一解决方案。

中兴通讯WDM PON承载5G前传方案具备以下技术优势:

  • 同时支持CPRI/eCPRI, 支持4G/5G混合组网。
  • 大带宽,支持单通道25G速率,未来可以平滑演进到单波50G。
  • 高密度,主干光纤单纤提供20波×25G接入能力。
  • 单波长带宽独享,高传输效率;带宽资源丰富。
  • 无色ONU技术,可以实现波长的灵活调配,波长路由(Wavelength Route)。
  • 未来无色SFP型ONU直接插入AAU设备,提高设备集成度。
  • AWG比POWER SPLITER具有较小损耗,AWG损耗大概为5.5dBm。

此外,WDM PON承载5G前传方案可以共享已有的光纤基础设置。5G网络部署需要大量的光纤资源,网络架构基于无源光网络点对多点树型网络拓扑,能大量节省主干光纤资源。目前FTTx光纤网络覆盖广,线路和端口资源丰富,充分加以利用,可降低5G网络部署成本,减少重复投资,提升现网资源利用率,快捷完善5G网络密集覆盖。

无线和有线接入还可以共享机房资源。尤其是基于AO重构的机房更能发挥综合建网、平摊投资的优势。DU池化后,无线资源和OLT资源可以共享,可以按照需求建设。OLT可以做到共设备共平台,OLT平台可以和DU池部署在一个机房,减少了运营商对站点机房的依赖,降低配套设备和机房建设的成本和综合能耗。

还可实现多业务共享OLT,实现接入家庭用户、政企用户和5G基站合一接入,进一步提升设备利用率,节省网络设备部署成本,减少机房数量。

中兴通讯持续和国内外运营商合作,为实现2020年5G规模部署做好充分准备。

WDM-PON技术展望

WDM-PON中光电器件属于世界前沿领域,技术要求较高,需要高端光电子集成芯片的研发和加工工艺能力。如何突破和掌握在WDM PON先进技术领域中光源部分的核心技术,对于该技术能否落地起着决定性作用。

25G光器件中的接收机如PIN和雪崩光电二极管(APD)已经比较成熟,有的已经实现规模商用。25G可调激光器是25G WDM PON中很重要的器件,波长可调ONU技术基于可调激光器技术,与调制器集成较易实现高速率传输。目前可调激光器技术类型较多,供应商数量也不少,但速率方面尚不能满足5G前传需求。其中DS-DBR在调谐范围、集成度、调制速率以及技术成熟度方面优势明显,但成本较高。各类技术方案中,比较成熟的是DS-DBR+马赫-曾德调制器(MZM)方案,预计2018年可实现25Gbps速率。而相比于DS-DBR,其他技术方案更具成本优势,解决速率、调谐范围、光功率等方面的限制后,应用前景广阔。

总体看来,25G WDM PON产业链基本成熟,但仍需从芯片、模块、设备和系统各个环节持续投入,突破关键技术,降低核心器件成本,形成统一标准,加速产品化进程。

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