5G丨5G承载光模块

Posted 2022-06-15

5G承载光模块

第五代移动通信（5G）技术即将迈入商用化进程，其新型业务特性和更高指标要求对承载网络架构及各层技术方案均提出了新的挑战。
面向5G承载，25/50/100Gb/s新型高速光模块将逐步在前传、中传和回传接入层引入，N×100/200/400Gb/s高速光模块将在回传汇聚和核心层引入。5G光模块在传输距离、调制方式、工作温度和封装等方面存在不同方案，需结合应用场景、成本等因素适需选择。下面态路通信为您介绍光模块和5G承载网络。

光模块

光模块是光通信系统中实现光信号和电信号之间高速转换的一种光器件，是5G网络物理层的基础构成单元，广泛应用于无线及传输设备。
光模块的基本结构有激光器（TOSA）和驱动电路、检测器（ROSA）和接收电路、复用器（MUX），解复用器（DEMUX）、接口、辅助电路、外壳等。

光模块分类

5G网络结构

5G RAN接入网架构：
在5G中，RAN接入网从原来的BU和RRU两级结构变为三级结构，EPC被分为New Core和MEC两部分，并进行了下沉。
CU（Centralized Unit，集中单元）：非实时处理，集中部署，通用硬件。
DU（Distribute Unit，分布单元）：HARQ流程，高实时数字信号处理，面向空口，保证频谱效率。
AAU（Active Antenna Unit，有源天线单元）：eCPRI封装，带宽收敛，与天线数无关，与负载相关。

标准化中确定的CU/DU都是逻辑网元，实际两者可以分开，也可以一体化部署，可分为D-RAN（Distributed RAN）和C-RAN（Centralized RAN）。

5G承载网

由于RAN的分离，承载网也就分成了三个部分
前传（Fronthaul）：AAU和DU之间
中传（Midhaul）：DU和CU之间
回传（Backhaul）：CU之上

前传
前传就是AAU到DU之间这部分的承载。距离在1~2km以内，时延要求高， 它包括以下连接方式：
l 光纤直连
每个AAU与DU之间全部采用光纤点到点直连组网，这种方式光纤资源占用很多，更适用于光纤资源比较丰富的区域。

一般采用25Gb/s灰光模块，支持双向和单纤双向两种类型，主要包括300m和10km两种传输距离。

l 无源WDM
无源WDM要包括点到点无源WDM 和WDM-PON。

将光模块安装到AAU和DU上，通过无源设备完成WDM功能，采用一对或者一根光纤实现多个 AAU到DU间的连，一般需要10Gb/s或25Gb/s彩光模块。

无源WDM方式虽然节约了光纤资源，但是也存在着运维困难，不易管理，故障定位较难等问题。

l 有源WDM/OTN有源WDM/OTN
在AAU站点和DU机房中配置相应的WDM/OTN设备，多个前传信号通过WDM技术共享光纤资源。

在AAU/DU至WDM/OTN/SPN设备间一般需要10Gb/s或25Gb/s短距灰光模块，在WDM/OTN/SPN设备间需要N×10/25/50/100Gb/s等速率的双纤双向或单纤双向彩光模块。

这种方案相比无源WDM方案，组网更加灵活（支持点对点和组环网），同时光纤资源消耗并没有增加。
前传光模块

中传/回传
5G中回传覆盖城域接入层、汇聚层与核心层，所需光模块与现有传送网及数据中心使用的光模块技术差异不大，接入层将主要采用25Gb/s、50Gb/s、100Gb/s等速率的灰光或彩光模块，汇聚层及以上将较多采用100Gb/s、200Gb/s、400Gb/s等速率的DWDM彩光模块。
l 分组增强型OTN+IPRAN
利用带有路由转发功能的分组增强型OTN设备组建中传网络，回传部分继续使用现有IPRAN（IF Radio Access Network，IP化无线接入网）架构，OTN与IPRAN之间使用BGP协议进行路由转发。
为了满足5G承载对大容量和网络切片的承载需求，IPRAN需要引入25GE、 50GE、100GE等高速接口技术，并考虑采用FlexE (Flexible Ethernet，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。

l 端到端分组增强型OTN
中传与回传网络全部使用分组增强型OTN设备进行组网。

与分组增强型OTN+IPRAN方案相比，该方案可以避免分组增强型OTN与 IPRAN的互联互通和跨专业协调的问题，从而更好地发挥分组增强型OTN强大的组网能力和端到端的维护管理能力。
5G中回传光模块

5G承载光模块产业目前发展水平
国内外光模块厂商围绕5G应用积极开展5G承载光模块研发，目前的产品化能力如下表所示。
5G前传25Gb/s光模块方面，波长可调谐光模块处于在研阶段，BiDi光模块处于样品阶段，其他类型的光模块均已成熟。前传100Gb/s BiDi光模块的应用规模较小，200Gb/s BiDi光模块和100Gb/s 4WDM光模块已经成熟。
5G中回传50Gb/s PAM4 BiDi 40km光模块、400Gb/s直调和相干光模块均处于在研阶段，其他类型光模块已基本成熟。

低成本是产业链对5G光模块的主要诉求点，规格分级、产业链共享、技术创新、国产化替代是实现低成本的几个主要手段。
“5G商用，承载先行”。随着5G网规模试点开展和预商用进程加快，5G承载技术方案还将继续加强融合创新。
END