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运营商传输网络架构逐渐明晰

 

 三大运营商目前各自的传输网络架构逐渐明晰,总体而言,呈现以下几个特点:运营商5G传输网技术方案不一,差别较大,光模块的需求明确。针对5G承载的应用场景,各运营商均提出了自己的组网架构、前传方案和光模块选择等技术细节,相互间差别较大。中国移动坚持以SPN标准为承载网的主要技术,计划在原PTN的基础上进行改造;中国电信则提出全光网2.0的融合性网络,采用扁平化的架构,将城域网WDM/OTN下沉到边缘,接入5G前传进行承载;中国联通在接入层使用IPRAN技术,采用10GE接入,未来升级到25/50G,核心汇聚层则采用路由交换技术,目标实现100G组网。在相关交流中,运营商主要是对相关组网技术进行介绍,相关详细的技术选择方案和建设节奏尚未明确,但对前传25G,中回传50G/100G/200G/400G光模块的需求较为明朗。

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  5G传输网建设思路倾向快速部署,后续迭代升级。5G商用牌照提前发布,运营商为抢占先发优势,都在积极建设5G网络,争取早日实现5G商用。在提速降费降本增效的大背景下,运营商的5G建设倾向于先快速部署实现重点城市重点区域的连续覆盖,后期再扩大范围实现全网连续覆盖。传输网的建设也有类似趋势,运营商目前的传输网建设方案也着重实现低成本的快速部署,如重用成熟的已有光模块光器件产业链,通过微创新实现多波长传输等。

  传输大融合趋势显现,高速长距光模块需求逐渐提升。从中国电信和中国联通的传输网技术方案来看,未来传输网发展将呈现大融合的趋势。中国电信的全光网2.0将实现架构扁平化,促进骨干网一二干融合,城域网WDM/OTN到边缘延伸;中国联通提出要将DWDM不断下沉到接入,打造基于DWDM的大容量基础网络,以承载上层业务网络。传输网络的大融合将提升高速长距光模块的需求。

  软硬件解耦的模块化设计思想成为业界共识,影响光模块商业模式。软硬件解耦将对业界生态带来较大变革,其中最重要的是为运营商直采光模块提供了可能性。中国电信提出要实现纵向的、控制平面和数据平面的解耦和横向的、数据平面硬件之间的解耦,推进灰盒设备+开放线路系统,实现开放能力和统一管控之间的平衡;中国联通则要实现PON解耦,OTN接入端解耦,WDM设备解耦以及运营商直接采购光模块。软硬件的解耦开放将改变光模块下游客户,为行业带来新的影响。

  1、中国移动以SPN网络作为革新性的5G传输网

  中国移动基于原PTN网络的架构,演进SPN网络,网络的整体结构没有发生太大变化。5G前传网络的范围较4G时有所扩展,在3G/4G时代,站点资源选择较为自由,前传范围较小。5G时代前传网络将升级到10G/25G接入,接入层主要以50G
PAM4BiDi技术为基础,核心汇聚层则以低成本的N*100G彩光和轻量级ROADM传输为主。目前SPN已经在八个连续覆盖的地市形成规模商用。明年中国移动将在上百个城市实现5G网络的连续覆盖,全部都将基于SPN技术,明年的SPN相关产业需求将有较大提升。

  4G时代的前传组网主要以D-RAN为主,每个BBU连接1~3个基站。5G前传需求有较大提升,前传将主要以C-RAN为主,每个DU连接6~10个基站。此外对于10个基站集中的中等以上规模的C-RAN场景,一个基站连续覆盖需要3个AAU,移动5G频宽为160M,每个AAU需要两个光接口,每个接口上行和下行两个光纤,若DU连接10个基站则总共需要120根光纤,光纤用量较大,所以需要引入WDM技术,以节省光纤资源并提供运维能力。预计5G时代中国移动的C-RAN组网场景的规模占比相较4G有较大幅度的提升。

  据中国移动对Open-WDM/MWDM技术的介绍,作为半有源波分复用,整个前传网络传输系统由AAU设备彩光模块、AAU侧无源WDM设备、DU侧有源WDM设备、DU设备光模块和相关光纤光缆组成。这种方案有利于降低对纤芯资源的依赖,清晰划分无线和传输的维护界面管理域,也利于解耦设备和光模块,便于集中统一采购和配置光模块。以200万基站为例,若考虑AAU开启最大载波使用,则需要2个25GE的eCPRI接口,即每个AAU需要4个25G彩光模块实现两路eCPRI收发,再加上DU侧WDM主设备与DU的光模块用量,整体将带来4800万个25G光模块的需求。为实现快速部署,中国移动建议Open-WDM方案中的WDM技术选用O波段(1260nm-1380nm),以便于重用低成本25G波分成熟产业链,快速满足5G商用需求。

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  2、中国电信推出全光网2.0,打造云网协同新传输

  中国电信目前正在积极推动5G+云改,以打造具有中国电信特色的信息基础设施,形成新一代云化全光化的智能网络,即全光网2.0。全光网2.0的主要特点包括有架构扁平化(如城域网WDM/OTN到边缘延伸)、调度全光化(波长级业务全光智能调度,使用超低损耗大有效面积新型光纤,实现高速率超长距全光传输),运维智能化。其中用于5G承载的光网络设备可分为4种类型:接入设备(M1,接入、站点机房)、汇聚设备(M2,接入汇聚机房)、核心设备(M3,一般机楼机房、M4,核心机房)。

  200G/400G超长距离传输技术是实现全光网2.0的一个关键,该传输技术主要有两个目标。一个是需要实现在50GHz波道间隔下,尽可能延长无电中继传输距离,目前已在1142km传输距离上实现了现网200G
PM-16QAM传输试验,表明采用50GHz波道间隔,可以实现从100G 
PM-QPSK到200G的平滑升级;另一个是不受50GHz波道间隔限制,尽可能延长无电中继传输距离,目前在现网已实现75GHz间隔下使用200G 
PM-QPSK传输2174km,传输能力与100G PM-QPSK相当,此外实现了400G 
PM-16QAM在100km+范围内的75GHz间隔的传输,距离和性能还有待提升。

  未来将WDM/OTN下沉到接入汇聚点(即M2点)会是综合业务承载的发展趋势,用于城域网接入或城域网汇聚,采用环网或者点对点的拓扑结构,传输距离不超过40km,少量不超过80km。5G前传部分则仍将以光纤直连方案为主,D-RAN不超过300m,C-RAN以10km-15km为主。另外还存在点到点无源/有源的WDM/OTN和以WDMPON/G.metro为主的点到多点WDM两种补充方案。

  3、中国联通下沉大容量DWDM,更好承载上层业务网络

  为满足不断增加的带宽需求,中国联通提出要推进大容量DWDM不断下沉,逐步走向网络边缘。从骨干层到城域到边缘接入,都需要基于DWDM的大容量基础网络,以承载上层业务网络。未来业务将主要通过DC进行统一控制和集中调度,叠加业务云化的需求,对承载网络提出了更高的要求。其中5G对传送承载的基本需求包括大带宽,低时延,高精度时间同步,网络切片、网络智能化和低成本。

  中国联通将城域网络总体上分为核心汇聚层和接入层,接入层又可细分为综合业务接入层和末端业务接入层两层。需要注意的是城域网的两层,不完全与5G网络的前传、中传、回传一一对应。其中:

  核心汇聚层将采用路由交换技术,简化结构,核心层采用2核心结构,汇聚层可采用口字形结构,目标为100G。核心汇聚层还应考虑与IP城域网及通信云网络的融合。

  接入层则主要采用IPRAN,由现网的GE接入环速率升级到10GE。热点和高流量区域可采用2*10G捆绑,未来可升级为25/50G组网。接入环由4-8个节点组成。

  由于5G基站数量庞大,前传成本敏感度高。前传主要以光纤直驱为主,在光纤不足时可采用WDM设备。5G的前传协议主要是25GeCPRI,接口包括有25GBiDi(单纤双向,10-15km,适用于C-RAN),25GDuplex(双纤双向,300m,采用FP/FB激光器,适用于D-RAN)和25G可调谐DWDM接口(满足G.698.4标准/前G.metro的PAB-WDM设备)。此外在核心汇聚层,城域网100G端口用量大,成本敏感,中国联通建议行业内针对城域应用,开发最优化的低成本城域相干100G光模块。

  中国联通也提出要对光传输系统进行解耦开放与设备模块化,以促进创新,降低成本。通过解耦开放,可避免被设备厂商锁定,产业链更为开放,降低建设成本。各个功能板块可独立开发和升级,加速创新,更快的引入新技术,降低成本。用户自定义网络,实现业务快速发放。简化运营,降低网络运营成本。波分设备模块化有利于波分设备在单位带宽等方面,优势明显。