WDM-PON承載5G應用場景和技術研究

光纖在線編輯部  2018-02-05 09:54:36  文章來源:綜合整理  版權所有,未經許可嚴禁轉載.

導讀:

編者按:5G市場可謂是2017年的最大熱點,產業鏈各層對5G均抱有熱切的期盼。5G時代,承載先行已經成為業界的共識,因此在5G網絡前傳承載網寄予了厚望。2017年以來,國際運營商更是把WDM-PON作為5G前傳的重點方案進行研究。那么WDM-PON在5G場景中將如何被應用起來,本篇文章通過5G前傳承載方案,5G承載網的架構,以及運營商對于承載網的要求,分析WDM-PON承載在5G市場的應用場景及最新技術研究。

1.WDM-PON 承載5G應用場景

1.1 前傳網絡架構定義


     隨著移動互聯網迅猛發展和物聯網等多種新型應用不斷涌現,為應對未來爆炸性的移動數據流量增長和海量設備連接,第五代移動通信(5G)技術應運而生。

     2015年,ITU-R正式定義了5G的三類典型應用場景:eMBB,mMTC和URLLC。eMBB對應的是3D/超高清視頻等大流量移動寬帶業務,mMTC對應的是大規模物聯網業務,而URLLC對應的是如無人駕駛、工業自動化等需要低時延高可靠連接的業務。

    2016年11月28日中國移動發布了邁向5G C-RAN需求、架構和挑戰白皮書。

圖1  BBU研究架構:從4G單節點到5G CU/DU兩級架構


    5G BBU功能將被重構為CU 和DU兩個功能實體(見圖1),CU主要包括非實時的無線高層協議棧功能,同時支持部分核心網功能下沉和邊緣應用業務的部署,DU設備主要處理物理層功能和實時性需求的層2功能,前傳分為兩級,一級前傳和二級前傳。

    CU的存在實現了原有BBU的部分功能集中,即兼容了完全的集中化部署,也支持分布式的DU部署。

    兩級前 傳C-RAN架構為DU池化或CU池化提供了網絡支持。其中一級前傳就是Fronthaul,可以支持eCPRI等前傳協議;二級前傳又稱Midhaul(中傳)。Fronthaul和Midhaul針對不同的5G業務有不同的時延和帶寬要求。

    5G前傳和回傳的大帶寬需求,帶動傳輸網的大接口需求,主要包括高速以太網接口或OTN/DWDM等傳輸接口。同時隨著eCPRI新的前傳接口定義,網絡架構演進為支持DU、CU池化的新型架構,對無線接入和5G承載提出了新的機遇和挑戰。

1.2 WDM-PON 承載5G應用場景

圖2 5G新建場景或熱點地區場景[/center]


    當運營商有基站選址壓力,或需要釋放BBU機房的情況,或密集城區需要集中部署DU池,在這些場景下可將DU位置上移并集中部署。尤其針對既有有線業務和無線業務的運營商的新建場景非常適合采用WDM-PON進行前傳接口的承載。OLT可利用接入機房優勢,集中化部署DU,DU池和OLT共站址,針對5G URLLC業務,建議CU也與OLT, DU共站址。DU池化共站會使DU之間協同需求(如CoMP)的用戶面數據傳輸路徑更近;DU和CU共站,則可使Midhaul消失,5G RAN用戶面傳輸時延更小。

2. WDM-PON技術實現及其5G承載的意義

圖3  WDM-PON體系架構


WDM-PON的關鍵技術當前主要關注:無色ONU技術,即ITU-T G.989.2和CCSA WR WDM-PON標準明確可調技術實現無色ONU;另外一個是輔助管理通道(AMCC)技術,即RF Pilot-tone 和Baseband Overmodulation。

WDM-PON方案中,光模塊技術、OAM管理、保護倒換等關鍵技術的發展對WDM-PON的5G承載大規劃使用起著重要的作用。相關協議正在標準組織中討論和制定。

2.1 前傳承載方案

圖4  基于OLT統一光接入平臺的WDM-PON 前傳組網方案


     WDM-PON OLT設備統一光接入平臺用于5G移動前傳的同時,支持有線光接入業務。5G DU或BBU池與RRU之間通過WDM-PON無源光網絡連接,實現移動業務前傳。

    WDM-PON作為5G前傳方案體現以下技術特點:

1.WDM-PON技術時延小,可為5G、政企等業務提供單獨組網和業務性能保障;

2.大帶寬,支持每通道10G和25G速率,可滿足25G eCPRI前傳信號的帶寬需求;

3.高傳輸效率。體現在兩個方面,一個是獨占帶寬沒有DBA調度,邏輯點到點。另外一個是管理方面,采用AMCC信號調頂技術,管理信道疊加在每個波長,沒有OMCC預留,沒有GEMPORT資源預留而導致的浪費。

WDM-PON作為5G前傳方案在工程應用中也將體現價值:

1.WDM-PON方案適合于人口密集的城市居民區覆蓋。因為“天然樹形的線纜拓撲”、“固移融合業務”、“密集覆蓋”。

2.可以共享已有的光纖基礎設置。5G網絡部署需要大量的光纖資源,網絡架構基于無源光網絡點對多點樹型網絡拓撲,能大量節省光纖布線資源。目前FTTx光纖網絡覆蓋廣,線路和端口資源豐富,充分加以利用,可降低5G網絡部署成本,減少重復投資,提升現網資源利用率,快捷完善5G網絡密集覆蓋。

3.多個波長經過AWG匯聚后分到分支光纖傳輸, 節省大量主干光纖資源。

4.AWG比POWER SPLITER具有較小損耗。同等ODN組網情況下,采用AWG替換SPLITER意味著更遠的傳輸距離。

5.5G和有線接入可以共享機房資源,比如Local PoP接入點。尤其是基于AO重構的機房更能發揮綜合建網,平攤投資的優勢。

6.可以共享OLT, 實現接入家庭用戶、政企用戶和5G基站合一接入。進一步提升設備利用率,節省網絡設備部署成本,降低機房等資源需求。

7.在DU池化后,有助實現無線和有線接入的資源共建共享,構建面向未來的固移融合網絡。包括固移控制面融合,實現認證,計費和用戶信息統一等;實現固移轉發面融合UPF固移共平臺設備;還可實現固存儲資源融合,如CDN,MEC資源等。

2.2 WDM-PON標準進展及運營商訴求

    目前WDM-PON標準主要研究了單波長10G速率以下(1.25G/2.5G/10G)的WDM-PON系統。單波速率達10G時,WDM-PON無色ONU的主流技術是可調技術。標準組織開始關注WDM-PON在5G前傳的應用,特別是單波25G速率的WDM-PON系統。ITU-T G.sup.5GP 討論組正在推進和討論25G WDM-PON。

    2017年以來的國際運營商把WDM-PON作為5G前傳的重點方案進行研究。法電Orange,現網大多是D-RAN, C-RAN不多,5G C-RAN,考慮將CU放在NG-POP點,5G前傳密切關注和研究WDM-PON。德電DT,考慮C-RAN,  CU/DU分離,CU集中于匯聚層。WDM-PON前傳感興趣。澳電Telstra ,針對C-RAN 前傳,比較有源DWDM和WDM-PON方案。國內三大運營商,中國電信研究院積極推動WDM-PON的測試和試商用;中國聯通對5G承載主推G.metro,WDM-PON技術上與之相似,可作為簡化版G.metro;中國移動對5G承載主推FlexE,WDM-PON可與之融合。
關鍵字: WDM-PON 5G 前傳
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