WDM-PON承载5G应用场景及技术研究

      WDM-PON 承载5G应用研究

　　5G网络架构对承载的技术需求

　　ITU-R定义了5G的三类典型应用场景：eMBB、mMTC和uRLLC。eMBB对应3D/超高清视频等大流量移动宽带的业务场景，mMTC对应大规模物联网的业务场景，而uRLLC对应无人驾驶、工业自动化等低时延高可靠性连接的业务场景。

　　2016年11月28日，中国移动发布了《迈向5G C-RAN：需求、架构和挑战白皮书》，针对5G高频段、多天线、海量连接和低时延等需求，阐述了承载5G场景下的技术架构和关键技术。5G BBU功能将被重构为CU （Centralized Unit）和DU（Distributed Unit）两个功能实体。CU主要包括非实时的无线高层协议栈功能，同时支持部分核心网功能下沉和边缘应用业务的部署。CU的存在实现了原有BBU的部分功能集中，既兼容完全的集中化部署，也支持分布式的DU部署。DU设备主要处理物理层功能和实时性需求的层2功能，前传则分为两级，分别是一级前传和二级前传。

　　两级前传的C-RAN架构为DU池化或CU池化提供了网络支持，其中一级前传（Fronthaul）可以支持eCPRI等前传协议，二级前传又称为中传（Midhaul），能满足5G各种业务不同的时延和带宽要求。

　　5G前传的大带宽需求，带动传输网的大接口需求，包括高速WDM传输接口。同时随着eCPRI新的前传接口定义，网络架构演进为支持DU和CU池化的新型架构，对WDM PON的5G承载提出了新的机遇和挑战。

　　5G承载中WDM-PON技术的应用研究

　　WDM-PON技术在5G承载中的应用需求，见图1。当运营商有解决基站选址压力、释放BBU机房、在密集城区集中部署DU池等需求时，这些场景均可将DU位置上移并进行集中部署。将WDM-PON作为前传接口进行5G承载的方案，尤其适合那些新建场景下，同时拥有有线和无线两种业务承载需求的运营商，可以利用OLT接入机房优势，集中化部署DU，将DU池和OLT共站址。如需承载5G uRLLC业务，则建议CU与OLT及 DU共站址。这样，DU池化共站将使DU之间协同需求(如CoMP)的用户面数据传输路径更近；DU和CU共站后Midhaul消失，将使5G RAN用户面传输的时延更小。

　　WDM-PON技术方案及优势

　　WDM-PON的关键技术主要有：无色ONU技术，ITU-T G.989.2和CCSA WR WDM-PON标准都明确可调技术实现无色ONU；辅助管理通道（AMCC）技术，即RF Pilot-tone 和Baseband Overmodulation；另外，光模块技术、OAM管理、保护倒换等关键技术的发展对WDM-PON的5G承载大规模使用起着重要的作用，相关协议正在标准组织中讨论和制定。

　　WDM-PON的5G承载前传方案，如图2，WDM-PON OLT可用于5G移动前传、5G DU或BBU池与RRU之间通过WDM-PON无源光网络连接，实现移动业务前传；WDM-PON同时也能支持有线光接入业务。

　　WDM-PON的5G承载前传方案具备以下技术优势：

　　● 低时延：可为5G、政企等业务提供单独组网和业务性能保障；

　　● 大带宽：支持每通道10G和25G速率，可满足25G eCPRI前传信号的带宽需求；

　　● 高传输效率：业务独占带宽没有DBA调度，逻辑点到点，节省时间提升传输效率；采用AMCC信号调顶技术，管理信道叠加在每个波长，不用预留OMCC和GEMPORT资源，节约资源提升传输效率。

　　WDM-PON的5G承载前传方案还具备以下工程应用上的优势：

　　● 基于天然树形的线缆拓扑、固移融合业务、密集覆盖等因素，WDM-PON方案更适合于人口密集的城市居民区。

　　● 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，能大量节省光纤布线资源。目前FTTx光纤网络覆盖广，线路和端口资源丰富，可以充分复用，从而降低5G网络部署成本，减少重复投资，提升现网资源利用率，快捷完成5G网络密集覆盖。

　　● 多个波长经过AWG汇聚后分到分支光纤传输，节省大量主干光纤资源。

　　● AWG比POWER SPLITER损耗更低。在同等ODN组网情况下，采用AWG意味着更远的传输距离。

　　● 5G和有线接入可以共享机房资源，比如Local PoP接入点。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。

　　● 可以共享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，降低机房等资源需求。

　　● 在DU池化后，有助实现无线和有线接入的资源共建共享，构建面向未来的固移融合网络。包括固移控制面融合，实现认证、计费和用户信息统一等；实现固移转发面融合UPF固移共平台设备；还可实现固存储资源融合，如CDN、MEC资源等。

　　WDM-PON技术方案推进进展

　　2017年以来，WDM-PON的5G前传技术得到了运营商的密切关注，国际运营商纷纷把它作为重点方案进行研究。法电Orange对WDM-PON的5G前传技术密切关注，并研究考虑把5G C-RAN的CU放在NG-POP点。德电DT也对WDM-PON前传很感兴趣，研究C-RAN、 CU/DU分离、CU集中于汇聚层等技术细节。国内三大运营商也在进行研究，中国电信研究院在积极推动WDM-PON的测试和试商用；中国联通把WDM-PON技术作为简化版G.metro主推；中国移动的5G承载主推FlexE，把WDM-PON与FlexE进行融合。

　　目前WDM-PON的5G前传技术应用也已得到标准组织的关注，标准制定工作也在推进，特别是单波25G速率的WDM PON系统，ITU-T G.sup.5GP 讨论组正在推进和讨论25G WDM-PON。

　　WDM-PON技术方案的快速推进和发展，将加速5G的到来，WDM-PON技术将拥有广阔的应用前景。