田洪寧，李文華，尹祖新，楊 銳，張 智，王麗瓊（.中國聯通研究院，北京 0076； 北京電信規(guī)劃設計院有限公司，北京 00048）

0 前言

隨著5G 商用的到來，C-RAN 模式下的NR 站對于前傳纖芯資源的壓力日益突顯，相比傳統(tǒng)的D-RAN接入模式，C-RAN 架構具備明顯的TCO優(yōu)勢，同時DU池組化亦是無線網絡的重要發(fā)展趨勢。5G RAN 側的重構及網絡架構的變化對前傳網絡提出了新的要求與挑戰(zhàn)，為提高基礎資源利用率、降低建網成本，業(yè)內提出了多種前傳技術方案。本文結合5G 前傳業(yè)務需求，分析比較了基于WDM 技術、電層匯聚技術等各類前傳技術方案，從網絡能力、OAM、成本預算等角度對比各類方案優(yōu)劣，并給出5G前傳承載建議。

1 5G前傳業(yè)務需求

1.1 前傳承載指標需求

5G 對RAN 網絡協議功能的部署位置進行了重構，重新劃分了BBU、RRU 功能，高層分割采用Option 2 方式，新定義的Centralized RAN 包含中央單元（CU）和分布單元（DU）。傳統(tǒng)的RRU 與天線陣列以及上移的部分物理層功能被一體化為AAU 設備。DU 與AAU之間定義為5G 前傳鏈路。其帶寬需求與CU/DU 物理層功能分割位置、基站參數配置（天線端口、調制階數等）等相關，對于100 MHz 帶寬AAU 前傳接口主流采用1×25 Gbit/s eCPRI 接口（Option7），支持統(tǒng)計復用。前傳時延要求小于100 μs。

1.2 前傳網絡部署架構

ITU-T 明確了5G 網絡CU 和DU 邏輯分離架構，CU 與DU 之間的接口命名為F1，在實際部署中存在分離與合設2 種形態(tài)。初期以CU/DU 合設形態(tài)為主，后期分設時，回傳網絡將增加中傳鏈路。5G RAN 網絡主要包括D-RAN 分布式部署、C-RAN 集中部署（CU/DU 一體化）、CU 云化部署（CU、DU 分離部署，初期合設暫不考慮）。

以D-RAN 方式部署時，AAU 與BBU 同址放置，此時不需考慮前傳組網。其主要優(yōu)點是部署簡單，但對于末端機房及接入設備需求量大。

C-RAN 架構由分布式AAU 和集中式DU 池組成，DU 池部署在綜合業(yè)務接入點或BBU 集中點，AAU 拉遠接入，此時需要考慮前傳網絡建設。

對于無線側，DU 的池組化便于實現DU 間的動態(tài)資源分配、多點協同、聯合調度，有利于提升頻譜利用率及網絡容量。對于承載側，C-RAN 組網可大幅減少末端機房及傳輸設備需求，具備明顯的TCO 優(yōu)勢，按某區(qū)百個現網站點測算，TCO 平均節(jié)省35%～50%。因此5G 網絡將以C-RAN 架構作為主要部署方式，但該方式對末端光纖資源的消耗極大。

1.3 共建共享對前傳的影響

5G 共建共享包含接入網共享及異網漫游2 種模式，接入網共享方案指共享5G 基站及承載網，自建核心網。異網漫游方案指5G基站僅接入承建方核心網，雙方核心網對接互通，用戶通過類似于國際漫游的方式使用5G 服務。其中無線側共享方式存在3 種技術模式。

模式1 為獨立載波、獨立AAU。配置2 個載波，在不同載波上廣播各自的網絡號，各自調度獨立頻率資源，不存在業(yè)務互搶的情況，不需考慮資源分配策略。前傳共接入6個AAU，每AAU配置1×25G eCPRI接口。

模式2 為獨立載波、共享AAU。接入3 個AAU，承建方+共享方總載波帶寬可配置為100 或200 MHz，當采用200 MHz 帶寬時，預計每AAU 配置2×25G eCPRI接口（尚無設備，業(yè)內預測）。

模式3為共享載波、共享AAU。配置1個或2個載波，實現頻率資源的共享，共享載波帶寬可配置為100或200 MHz，接口配置同模式2。

綜上，基站共享模式下，其接口類型及速率不變，采用獨立AAU或200 MHz載波帶寬共享AAU方案時，接口數量將翻倍。

2 前傳技術方案分析

當前針對C-RAN模式下的前傳技術種類繁多，歸納起來主要包含3 類技術體制：光纖直驅、基于WDM技術、基于電層匯聚技術。其中光纖直驅方式按照光模塊可選擇Duplex 和Bidi 方式；基于WDM 技術按照激光器類型分為可調與非可調2 種方式，波段選擇包括CWDM、DWDM、LAN-WDM、MWDM；按照設備形態(tài)可劃分為有源、半有源、無源形態(tài)。

目前業(yè)內主流解決方案主要包括光纖直驅、無源CWDM、Open-WDM、有源OTN、PAB-WDM 和TSN 方案，各解決方案所對應的技術選擇如圖1所示。

圖1 前傳承載方案分類

2.1 光纖直驅

DU 集中在綜合業(yè)務接入點或BBU 集中點，各無線站點的AAU 通過配線及主干光纜拉遠接入至DU池，需在無線AAU 及DU 設備上配置25G Duplex 或Bidi 白光模塊，模型如圖2 所示。Duplex 光模塊工作波長為1 310 nm，Bidi 光模塊有WDM 和環(huán)形器2 種實現方式，因環(huán)形器方案對防塵要求較高，目前主流采用WDM 方案，CCSA 規(guī)定了1 270/1 330 nm 的雙波長Bidi方案。

圖2 光纖直驅前傳示意圖

光纖直驅為當前使用最普遍的前傳方案，具備施工簡便、造價低的特點，在業(yè)務需求不大且纖芯資源充足時可快速開站。缺點在于占用管線資源較多，考慮共享NR 站，DU 和AAU 間需要高達12 芯光纖，規(guī)模部署時對配線及主干光纜消耗極大，大量的疊加光纜也對管道造成壓力，且新建光纜敷設工期長、造價高。采用Bidi 方式時可減少50%光纖消耗并滿足時延對稱性，但收斂能力有限。

2.2 無源CWDM

無源CWDM 系統(tǒng)由固定波長的CWDM 彩光模塊與合分波2 個部分構成。組網方式如圖3 所示，彩光模塊直接安裝在DU 和AAU 設備上替換原有白光模塊，外置基于TFF 技術的CWDM 合分波器，采用單纖雙向方式滿足時延、同步的對稱性。采用ITU-T G.694.2 標準規(guī)范的18 個波長。主流的無源CWDM 方案分為1∶6/1∶12，支持級聯組網。

圖3 無源CWDM前傳方案示意圖

無源CWDM 技術成熟，纖芯收斂能力強，對于共享站可采用疊加1∶6 或1∶12 方案，僅需1～2 芯主干及配線光纜，可大幅節(jié)省纖芯需求，降低開站配套成本。目前25G CWDM 彩光模塊使用直調激光器DML+PIN方案，波長間隔20 nm，對于商業(yè)級溫度應用場景，其具備足夠的溫度漂移空間，不需TEC 模塊，成本較低。缺點是運維不便，一方面采用固定波長，波道規(guī)劃相對復雜、光模塊所需備件較多，另一方面維護界面不清，缺少OAM 機制。同時長波長色散產生的功率代價較高易導致功率預算不足影響傳輸距離，光模塊可采用EML+APD 方案進行功率補償，但將大幅提高光模塊成本。

2.3 Open-WDM

Open-WDM 方案如圖4 所示，局端部署有源WDM/OTN 設備，尾端為嵌入至無線設備的彩光模塊，屬半有源方案。

圖4 Open-WDM方案示意圖

Open-WDM 基于MWDM 技術，屬波長創(chuàng)新方案，波長范圍1 260～1 380 nm，重用了25G CWDM 的前6波，利用激光器波長隨溫度發(fā)生偏移的特性采用溫度調諧將前6 波左右各偏移xnm 形成12 個波長。光模塊技術方案采用DML +PIN/APD 方式，需要增加TEC模塊。典型偏移波長x為3.5 nm，此時中心波長間距為7 和13 nm 非等間距交替。其最大優(yōu)勢在于理論上可重用CWDM 產業(yè)鏈，具有一定成本優(yōu)勢。尾端光模塊采用光層調頂技術，具備一定的OAM 能力，利用調制信息傳輸中心頻率、告警等，支持OLP 1+1保護。該技術方案標準尚未完善，且目前利用TEC 完成激光器波長偏移的產業(yè)鏈尚不成熟，暫不具備商用條件。

2.4 PAB-WDM

基于可調諧光模塊的波長自適應接入型WDM（PAB-WDM——Port-Agnostic Bi-directional access WDM）技術方案如圖5 所示，由頭端、尾端及合分波設備構成。根據實際應用場景，PAB-WDM 系統(tǒng)具有靈活的設備形態(tài)，包括有源、半有源、無源形態(tài)。考慮到成本及OAM 問題，前傳應用的主流形態(tài)將采用半有源方式，局端采用固定波長的有源設備，尾端采用可調光模塊與合分波器。ITU-T 已發(fā)布PAB-WDM 標準，標準號為G.698.4。

圖5 PAB-WDM技術方案

PAB-WDM 基于DWDM 技術，具備豐富的波長資源，最大支持40波。其特有的低成本寬范圍可調激光器技術具備端口波長無關、自動適配能力，尾端設備（TEE）可自動將其光模塊工作波長調節(jié)至所連OD/OM或OADM 端口簡化配置、提高業(yè)務開通效率。同時PAB-WDM 設計了支持基于系統(tǒng)規(guī)范的消息通道（HTMC 和THMC）的OAM 功能，可實現對尾端無源光模塊的管理。此外WDM 方案基于L0 傳輸，天然具備低時延特性。采用半有源形態(tài)安全性高，具備OLP 1+1 保護能力。但可調激光器成本稍高，商用進度仍有待推進。

2.5 有源OTN

有源OTN 組網方案如圖6 所示，綜合業(yè)務點部署1 套緊湊型WDM/OTN 設備，末端部署室外型OTN 設備。

圖6 有源OTN方案示意圖

有源OTN 采用基于M-OTN 技術實現對5G 前傳信號的電層匯聚，采用OTN 封裝方式，具備完善的OAM 機制，且相比G.709 簡化了OTN 信號成幀方式，優(yōu)化FEC 及信號處理流程，具備低時延特性。有源OTN 在客戶側支持以太/TDM/cPRI/eCPRI 等多類型業(yè)務，支持線路側1+1 保護，但成本偏高，室外型OTN 設備功耗100～200 W，增加OPEX 成本。同時尾端設備類似于延伸的TMUX 板卡，采用代管方式與局端設備廠家強關聯。

2.6 TSN

時延敏感型網絡（TSN——time-sensitive network）的基本原理是將原來固定幀結構的CPRI 信號進行分組化，通過以太網進行傳輸，具備統(tǒng)計復用能力。組網結構如圖7所示，兩端采用有源分組交換設備，定義為時間敏感分組交換設備（TPS——Time-sensitive Packet Switch），滿足IEEE802.1CM 及IEEE 1914.3 RoE標準，上聯支持CWDM/DWDM 彩光口。

圖7 TSN方案示意圖

該方案特點是支持L2 切片，業(yè)務接入類型多樣，具備網絡級保護和OAM 監(jiān)控。缺點是造價高，其特有的QoS 機制針對前傳網絡暫時缺少應用場景，且尾端暫無室外型產品。

3 前傳承載方案比較

從業(yè)務需求的角度，各技術方案均能滿足5G前傳承載基本需求，但各有優(yōu)劣，前傳承載各技術方案比較如表1所示。

除光纖直驅外，在設備形態(tài)上，有源方案需在尾端增加室內或室外型設備，基站側需要引電甚至提供末端機房，TCO 成本最高，但其安全性強、OAM 完善；無源方案成本最低，部分場景甚至優(yōu)于光纖直驅，但缺少保護手段及OAM 機制，無法實現前傳網絡自動管控；半有源方案成本介于前兩者之間，局端有源可管控，尾端通過光層調頂或消息通道機制實現管理，若采用可調光模塊技術可簡化運維及配置工作，但成本會稍有增加。

表1 前傳方案比較

在技術體制上，基于電層匯聚技術方案采用電層處理技術（ODUk 匯聚、以太網匯聚等）來提高光纖利用率，均為有源方案，成本高。但其多業(yè)務接入能力強，OAM 及安全性高，因此此類方案更加適用于有專線業(yè)務接入需求的站點?；赪DM 技術方案對比如表2 所示，CWDM 采用DML+PIN 技術方案，成本最低，但長波段功率預算不足，傳輸距離受限，功率補償成本提高；LAN-WDM 采用O 波段，色散代價低、成本適中，但目前波道資源有限，主要是日韓在用；DWDM 波長資源豐富、擴展性強，0.8 nm 間隔可調，成本最優(yōu)；MWDM 利用TEC 調節(jié)波長擴展了CWDM 的前6 波，具有產業(yè)鏈優(yōu)勢，但其后4波成本仍較高。

表2 WDM技術方案比較

4 應用建議

5G 規(guī)模建設后，運營商前傳承載需求接近百萬量級，末端站任何一點的成本波動對整體投資都會產生較大影響。當前前傳承載技術種類繁多，在考慮5G建設方案時，應在滿足業(yè)務需求的前提下，盡量減少非必要功能并保留一定的可擴展性、可維護性，考慮TCO成本最優(yōu)化。

對于5G 新建站址，需新建配線接入光纜，建議采用光纖直驅+25G Bidi 光模塊方式，收斂50%纖芯資源。

5G 共站址建設時，無源CWDM 具備比較明顯的價格優(yōu)勢，5G 初期可作為過渡方案進行前傳承載，適用于城區(qū)等接入距離較短的場景。有源OTN、TSN 等有源方案安全性強、OAM 完善、具備多業(yè)務接入能力，建議在有專線或切片需求的站點采用，由于TCO 較高，不建議在只有2C 前傳業(yè)務的站點中規(guī)模采用。PAB-WDM、Open-WDM 采用半有源方案時既降低了成本，又具備1+1 保護及OAM 等有源方案的優(yōu)勢，但設備仍處在開發(fā)測試階段，可作為5G成熟期的備選方案。相比于LAN-WDM、MWDM 方案，基于DWDM 技術的PAB-WDM具有更高的波道容量、擴展性更強、組網更加靈活，可實現LTE/NR 站的前傳綜合承載，尾端采用可調光模塊技術可極大簡化運維、配置工作，降低TCO，應加快推進設備及產業(yè)鏈的成熟和成本的降低，在造價差異不大的情況下建議優(yōu)選。

5 結束語

接入層作為承載網金字塔結構中的最底層，其建設規(guī)模最大，投資占比最高，因此合理選擇前傳技術方案對提高5G網絡的建設效率和投資效能意義重大。

通過詳細分析5G前傳業(yè)務需求變化，針對現有前傳技術多樣化的狀況，從技術體制、設備形態(tài)2個維度梳理歸納了各技術方案，從承載能力、維護能力、成本預算等角度進行分析，提出了5G 前傳承載方案建議，為緩解前傳資源消耗、降低5G 前傳網絡建設投資、提升前傳承載效能提供了支撐和參考。