5g移动网络的光传输解決方案 -pg电子直营网

第五代移动电话行动通信标准，也称第五代移动通信技术，英文缩写：5g。按照3gpp组织的时间表，r14标准主要开展5g系统框架和关键技术研究；r15满足部分场景的5g需求，开启商用进程；r16则会完成全部标准化工作。三个标准的预计完成时间分别是2017年3月、2018年6月和2019年12月，最终的5g完整标准会在2020年初提交给国际电信联盟（itu），开始正式商用。

按照3gpp规划，5g标准分为nsa和sa（standalone，独立组网）两种。其中，5g nsa组网方式需要使用4g基站和4g核心网，以4g作为控制面的锚点，满足激进运营商利用现有lte网络资源，实现5g nr（new ratio）快速部署的需求。

2018年6月14日，3gpp在美国举行全体会议，正式批准冻结第五代移动通信技术标准（5g nr）独立组网（sa）功能。5g nr非独立组网（nsa）标准已于去年12月冻结，至此第一阶段全功能完整版5g标准正式出台，5g商用进入全面冲刺阶段。

5g网络拟提供业务的主要特征包括大带宽(用户体验速率最高1gbps)、低时延(1ns)和海量连接(连接密度106/km2)，从而对承载网在带宽、容量、时延和组网灵活性方面提出了新的需求。5g基站aau的基带信号，采用数字方式传输，空口采用ecpri协议接口，典型速率25.165824gbps，考虑与4g共站场景，所以需要兼容cpri option10速率24.33024gbps。

5g已经来了，作为光通信器件行业的一员，这里来聊聊5g网络中将用到的光器件，它们都是千万级别的海量需求。

光通信器件属于光传输网络中的核心组成，承载着光电转换，光波长的复用解复用，和光功率的分配等关键网络物理层功能。相比于目前的3g 4g网络，5g在无线承载网络中改变最大的在于前传及中传领域，前传是连接基站至du(distribute unit，分布单元，负责处理物理层协议和实时服务)，中传是连接du于 cu (centralized unit，集中单元，负责处理非实时协议和服务)。

无线基站通常安装在通信铁塔或建筑楼顶，风吹日晒的，所以前传中传中用到的光器件，需要满足户外场景使用，最重要的就是器件工作温度要达到工业级要求，-40℃~85℃。顺便提下另一种室内场景，一般是商业级温度的要求，0~70℃。

在前传场景中，绝大部分传输距离要求在10km lr以下，其中5km以下占比约80%，5~10km占比20%。当然，理论值与现网实际应用会有差距，肯定会出现光纤老化链路衰减增大，覆盖区域的距离临界等问题，所以10km以上 的传输距离规格比如20km er仍然是需要的。在中传场景中，传输距离则要求在10~40km之间，存在工业级与商业级两种工作温度要求。易飞扬公司针对前传和中传应用，已推出或正推出系列光模块pg电子直营网的解决方案，包含前传的25g lr/er，25g lr/er bidi，25g cwdm/dwdm er，25g sfp28 tunable，中传回传的100g qsfp28 lr4/4wdm 40，200g qsfp56 lr4等工业级光模块产品。 同时还提供工业级无源类产品5g omux, ccwdm, aawg，其中aawg产品待工业级芯片成熟后推出。

图1：5g前传中传的速率与距离

光模块是光电转换，中间的传输介质是光纤，在光网络中投资最大的永远是光纤资源，所以设备及器件的选择首先要考虑的是光纤。由于政策及人口的因素，中国城市内及大部分区域的光纤资源比较丰富，但中国乡村及国外大部分区域光纤资源是非常紧缺的。光纤资源宝贵，那光模块来省，所以5g前传有三种方案。

一、光纤资源丰富的场景，采用光纤直连，一扇区一光纤(one fiber one cell)，光模块用25g lr/er bidi。一般一个基站有3扇区，bidi方案只需要三根光纤即可满足一个基站的流量前传，同时有利于时钟的高精度同步。其中下行的波长标准是1310nm还是1330nm还未明确。

图2：5g前传光纤直连方案

二、 光纤资源稀缺的场景，这就需要用到波分复用wdm方案了，将一个基站的所有业务波长复用至一根或一对光纤进行回传，节省基站至du的光纤资源，称为one fiber one site (base-station)（一个基站一根光纤）。这里需要用到大量的彩光模块，给安装、备件和维护带来一些不便，tunable光模块应用而生。所以这个场景主要用到光模块25g cwdm/dwdm lr/er，25g sfp28 tunable lr/er，波长可以是o波段和c波段，以及工业级无源wdm类产品5g omux，ccwdm。

图3：5g前传无源wdm方案

当然，更高效回传网络的方式是波分设备直接下沉至基站与du，即有源wdm方案，可兼容现网2g/3g/4g业务，且可实现更多l3层业务管理和优化功能，当然这会使得capex增大。

三、 回传主干光纤资源极度缺乏的情况下，需要将多个基站的流量汇聚至一个du进行回传，称为one fiber n sites (base-station)（n个基站一根主干光纤），这是一个点到多点的wdm无源方案。比如常用的aawg 40波长，可覆盖6个基站(每个基站3扇区，共18个aau，20波上行/20波下行)。此拓朴结构符合基于pon的光无源网络，最大限度地利旧现网odn网络。

业内目前只有成熟的商业级awg，工作温度范围为0℃~75℃，在未来wdm-pon网络乃至5g前传pg电子直营网的解决方案中，awg工作温度范围需求进一步提升至工业级的-40 ℃~85℃，对有热、无热封装提出更苛刻要求，对芯片级无热awg要求也进一步提高，仍需业内同仁努力攻破。如工业级awg仍然不成熟，安装环境又不便满足商业级工作温度，在链路光功率预算可满足时，可考虑使用分光器plc splitter，splitter产品目前都可完全满足工业级工作温度的要求。

p2mp场景主要用到光模块25g cwdm/dwdm lr/er，25g sfp28 tunable lr/er，波长可以是o波段和c波段，以及工业级无源wdm类产品5g omux，ccwdm，awg或者plc splitter。

图4：5g前传点到多点无源wdm方案

5g是通信史上的关键里程碑，市场巨大，挑战甚多，易飞扬将一如既往，不断为客户提供设计创新和方案领先的光互连产品。