WDM-PON承載5G應(yīng)用場(chǎng)景和技術(shù)研究

責(zé)任編輯:cdeng

2018-03-08 14:46:59

摘自:C114中國(guó)通信網(wǎng)

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)迅猛發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)等多種新型應(yīng)用不斷涌現(xiàn),為應(yīng)對(duì)未來(lái)爆炸性的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)和海量設(shè)備連接,第五代移動(dòng)通信(5G)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

1.WDM-PON 承載5G應(yīng)用場(chǎng)景

1.1 前傳網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)定義

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)迅猛發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)等多種新型應(yīng)用不斷涌現(xiàn),為應(yīng)對(duì)未來(lái)爆炸性的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)和海量設(shè)備連接,第五代移動(dòng)通信(5G)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

2015年,ITU-R正式定義了5G的三類典型應(yīng)用場(chǎng)景:eMBB,mMTC和URLLC。eMBB對(duì)應(yīng)的是3D/超高清視頻等大流量移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù),mMTC對(duì)應(yīng)的是大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù),而URLLC對(duì)應(yīng)的是如無(wú)人駕駛、工業(yè)自動(dòng)化等需要低時(shí)延高可靠連接的業(yè)務(wù)。

2016年11月28日中國(guó)移動(dòng)發(fā)布了邁向5G C-RAN需求、架構(gòu)和挑戰(zhàn)白皮書。

 

BBU研究架構(gòu):從4G單節(jié)點(diǎn)到5G CU/DU兩級(jí)架構(gòu)

 

圖1 BBU研究架構(gòu):從4G單節(jié)點(diǎn)到5G CU/DU兩級(jí)架構(gòu)

5G BBU功能將被重構(gòu)為CU 和DU兩個(gè)功能實(shí)體(見圖1),CU主要包括非實(shí)時(shí)的無(wú)線高層協(xié)議棧功能,同時(shí)支持部分核心網(wǎng)功能下沉和邊緣應(yīng)用業(yè)務(wù)的部署,DU設(shè)備主要處理物理層功能和實(shí)時(shí)性需求的層2功能,前傳分為兩級(jí),一級(jí)前傳和二級(jí)前傳。

CU的存在實(shí)現(xiàn)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(jí)前傳C-RAN架構(gòu)為DU池化或CU池化提供了網(wǎng)絡(luò)支持。其中一級(jí)前傳就是Fronthaul,可以支持eCPRI等前傳協(xié)議;二級(jí)前傳又稱Midhaul(中傳)。Fronthaul和Midhaul針對(duì)不同的5G業(yè)務(wù)有不同的時(shí)延和帶寬要求。

5G前傳和回傳的大帶寬需求,帶動(dòng)傳輸網(wǎng)的大接口需求,主要包括高速以太網(wǎng)接口或OTN/DWDM等傳輸接口。同時(shí)隨著eCPRI新的前傳接口定義,網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)為支持DU、CU池化的新型架構(gòu),對(duì)無(wú)線接入和5G承載提出了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

1.2 WDM-PON 承載5G應(yīng)用場(chǎng)景

 

5G新建場(chǎng)景或熱點(diǎn)地區(qū)場(chǎng)景

 

圖2 5G新建場(chǎng)景或熱點(diǎn)地區(qū)場(chǎng)景

WDM-PON在5G中的典型應(yīng)用場(chǎng)景見上圖2。

當(dāng)運(yùn)營(yíng)商有基站選址壓力,或需要釋放BBU機(jī)房的情況,或密集城區(qū)需要集中部署DU池,在這些場(chǎng)景下可將DU位置上移并集中部署。尤其針對(duì)既有有線業(yè)務(wù)和無(wú)線業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)商的新建場(chǎng)景非常適合采用WDM-PON進(jìn)行前傳接口的承載。OLT可利用接入機(jī)房?jī)?yōu)勢(shì),集中化部署DU,DU池和OLT共站址,針對(duì)5G URLLC業(yè)務(wù),建議CU也與OLT, DU共站址。DU池化共站會(huì)使DU之間協(xié)同需求(如CoMP)的用戶面數(shù)據(jù)傳輸路徑更近;DU和CU共站,則可使Midhaul消失,5G RAN用戶面?zhèn)鬏敃r(shí)延更小。

2. WDM-PON技術(shù)實(shí)現(xiàn)及其5G承載的意義

WDM-PON體系架構(gòu):

 

 WDM-PON體系架構(gòu)

 

圖3 WDM-PON體系架構(gòu)

WDM-PON的關(guān)鍵技術(shù)當(dāng)前主要關(guān)注:無(wú)色ONU技術(shù),即ITU-T G.989.2和CCSA WR WDM-PON標(biāo)準(zhǔn)明確可調(diào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)色ONU;另外一個(gè)是輔助管理通道(AMCC)技術(shù),即RF Pilot-tone 和Baseband Overmodulation。

WDM-PON方案中,光模塊技術(shù)、OAM管理、保護(hù)倒換等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展對(duì)WDM-PON的5G承載大規(guī)劃使用起著重要的作用。相關(guān)協(xié)議正在標(biāo)準(zhǔn)組織中討論和制定。

2.1 前傳承載方案

 

基于OLT統(tǒng)一光接入平臺(tái)的WDM-PON 前傳組網(wǎng)方案

 

圖4 基于OLT統(tǒng)一光接入平臺(tái)的WDM-PON 前傳組網(wǎng)方案

WDM-PON OLT設(shè)備統(tǒng)一光接入平臺(tái)用于5G移動(dòng)前傳的同時(shí),支持有線光接入業(yè)務(wù)。5G DU或BBU池與RRU之間通過(guò)WDM-PON無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)連接,實(shí)現(xiàn)移動(dòng)業(yè)務(wù)前傳。

WDM-PON作為5G前傳方案體現(xiàn)以下技術(shù)特點(diǎn):

1.WDM-PON技術(shù)時(shí)延小,可為5G、政企等業(yè)務(wù)提供單獨(dú)組網(wǎng)和業(yè)務(wù)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(hào)的帶寬需求;

3.高傳輸效率。體現(xiàn)在兩個(gè)方面,一個(gè)是獨(dú)占帶寬沒(méi)有DBA調(diào)度,邏輯點(diǎn)到點(diǎn)。另外一個(gè)是管理方面,采用AMCC信號(hào)調(diào)頂技術(shù),管理信道疊加在每個(gè)波長(zhǎng),沒(méi)有OMCC預(yù)留,沒(méi)有GEMPORT資源預(yù)留而導(dǎo)致的浪費(fèi)。

WDM-PON作為5G前傳方案在工程應(yīng)用中也將體現(xiàn)價(jià)值:

1.WDM-PON方案適合于人口密集的城市居民區(qū)覆蓋。因?yàn)?ldquo;天然樹形的線纜拓?fù)?rdquo;、“固移融合業(yè)務(wù)”、“密集覆蓋”。

2.可以共享已有的光纖基礎(chǔ)設(shè)置。5G網(wǎng)絡(luò)部署需要大量的光纖資源,網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌艽罅抗?jié)省光纖布線資源。目前FTTx光纖網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣,線路和端口資源豐富,充分加以利用,可降低5G網(wǎng)絡(luò)部署成本,減少重復(fù)投資,提升現(xiàn)網(wǎng)資源利用率,快捷完善5G網(wǎng)絡(luò)密集覆蓋。

3.多個(gè)波長(zhǎng)經(jīng)過(guò)AWG匯聚后分到分支光纖傳輸, 節(jié)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(wǎng)情況下,采用AWG替換SPLITER意味著更遠(yuǎn)的傳輸距離。

5.5G和有線接入可以共享機(jī)房資源,比如Local PoP接入點(diǎn)。尤其是基于AO重構(gòu)的機(jī)房更能發(fā)揮綜合建網(wǎng),平攤投資的優(yōu)勢(shì)。

6.可以共享OLT, 實(shí)現(xiàn)接入家庭用戶、政企用戶和5G基站合一接入。進(jìn)一步提升設(shè)備利用率,節(jié)省網(wǎng)絡(luò)設(shè)備部署成本,降低機(jī)房等資源需求。

7.在DU池化后,有助實(shí)現(xiàn)無(wú)線和有線接入的資源共建共享,構(gòu)建面向未來(lái)的固移融合網(wǎng)絡(luò)。包括固移控制面融合,實(shí)現(xiàn)認(rèn)證,計(jì)費(fèi)和用戶信息統(tǒng)一等;實(shí)現(xiàn)固移轉(zhuǎn)發(fā)面融合UPF固移共平臺(tái)設(shè)備;還可實(shí)現(xiàn)固存儲(chǔ)資源融合,如CDN,MEC資源等。

2.2 WDM-PON標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展及運(yùn)營(yíng)商訴求

目前WDM-PON標(biāo)準(zhǔn)主要研究了單波長(zhǎng)10G速率以下(1.25G/2.5G/10G)的WDM-PON系統(tǒng)。單波速率達(dá)10G時(shí),WDM-PON無(wú)色ONU的主流技術(shù)是可調(diào)技術(shù)。標(biāo)準(zhǔn)組織開始關(guān)注WDM-PON在5G前傳的應(yīng)用,特別是單波25G速率的WDM-PON系統(tǒng)。ITU-T G.sup.5GP 討論組正在推進(jìn)和討論25G WDM-PON。

2017年以來(lái)的國(guó)際運(yùn)營(yíng)商把WDM-PON作為5G前傳的重點(diǎn)方案進(jìn)行研究。法電Orange,現(xiàn)網(wǎng)大多是D-RAN, C-RAN不多,5G C-RAN,考慮將CU放在NG-POP點(diǎn),5G前傳密切關(guān)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(duì)C-RAN 前傳,比較有源DWDM和WDM-PON方案。國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商,中國(guó)電信研究院積極推動(dòng)WDM-PON的測(cè)試和試商用;中國(guó)聯(lián)通對(duì)5G承載主推G.metro,WDM-PON技術(shù)上與之相似,可作為簡(jiǎn)化版G.metro;中國(guó)移動(dòng)對(duì)5G承載主推FlexE,WDM-PON可與之融合。

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