5G前传WDM技术方案进展分析
1 引言
随着5G浪潮席卷全球，你是否关注到前传网络的关键作用？截至2019年年底，我国5G基站数已突破13万个，而预计到2020年年底，这一数字将飙升至60万以上。5G承载网的建设正成为焦点，其中前传网络的技术方案选择，直接关乎运营商的投资效率、建设速度与维护管理。
本文从网络架构、技术方案、成熟度及产业进展等多角度，深入剖析基于波分复用（WDM）的5G前传方案，介绍其在标准化推进、系统测评方面的最新动态，并展望未来发展趋势与建议。
2 5G前传WDM网络架构
5G无线网络部署主要包括分布式无线接入网（DRAN）和集中式无线接入网（CRAN）两大场景，其中CRAN又可细分为小集中和大集中模式。CRAN大集中通常依赖集中单元（CU）云化和分布单元（DU）池化部署来实现。DRAN场景相对简洁，有源天线单元（AAU）和DU一般分置塔上与塔下，而CRAN场景的拉远距离多在10 km以内[1]。
5G前传网络核心任务是将AAU信号拉远传输至DU。集中式CRAN架构对前传网络提出了新需求，波分复用因此成为优选方案，并衍生出无源WDM、有源WDM、半有源WDM等多种灵活架构。
2.1 无源WDM方案
无源WDM方案以全无源方式实现低成本传输，AAU直接采用彩光模块，通过分支光缆连接无源合分波器；局端DU侧则进行波长复用/解复用，建立AAU到局端的直达连接。此方案部署简单，但缺乏故障管理能力，维护难度较大。
图1 无源WDM架构
2.2 有源WDM方案
有源WDM方案在远端和局端均部署室外型有源设备，支持电层或光层复用。它大幅减少末端光纤数量，兼容全拓扑结构如环带链/环形/链型/星型，并提供电信级可管理性，但成本较高，且受基站供电条件限制。
图2 有源WDM架构
2.3 半有源WDM方案
随着5G网络规模激增，前传节点将达百万量级，可维护管理能力成为迫切需求。半有源WDM方案应运而生，它融合有源与无源优势：远端AAU侧保持无源，避免供电限制；局端BBU侧采用有源设备，结合光模块调顶功能[3]，实现监控、故障检测与保护，成为当前业界研究重点。
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，根据波长差异可分为粗波分复用（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）四大方案，波长分布如图4所示。
图4 25G WDM波长选择方案
CWDM系统采用ITU-T G.694.2规范的1271 nm~1491 nm波长，通道间隔20 nm。LWDM以IEEE 802.3-2018的400 GE LR8波长（1273.54 nm~1309.14 nm）为基础，通道间隔800 GHz（约4.4 nm），12波系统需扩展波长至1269.3 nm~1318.35 nm。MWDM方案在1265 nm~1377 nm范围内，通过压缩CWDM标准波长间隔扩展为12波。DWDM主要基于ITU-T G.698.x标准，使用C波段（1529.55 nm~1565.50 nm）。各方案关键特性对比如表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
当前，CWDM和MWDM共享100G CWDM4产业链，光迅、海信、烽火等厂商已推出6波或12波25 Gbit/s CWDM商用产品，多个运营商自2019年起规模部署。25 Gbit/s MWDM产业链在2020年加速成熟，华为、中兴、烽火等正研发半有源MWDM设备，并参与中国移动测试，模块开发厂家达十数家。
25 Gbit/s DWDM方面，II-VI、海信、易锐光电等已提供固定波长双纤双向模块，可调谐DWDM模块也在开发中，中国联通于2019年完成实验室测评。25 Gbit/s LWDM复用100G CWDM4、100GLR4等产业链，旭创、光迅、索尔思等厂商正推进模块研发，中国电信联合产业界加速标准化。
4.2 5G前传标准进展
业界已启动5G前传设备与模块标准制定。中国通信标准化协会（CCSA）立项了城域N×25 Gbit/s WDM系统总体技术标准，以及CWDM、MWDM、DWDM、LWDM四种25 Gbit/s光模块标准。ITU-T SG15 Q6正修订G.698系列，增加25 Gbit/s接口指标，并讨论CWDM 25 Gbit/s前传技术标准化，详情如表2。
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
为评估25 Gbit/s前传模块发展水平，IMT-2020（5G）推进组在2018年和2019年组织两次测试，结果显示模块成熟度、稳定性及设备兼容性显著提升。在设备方面，除运营商对25 Gbit/s CWDM系统的测试外，支持OAM功能的半有源设备成为焦点。中国移动、中国电信、中国联通正分别推动MWDM、LWDM、DWDM方案的完善与标准制定，2020年上半年将启动新一轮测试验证。
5 结束语
本文系统介绍了5G前传WDM的典型网络架构，重点分析了四大技术方案的差异与最新产业标准化进展。总体看，除已规模部署的无源CWDM方案外，基于半有源的MWDM、LWDM、DWDM方案正成为业界核心关注点。
未来，5G前传WDM方案需业界协同优化：一是结合应用与成本，规范传输功能与性能指标；二是聚焦维护管理需求，标准化调顶功能特性与协议；三是推动方案共性特征，加速核心芯片器件研发，促进产业链良性发展。你是否想深入参与5G前传技术讨论？欢迎分享你的见解，共同探索网络未来！
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.
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.
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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