通信世界网消息(CWW)2019年9月9日,中国电信与中国联通签署了《5G网络共建共享框架合作协议书》,在全国范围内合作共建一张5G接入网络,共享5G频率资源,5G核心网各自建设;2020年开始共建共享5G网络,以便加快5G网络建设,打造一张覆盖更广、速度更快、成本更低、体验更好的5G精品网络。2020年5月20日,中国移动公告宣称,与中国广电订立有关5G共建共享之合作框架协议,双方将开展5G共建共享及内容平台合作。在加快5G建设的大背景下,共建共享大势所趋。
C-RAN方式相对D-RAN可减少末端机房及传输设备需求,节省站址获取、机房租金及传输成本,理论上集中度越高效果越明显,同时由于DU集中放置便于统一维护,因此在建设成本和维护成本上较D-RAN有一定优势,C-RAN将成为5G建设的主要部署模式。同时C-RAN方式可实现DU的池组化或云化,实现基带资源的共享和多站间的业务协同。与4G时代相比,5G的C-RAN部署模式的占比将大幅增加。
5G前传需求
在Sub-6G低频段100MHz谱宽、64T/64R Massive MIMO、下行16流/上行8流的配置下,采用eCPRI接口的5G无线设备的主流速率是25Gbit/s。共建共享后,200MHz谱宽就需要2×25Gbit/s,也就是说,标准5G宏站从S111站型升级为S222站型,前传需求由3通道25Gbit/s升级为6通道25Gbit/s。
考虑到低频覆盖距离的优势,5G建设将借用2.1GHz、1.8GHz甚至700MHz/800MHz的频谱资源,此时5G前传将在25Gbit/s通道的基础上,增加10Gbit/s(CPRI7)的通道。具体来说存在表1所述的五种模型。
表1 5G前传需求模型
LWDM技术方案及进展
方案概述
LWDM(细波分复用)是一种WDM(波分复用)技术,其中心频率参考ITU-T G.694.1中规定的100GHz及以上间隔频率栅格,通路间隔为200GHz~800GHz,介于DWDM(密集波分复用,通常为100GH和50GHz)和CWDM(粗波长复用,20nm,约3THz左右)之间,工作波长范围位于O-band(1260nm~1360nm)。
面向5G前传的LWDM,参考IEEE 802.3的100GE LR4和400GE LR8等技术,采用通路间隔为800GHz,信道速率为25Gbit/s,支持12个通道,中心波长位于O-band零色散点附近,即1269.23nm~1318.35nm(L0~L12)。
结合5G前传的实际需求,该方案还支持25Gbit/s LWDM与10Gbit/s CWDM混合波分复用,单纤支持12波25Gbit/s和12波10Gbit/s,其中10Gbit/s通道可复用现有10Gbit/s 行标产业链,其波长为1351nm~1571nm(C05~C16),其中C05~C07,C11~C13用于3通道10Gbit/s系统。
关键技术指标
LWDM系统中需要1对复用/解复用器,其中RRU/AAU侧复用/解复用器为R型(远端)复用/解复用器,BBU/DU侧复用/解复用器为B型(室内)复用/解复用器,R型和B型复用/解复用器应配对应用。
考虑LWDM复用/解复用器配对使用,没必要单独规范每个LWDM复用/解复用器的插损,只规范波长配对后的插入损耗,在不影响链路预算的前提下降低复用/解复用器的要求。对于典型的10km之内应用场景,由于链路预算充足,可降低LWDM复用/解复用器插入损耗指标要求,采用普通复用/解复用器,提升复用/解复用器的良率;对于长距(10km~15km)和带保护的应用场景,可在普通复用/解复用器中优选性能较好的。配对插入损耗如表2所示。
表2 复用/解复用器配对通道最大插入损耗指标
25G光模块建议主要采用低成本DML与低成本PIN技术方案,包括中距(10km)和长距(不带保护15km和8km带保护场景),对于15km带保护(超长距)的场景,采用DML+APD。25Gbit/s LWDM光模块光接口主要技术指标如表3所示。
表3 25Gbit/s LWDM光模块光接口主要技术指标
10G CWDM的收发指标与25G LWDM的相似,主要不同点在于色散代价不同,对应OMA发送光功率减去TDP要求不同,详见表4和表5。
表4 10Gbit/s CWDM光模块最大TDP(dB)
表5 10Gbit/s CWDM光模块最小OMA发送光功率减去TDP(dBm)
技术特点与优势
·LWDM采用固定栅格。波长间隔为800GHz(4.5nm左右),连续12波长。
·传输性能好。LWDM均工作在零色散点附近,色散代价小(<1dB),光模块采用低成本DML+低成本PIN。
·可扩展性好。LWDM频谱效率高,配合10Gbit/s CWDM技术,单纤支持五大5G前传需求模型。
·可靠性高。配合TEC(温控),光模块长期工作于最佳温度范围内,激光器故障率更低。
·维护冗余充足。LWDM性能好,支持3dB维护冗余。
·支持无源和半有源部署形态。LWDM链中预算充足,兼顾半有源的插入损耗。
标准化进展
面向5G前传的LWDM CCSA行业标准由中国电信与中国信息通信研究院联合牵头,目前产业链已达成广泛一致意见。中国电信LWDM企业标准已经编制完成,即将发布。
产业进展
目前迅特、光迅、海信、铭普、上海欣诺、极致兴通、长飞、特发、II-VI、德科立、成都优博创、苏驼、旭创、中天宽带、索尔思、杭州初灵、永鼎、金信诺、北极光电、华为、中兴、瑞斯康达、格林威尔等30余家光模块和复用/解复器厂商及设备厂商积极参与标准的制定和LWDM光模块和复用器研发。在激光器方面,除了光模块厂商自研之外,源杰、敏芯、艾锐、Oclaro等激光器厂商推出LWDM的激光器器件,AOI(美国应用光电子)还推出了LWDM的TO模块,为LWDM规模应用奠定坚实的基础。
验证测试
由于LWDM的工作波长位置零色散点附近,经测试验证,对于典型的10km和15km G.652D光纤,LWDM的色散代价(TDP)为0甚至为负(即经过光纤传输后灵敏度更好),已送达的多个厂商LWDM样品均符合LWDM标准指标要求。对于极端情况下,即光纤的零色散点(ZDP)位于G.652D标准的下限(1300nm)附近时,长波长(即1313.73nm和1318.35nm)存在较小的TDP(样品测试的TDP结果均位于0~0.8dB范围内)。
在极限传输距离验证测试中,部分样品配对组网后(含复用/解复器),可传40km光纤,24小时无误码,优于其他WDM技术方案。
中国电信计划6月初将对样品进行高低温等可靠性验证测试,然后在多个本地网进行试点验证测试,在条件成熟的时候,适时进行集采,推动产业链成熟和落地规模应用。
中国电信面向5G前传的方案选择
D-RAN前传距离短,一般采用光纤直驱,推荐采用BiDi。
C-RAN前传距离长,由于光缆的资源有限,新建光缆的成本高,建设周期长,一般采用WDM技术,主要考虑CWDM和LWDM等WDM技术,在方案选择时,需要考虑以下几个方面的因素。
一是光纤的消耗:由于已确定在C-RAN场景中采用WDM技术,一般场景下不再规模建设5G前传光缆,现有光缆的纤芯资源变得更加宝贵,比较理想的方式是单根光缆可以满足前述的五大前传需求模型,CWDM需要采用2根纤芯,LWDM只需要1根纤芯。
二是充足的光链路预算:由于现网的接头、焊接点多,光缆损耗参差不齐,需要充足的光链路预算和充足的维护冗余(3dB),保障5G前传的BER小于5E-5。
三是可靠的前传性能:5G基站部署于户外,不管是火热夏天还是寒冷的冬天,5G前传系统都需要经得住高低的考验,要求5G前传系统的故障低,降低维护成本。
四是性价比高:5G规模建设对成本非常敏感,低成本的TO封装将进一步推动WDM光模块成本的降低,促进5G WDM前传方案进一步成熟。
五是便于维护:通过调顶等OAM方式,可提供丰富的能力,实现智能的故障预判,提高维护效率。
此外,在WDM的管理运维方面,无源WDM需要借助于无线设备厂商的网管进行故障的预判,半有源WDM可利用半有源设备的网管进行更精准的故障预判。无源WDM和半有源WDM的选择还有待进一步的研究和验证。
5G部署将以C-RAN为主,WDM将成为5G前传主流技术方案。LWDM工作于零色散点附近,色散代价小,采用低成本DML和低成本PIN方案,经近2个月的研究和测试表明,LWDM产业成熟,在众多WDM前传方案中,LWDM具有性能优势、单纤满足五大前传需求模型、可靠性高等优势,支持无源、半有源等多种部署形态,具有巨大的应用潜力。