WDM-PON技术实现及其5G承载应用场景与意义

前沿技术

1、WDM-PON承载5G应用场景

1.1 5G前传网络架构定义

随着移动互联网迅猛发展和物联网等多种新型应用不断涌现，为应对未来爆炸性的移动数据流量增长和海量设备连接，第五代移动通信（5G）技术应运而生。

2015年，ITU-R正式定义了5G的三类典型应用场景：eMBB，mMTC和URLLC。eMBB对应的是3D/超高清视频等大流量移动宽带业务，mMTC对应的是大规模物联网业务，而URLLC对应的是如无人驾驶、工业自动化等需要低时延高可靠连接的业务。

2016年11月28日中国移动发布了迈向5G C-RAN需求、架构和挑战白皮书。

5G BBU功能将被重构为CU 和DU两个功能实体（见图1），CU主要包括非实时的无线高层协议栈功能，同时支持部分核心网功能下沉和边缘应用业务的部署，DU设备主要处理物理层功能和实时性需求的层2功能，前传分为两级，一级前传和二级前传。

图1 BBU研究架构：从4G单节点到5G CU/DU两级架构

CU的存在实现了原有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。

两级前传C-RAN架构为DU池化或CU池化提供了网络支持。其中一级前传就是Fronthaul，可以支持eCPRI等前传协议；二级前传又称Midhaul（中传）。Fronthaul和Midhaul针对不同的5G业务有不同的时延和带宽要求。

5G前传和回传的大带宽需求，带动传输网的大接口需求，主要包括高速以太网接口或OTN/DWDM等传输接口。同时随着eCPRI新的前传接口定义，网络架构演进为支持DU、CU池化的新型架构，对无线接入和5G承载提出了新的机遇和挑战。

1.2 WDM-PON承载5G应用场景

WDM-PON在5G中的典型应用场景见下图。

图2 5G新建场景或热点地区场景

当运营商有基站选址压力，或需要释放BBU机房的情况，或密集城区需要集中部署DU池，在这些场景下可将DU位置上移并集中部署。尤其针对既有有线业务和无线业务的运营商的新建场景非常适合采用WDM-PON进行前传接口的承载。OLT可利用接入机房优势，集中化部署DU，DU池和OLT共站址，针对5G URLLC业务，建议CU也与OLT、DU共站址。DU池化共站会使DU之间协同需求（如CoMP）的用户面数据传输路径更近；DU和CU共站，则可使Midhaul消失，5G RAN用户面传输时延更小。

2、WDM-PON技术实现及其5G承载的意义

WDM-PON的关键技术当前主要关注：无色ONU技术，即ITU-T G.989.2和CCSA WR WDM-PON标准明确可调技术实现无色ONU；另外一个是辅助管理通道（AMCC）技术，即RF Pilot-tone 和Baseband Overmodulation。

图3 WDM-PON体系架构

WDM-PON方案中，光模块技术、OAM管理、保护倒换等关键技术的发展对WDM-PON的5G承载大规划使用起着重要的作用。相关协议正在标准组织中讨论和制定。

2.1 前传承载方案

WDM-PON OLT设备统一光接入平台用于5G移动前传的同时，支持有线光接入业务。5G DU或BBU池与RRU之间通过WDM-PON无源光网络连接，实现移动业务前传。

图4 基于OLT统一光接入平台的WDM-PON 前传组网方案

WDM-PON作为5G前传方案体现以下技术特点：

①WDM-PON技术时延小，可为5G、政企等业务提供单独组网和业务性能保障；

②大带宽，支持每通道10G和25G速率，可满足25G eCPRI前传信号的带宽需求；

③高传输效率。体现在两个方面，一个是独占带宽没有DBA调度，逻辑点到点。另外一个是管理方面，采用AMCC信号调顶技术，管理信道叠加在每个波长，没有OMCC预留，没有GEMPORT资源预留而导致的浪费。

WDM-PON作为5G前传方案在工程应用中也将体现价值：

①WDM-PON方案适合于人口密集的城市居民区覆盖。因为“天然树形的线缆拓扑”、“固移融合业务”、“密集覆盖”。

②可以共享已有的光纤基础设置。5G微信公众平台（ID：angmobile）了解到，本文作者进一步分析，5G网络部署需要大量的光纤资源，网络架构基于无源光网络点对多点树型网络拓扑，能大量节省光纤布线资源；目前FTTx光纤网络覆盖广，线路和端口资源丰富，充分加以利用，可降低5G网络部署成本，减少重复投资，提升现网资源利用率，快捷完善5G网络密集覆盖。

③多个波长经过AWG汇聚后分到分支光纤传输， 节省大量主干光纤资源。

④AWG比POWER SPLITER具有较小损耗。同等ODN组网情况下，采用AWG替换SPLITER意味着更远的传输距离。

⑤5G和有线接入可以共享机房资源，比如Local PoP接入点。尤其是基于AO重构的机房更能发挥综合建网，平摊投资的优势。

⑥可以共享OLT，实现接入家庭用户、政企用户和5G基站合一接入。进一步提升设备利用率，节省网络设备部署成本，降低机房等资源需求。

⑦在DU池化后，有助实现无线和有线接入的资源共建共享，构建面向未来的固移融合网络。包括固移控制面融合，实现认证，计费和用户信息统一等；实现固移转发面融合UPF固移共平台设备；还可实现固存储资源融合，如CDN、MEC资源等。

2.2 WDM-PON标准进展及运营商诉求

目前WDM-PON标准主要研究了单波长10G速率以下（1.25G/2.5G/10G）的WDM-PON系统。单波速率达10G时，WDM-PON无色ONU的主流技术是可调技术。标准组织开始关注WDM-PON在5G前传的应用，特别是单波25G速率的WDM-PON系统。ITU-T G.sup.5GP 讨论组正在推进和讨论25G WDM-PON。

2017年以来的国际运营商把WDM-PON作为5G前传的重点方案进行研究。5G微信公众平台（ID：angmobile）了解到，本文作者进一步介绍，法电Orange现网大多是D-RAN，C-RAN不多，5G C-RAN考虑将CU放在NG-POP点，5G前传密切关注和研究WDM-PON。德电DT考虑C-RAN、CU/DU分离，CU集中于汇聚层，对WDM-PON前传感兴趣。澳电Telstra针对C-RAN前传，比较有源DWDM和WDM-PON方案。国内三大运营商，中国电信研究院积极推动WDM-PON的测试和试商用，中国联通对5G承载主推G.metro，WDM-PON技术上与之相似，可作为简化版G.metro；中国移动对5G承载主推FlexE，WDM-PON可与之融合。