25G WDM-PON承载5G前传的技术研究

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（OTN、DWDM）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。

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。基于TITAN OLT的5G前传网络架构见图1。

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。