作者简介
汤 瑞
中国信息通信研究院技术与标准研究所高级工程师，主要从事高速光通信领域的产业、政策、标准和前沿技术研究工作。
吴冰冰
中国信息通信研究院技术与标准研究所高级工程师，博士，主要从事光模块器件、光传送网和量子信息领域研究工作。
论文引用格式：
汤瑞，吴冰冰. 5G前传WDM技术方案进展分析[J]. 信息通信技术与政策, 2020(5):24-28.
∗ 基金项目：国家重点研发计划项目（No. 2018YFB2201601）资助
5G前传WDM技术方案进展分析*
汤瑞 吴冰冰
（中国信息通信研究院技术与标准研究所，北京 100191）
摘要：介绍了5G前传WDM承载的典型架构，在此基础上分析了4种WDM技术方案的实现差异及目前产业和标准化进展，最后对5G前传WDM方案的发展提出了相关建议。
关键词：前传；CWDM；LWDM；MWDM；DWDM
1 引言
截至2019年年底，我国5G基站数已经超过13万个。目前，我国正在加快推进5G网络建设进度，预计到2020年年底全国5G基站数将超过60万个，5G承载网的建设受到广泛关注。前传网络作为承载网的一部分，相关技术方案的选择将与运营商的投资、建设效率和维护管理等密切相关。
本文从架构、方案、技术成熟度、产业进展等角度综合分析了基于波分复用（WDM）的5G前传方案，介绍了目前5G前传WDM方案在标准化推进、系统测评等方面的进展，并对其未来发展提出了相关建议。
2 5G前传WDM网络架构
5G无线网络部署主要有分布式无线接入网（DRAN）和集中式无线接入网（CRAN）两种场景，其中CRAN又可分为CRAN小集中和CRAN大集中两种模式。CRAN大集中一般需要集中单元（CU）云化和分布单元（DU）池化集中部署来支撑实现。DRAN场景相对简单，有源天线单元（AAU）和DU一般分别部署在塔上和塔下，CRAN场景对应的拉远距离通常在10 km以内[1]。
5G前传网络主要实现AAU到DU之间的信号拉远传输。集中式的CRAN架构给5G前传网络提出了新的需求，波分复用成为前传网络的优选方案，并存在无源WDM、有源WDM、半有源WDM等多种WDM网络架构。
2.1 无源WDM方案
无源WDM方案基于无中继放大、无色散补偿的端到端全无源方式来实现低成本的波分复用传输（见图1 ）。AAU直接采用彩光模块，通过分支光缆连接到无源合分波器；在局端DU侧，无源合分波器进行波长复用/解复用，实现AAU到局端一一对应的彩光波长连接，部署简单，但存在无故障管理、维护难度较大等问题。
图1 无源WDM架构
2.2 有源WDM方案
有源WDM方案在远端站和局端站均采用室外型有源WDM设备进行电层或/和光层复用（见图2）。该方案减少了末端光纤数量，支持全拓扑结构如环带链/环形/链型/星型，也可以提供电信级的可管理性，但是成本较高，同时受基站供电条件等制约。
图2 有源WDM架构
2.3 半有源WDM方案
随着5G网络部署规模逐渐增加，前传网络将拥有数十万甚至百万量级的海量节点，网络的可维护管理能力成为迫切需求，支持维护管理能力的半有源WDM方案成为目前业界研究的重点方向，其基本架构如图3所示。半有源WDM方案既是有源WDM方案的简化，也是无源方案的增强。远端AAU侧为无源WDM，不受供电限制，局端BBU侧WDM为有源设备，结合光模块调顶功能[3]，能够实现监控、故障检测和保护等能力。
图3 半有源WDM架构
3 5G前传WDM技术方案
应用于5G前传的N×25 Gbit/s WDM技术根据使用的波长不同，目前有粗波分复用（CWDM）、基于以太网通道的波分复用（ LWDM）、中等波分复用（MWDM）和密集波分复用（DWDM）4种，波长如图4所示。
图4 25G WDM波长选择方案
CWDM系统使用ITU-T G.694.2规范的1271 nm~1491 nm波长范围，通道间隔20 nm。LWDM以IEEE 802.3-2018规范的400 GE LR8波长范围（1273.54 nm~1309.14 nm）为基础，通道间隔800 GHz（约4.4 nm），对于12波系统，需进行4个波长的扩展，目前初定波长范围在1269.3 nm~1318.35 nm。MWDM方案使用的波长范围为1265 nm~1377 nm，对CWDM的6个标准CWDM波长进行通路间隔压缩后扩展得到12个波长。DWDM主要是基于ITU-T G.698.x标准，使用C波段（1529.55 nm~1565.50 nm）。不同WDM技术的关键特性和实现方式比较见表1。
表1 N×25Gbit/s WDM方案比较
4 5G前传WDM产业及标准进展
4.1 5G前传产业进展
从目前5G前传产业发展情况看，CWDM和MWDM主要共用100G CWDM4产业链，光迅、海信、上海欣诺、爱立信、烽火、瑞斯康达、格林威尔等多个模块厂商和设备厂家拥有6波或12波25 Gbit/s CWDM商用产品，多个运营商省公司从2019年开始在现网已启动规模部署了6波和12波无源CWDM产品。
25 Gbit/s MWDM的产业链从2020年开始正在加速成熟当中。在设备方面，包括华为、中兴、烽火在内等厂商已经启动半有源MWDM研发，部分厂家已经完成半有源MWDM原型设备并参加了中国移动的测试，满足MWDM波长、距离和环境要求的模块已有十数家厂家参与开发。
25 Gbit/s DWDM目前已有II-VI、海信、易锐光电等模块厂商可提供固定波长双纤双向25 Gbit/s DWDM光模块，多个光模块公司也正在开发25 Gbit/s可调谐DWDM光模块，包括PIN接收和APD接收，单纤双向和双纤双向光模块，全C波段可调以及窄带可调等多个类型，2019年年底中国联通也在实验室进行了相关系统测评演示。
25 Gbit/s LWDM可重用100G CWDM4、100GLR4、400G LR8等多个产业链，目前旭创、光迅、索尔思、II-VI等模块厂商正在进行LWDM光模块研发，中国电信也在联合设备商、模块商进行产业推进和标准化制定等工作。
4.2 5G前传标准进展
目前，业界已启动5G前传设备和模块的标准制定工作。中国通信标准化协会（CCSA）已经立项城域N×25 Gbit/s WDM系统总体技术部分标准，以及CWDM、MWDM、DWDM、LWDM 4种类型的25 Gbit/s光模块标准。在ITU-T SG15中，Q6正在进行G.698.1、G.698.2和G.698.4面向25 Gbit/s速率的修订工作，计划在其中增加20 km、20个通道的25 Gbit/s接口光层指标，相关情况如表2所示。另外，ITU-T SG15 Q6也已启动基于CWDM 25 Gbit/s方案的前传技术标准化工作的讨论。
表2 N×25 Gbit/s WDM前传设备及模块相关标准化工作
4.3 5G前传方案测评
为了评估25 Gbit/s前传模块的发展水平，充分支持5G的商业进程，IMT-2020（5G）推进组的5G承载工作组分别在2018年和2019年年底组织进行了两次25 Gbit/s及以上速率光模块的测试评估工作。从测试结果来看，近两年25 Gbit/s光模块的成熟度、稳定性以及与设备的兼容性等都有了较明显的提高。
在5G前传设备方面，除了各运营商集团或省公司组织的25 Gbit/s CWDM系统的技术摸底或招标测试之外，支持OAM功能的半有源设备的测试评估成为业界关注的焦点。中国移动、中国电信、中国联通正在分别开展和推动25 Gbit/s MWDM、25 Gbit/s LWDM、25 Gbit/s DWDM方案的完善及标准制定工作，预计在2020年上半年将陆续启动新一轮的测试和验证。
5 结束语
本文在重点介绍5G前传WDM典型网络架构的基础上，聚焦分析了4种WDM技术方案的实现差异及最新的产业及标准化进展。整体来看，5G前传除了目前初步规模部署的无源CWDM方案之外，基于半有源的3种WDM方案（MWDM/LWDM/DWDM）已成为业界关注的焦点。
从部署需求、传输性能优化、产业链良性发展等多方面考虑，5G前传WDM方案后续仍需业界协同推动、优化和完善。一是结合应用需求、成本等综合因素，进一步加快优化和规范传输功能、性能指标；二是聚焦维护管理功能特性需求，规范基于调顶方式的功能特性、实现协议、硬件集成模式等；三是鉴于目前多种WDM方案并存发展，后续业界应尽量聚焦多种方案的共性特征，推动核心芯片和器件的研发协同，推动技术方案尽快成熟并促进整个产业链良性发展。
参考文献
[1] IMT-2020 (5G)推进组. 5G承载需求白皮书[R], 2018.
[2] IMT-2020 (5G)推进组. 5G承载网络架构和技术方案白皮书[R], 2018.
[3] 华锋, 武成宾. 调顶信号对城域波分复用系统的影响[J]. 邮电设计技术, 2015(11):24-27.
5G fronthaul WDM solution and progress analysis
TANG Rui, WU Bingbing
(Institute of Technology and Standards, China Academy of Information and Communications Technology, Beijing 100191, China)
Abstract: This article introduces the typical architecture of 5G fronthaul WDM bearer. On this basis, it analyzes the implementation difference of the four types WDM technology solution and the current industry and standardization progress. Finally, it puts forward relevant suggestions for the development of 5G fronthaul WDM solution.
Key words: fronthaul; CWDM; LWDM; MWDM; DWDM
本文刊于《信息通信技术与政策》2020年第5期
主办：中国信息通信研究院
《信息通信技术与政策》是工业和信息化部主管、中国信息通信研究院主办的专业学术期刊。本刊定位于“信息通信技术前沿的风向标，信息社会政策探究的思想库”，聚焦信息通信领域技术趋势、公共政策、 国家/产业/企业战略，发布前沿研究成果、焦点问题分析、热点政策解读等，推动5G、工业互联网、数字经济、人工智能、区块链、大数据、云计算等技术产业的创新与发展，引导国家技术战略选择与产业政策制定，搭建产、学、研、用的高端学术交流平台。
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