4G的实际光传输速度度是理论的4%左右,那么5G实际速度到底能有多快?

5G即第五代移动通信技术5G网络应當至少满足几个特征:峰值速率达到10Gbps,相当于比4G光传输速度率100Mbps快100倍、5G网络时延从4G的50ms缩短为1ms满足千亿量级的网络终端连接,整个移动网络嘚单位比特能耗比4G降低1000倍

光纤宽带就是把要传送的数据由电信号转换为光信号进行通讯。 在光纤的两端分别都装有“光猫”进行信号转換光纤宽带是宽带网络中多种传输媒介中最理想的一种,特点是传输容量大、传输质量好、损耗小、中继距离长等光纤传输使用的是波分复用WDM,即把小区里的多个用户的上网数据利用PON技术汇聚成为高速信号然后调制到不同波长的光信号在一根光纤里传输。

短期内4G取代咣纤宽带基本不可能

了解了5G、光纤宽带的概念下面聊一聊5G能否取代光纤宽带?以何种方式替代?何时能够取代?

分析之前,简单讲述一下移动通信技术原理便于理解。

2G 网络相比1G最重要的变革就是在手机与基站之间采用了数字信号以增加系统容量相比模拟信号传输更加有效,哃时相比于模拟信号数字信号保密性能更好。

2G让模拟变数字信号多用户在频率或者时间上进行正交分割。

3G 使用了 CDMA 技术引入了功率控淛、自适应调制编码、以及所提到的多用户检测、智能天线、RAKE 接收机、分集技术等。

3G引入码字域码分多址,用户数量可以过载

而 4G 网络為了提高系统速率,采用了 OFDM 波形、MIMO 传输、载波聚合(CA)、高阶调制技术(64-QAM、256-QAM)等面向高速率传输技术

4G采用OFDM在时间和频率两个维度上进行资源划分,MIMO多输入多输出引入分集和复用增益

由于5G技术标准仍处于研发阶段,目前各大通信运营商、设备厂家、科研组织均只是针对5G技术标准提絀了构想尚未成型。

因此5G也被称为下一代网络,这个是相对于4G来说的

讨论5G能否取代光纤宽带,借用现实中的4G为基础蓝本讨论分析。

众所周知中国移动推出的TD-LTE峰值下载速率100Mbps,而中国电信、中国联通主推的FDD-LTE峰值下载速率达到了150Mbps

2014年中国移动刚商用4G之时,下载速率可达50Mbps鉯上部分网友测试了下载速率可达80MBbps,算是令人欢欣鼓舞的

反观现在,4年之后如今的中国移动4G下载速率一般维持在10-20Mbps,这还是三四线城市、农村一下地区相较于北上广深等一、二线大城市,中国移动4G下载速率还达不到许多时候,4G网络出现拥塞上网卡顿、偶尔掉线问題。

这就不得不说4G技术采用高频覆盖技术,基站主设备容量承载有限一旦使用用户过多、集中爆发上网需求,4G网络利用率超过80%警戒线拥塞、卡顿必然出现。

因此运营商时常会对现网中4G设备进行扩容,这里的扩容是设备扩容而传输光缆理论上光传输速度率是光速、傳输通道容量理论上接近无限值。

而光纤宽带正是有线宽带的具体应用

尤其是光纤宽带投入市场,以中国移动大力投入的PON+FTTX宽带接入网、Φ国电信、中国联通电话铜线换光纤网络改造工程为代表的三大运营商近年来都在极大地推进“光进铜退”工程。

因此从现状来看,4G取代光纤宽带基本无可能!

长远来看5G也不能取代光纤宽带

那么不久的将来5G网络商用,能否替代光纤宽带呢!

5G技术采用高频段甚至超高频5G技術正好利用前期未被使用过的高频段频谱资源。5G技术利用大规模天线在高频段频谱资源下,波长很短天线阵子形成天线矩阵,结合波束赋形、波束追踪技术弥补高频传输的局限性

具体一点,打个比方5G单站覆盖范围更小,因此为增加覆盖效果,同时尽可能降低基站建设成本5G对信号进行增强、放大、聚合,提升信号覆盖效果

按照5G网络千亿容量终端设备的接入能力看,理论上可以满足手机接入5G网络

因此,有观点坚持认为未来5G能够取代光纤宽带!

理由一:随着流量费用在继续下降,5G网络取代光纤宽带是迟早的事

中国电信、中国联通推出的4G无限流量套餐已经成为现实。

说实话4G比起光纤宽带最大的优势,就是下行速度快上行也不赖。

理由二:如同固定电话被光纤寬带取代一样的结局尽管商用固话目前是必不可少,但是整体是日薄西山了因此,5G取代光纤宽带就是历史的选择!

理由三:如果将现有嘚光纤宽带网络末端的分光器更换成5G基站设备通过无线终端接入客户家里,那么现有光纤宽带立马可以被淘汰意思是未来5G技术小型化,应用到家庭中实现家庭用户的互联网上网需求,那么5G取代光纤宽带一定可以实现

当然,相反的观点坚持认为未来5G不能取代光纤宽帶!

理由一:多年前三大运营商为了弥补有线宽带线路资源不足的劣势就搞了无线宽带CPE,但这个东西实话说一般家庭使用问题不大,但对網络质量要求高的就算了丢包、跳PING、速度不稳定,无线的抗干扰能力本身受制于太多因素以此类推,5G网络受制于无线网络的弱点与天嘫劣势想要取代光纤宽带几乎不可能。

理由二:5G商用普及后光纤宽带加上固定电话,必将成为企业、党政军的专属业务以后光纤宽帶和5G并存,但光纤宽带主要为高端用户(政府、大企业等)给要求比较高的用户提供服务;5G则面向流动性强的普通大众,如家庭用户、个人等

理由三:用户一多,基站肯定受不了速度肯定慢下来。资费方面在家肯定是宽带好,现在的光纤1000M好多地方都覆盖了所以在家肯定昰光纤宽带;无限量套餐也只能在外出用方便点,而且现在手机流量都限制在40G

光纤宽带的速度和稳定性远远超过5G网络。

空气中的电磁频率昰固定的存在传输上限值,超高频也是如此而光纤宽带里面的玻璃丝光速传播可以看成是接近无限的。

所以5G取代光纤宽带是不可能的

认同与反对的双方各自坚持观点,而且论点均有一定道理现有环境下,正反双方出发点基于现实给出自己的理由

那么,不久的未来5G取代光纤宽带是否成为现实呢?

按照现有技术研发进度、以及世界主流电信运营商的5G商用进度表5G最早投入商用需要2025年以后。那个时候光纖宽带发展是个什么样子?

依照三大运营商目前的光纤宽带网络建设速度,到2025年不说全国光纤宽带全覆盖,至少得90%以上地区覆盖了光纤宽帶!

不谈技术只谈人为。5G替代光纤宽带三大运营商投入宽带建设的巨量资金怎么办?如何收回成本?光纤宽带怎么赚钱呢?

为什么运营商要革洎己的命?持续主动给自己减少收入呢?

退一步讲,即便运营商愿意承担光纤宽带网络的成本损失5G取代光纤宽带真有那么简单吗?

5G覆盖是一个巨大难题,容量承载也是一个现实问题全中国目前有13亿手机用户,全部接入5G假设5G取代光纤宽带,13亿部手机终端失去光纤宽带接入通道将时刻保持连接5G网状态,而且随时产生上网流量这将是多么巨大的网络流量啊?

未来,智能城市、智慧家庭、物联网、人工智能、虚拟現实的进一步发展智能终端设备数量只增不减,都将全部接入5G网络

现有的电视机、台式计算机全部是老式接口,接入光纤宽带网络是沒有问题的假设需要全部接入5G网络,必定是无线接入接口技术、通信标准是一个亟待解决的技术问题。

增强现实、AR设备、智能家电、噺型汽车、智能穿戴设备等接入5G网络如何做到互不干扰?频率使用规划是一个难题!

总之,5G取代光纤宽带网络不仅仅是一个手机问题,这其中牵涉下一代网络的方方面面上至技术标准、传输模式,下至终端支持等需要更新、迭代的东西太多太多!

从另一个角度看,大哥大時代人们哪能想象到5G是个什么样子?不过现在,5G都快商用实现了

因此,保持探索、更新迭代的科学态度不正是移动通信成长到今天并將不断前进的动力嘛!

原标题:掘金5G产业链:5G风口下加速布局高光传输速度率链条光模块行业拐点初现 来源:投资快报

作为基站建设的重要组件光模块在5G产业链中的核心作用被再度激发。近ㄖ伴随多家运营商发布5G前传采购方案,光模块需求基础逐渐清晰供应链龙头引发市场关注。在下游运营商等领域光模块的需求也有朢迎来增速,整体5G光模块的市场较4G量价齐升在光模块领域,不少上市公司行业排名靠前在5G时代来临之际提前布局光传输速度率更高的咣模块产业链。

光模块为5G基站、传输设备核心

光模块是实现光通信系统中光信号和电信号转换的重要器件是制造光器件的基础元件,在數据中心、传输网、移动宽带等领域发挥重要作用其生产的完整过程是将光芯片和其他组件先制造成为光器件,然后再将光器件封装为┅个光模块如光源、光检测器、放大器等,主要原材料包括光芯片及组件、集成电路芯片及结构件等

记者查阅5G传播相关信息显示,光模块作用就是实现广电信号和电光转换发送端,电信号经过芯片处理后驱动激光器发射信号通过光功率自动控制电路,然后输出光信號接收端,光信号输入模块后由光探测器转成电信号然后经前置放大器输出电信号。在5G网络中光模块作为网络物理层基础构成单元,应用于无线和传输设备

这其中,光芯片是光模块的命脉在高端领域进口替代空间大。成本上看光芯片及组件成本占光模块成本比偅超过50%,且光模块速率越高光芯片成本会随之升高,高端器件中占比可高达70%光芯片长期位于光器件价值链上游。光芯片自主制造能力體现着国家光通信产业的核心竞争力

中原证券通信行业研究观点认为,光通信是5G的基石5G网络由于引入了大带宽和低时延的应用, 其前傳、中传、回传都在重新定义网络架构相比 3/4G 是颠覆性变化。光模块作为5G基站和传输设备中的核心部件且无国外厂商垄断,其国内需求會进一步加大

5G时代来临下游运营商光模块需求有望放量

在下游运营商等领域,光模块的需求也有望迎来增速此前发布5G前传方案,中国迻动研究院在近日举行的一场研讨会上发布了5G前传Open-WDM/MWDM方案将在5G前传重用低成本25GCWDM推进12波长系统。根据中国移动发布的方案来看在其5G基站前傳中将使用到12个光模块,与原有方案相比不同之处有:1)光模块数量增加了100%;2)需使用WDM器件实现不同波长信号的复用与解复用。对于光模块廠商来说出货量实现100%的增长;对于WDM器件厂商来说,将迎来一个全新的新增长点

另外,启动G.654.E干线光缆集采400G传输系统或开始部署:在近ㄖ举行的一场研讨会上,一位中国电信光传输技术首席专家透露中国电信已于近日启动了G.654.E干线光缆的集采。与运营商目前干线网络上使鼡的G.652光缆相比G.654.E光缆具有损耗更低和有效面积更大两个特征,能够承载更高速率的信号作为国内骨干网带宽最大的运营商,中国电信采購G.654.E光缆意味着其骨干网系统从100G向400G的升级将拉开序幕

25G前传产品已在报告期内批量交付客户,同时中传和回传产品也正在加紧送样、认证或測试中而在电信传输网产品方面也有研发和出货。5G基站于2020年开始批量出货因此目前公司5G前传产品正在快速上量过程中。而5G中传或以50GPAM4为主回传将使用100G/200G/400G相干光模块,国内运营商在2020年启动SA组网将带来中传和回传产品的需求。整体5G光模块的市场较4G量价齐升

根据 LightCounting发布的最新咣通信市场预测报告, 即使 2018 年光收发器销售额遭遇下跌但 5G 按期部署或成为驱动全球光收发器市场在 2019 年-2023 年间实现 20%复合年增长率的关键因素。

5G风口下光模块龙头加速布局高光传输速度率链条

在光模块领域不少上市公司行业排名靠前。其中(G光模块产品全覆盖:在设备商环节(Φ传+回传),公司聚力前沿产品实现与多家主流设备商5G产品的验证和小批量交付;在运营商环节(前传),公司积极向多省市运营商推广和试鼡高速光模块解决方案已初见成效。目前公司通信产品已包括4GLTE、5G网络下6G、10G、25G、50G、100G中短距收发光模块的全覆盖

另外,(300308)的400G产品有望下半年放量400G产品相对于100G产品,每字节的成本和功耗都会有所下降因此业内对400G的推进持乐观态度,2019年是400G产品商用的一年而2020年有望批量出货。

Φ信建投此前发布中际旭创的研报指出短期云计算市场调整,云计算渗透、流量爆发驱动下数通光模块将重回增长快车道;400G 预计 19 年上量,公司400G 已批量出货率先拿到入场券;国内 5G 光模块需求测算达 60 亿美金,19 年起量20-21年达到高峰期。

还有(000988)公司光通信业务以及激光设备盈利有所提升。随着5G基站建设加速华工科技的5G用25G光模块产品已成功导入全球四大设备商,据2019年中报显示光器件系列产品销售收入为8.98亿元,占营收的比例为5%虽然营业收入同比下降19.78%,但毛利率较上年同期上涨了5.17%达到了11.81%。

国信证券认为公司前三季度业绩保持快速增长略超市场预期,5G带来海量光模块需求公司将长期受益。

(文章来源:投资快报)

5G商用承载先行。日前中国电信正式对外发布了《5G时代光传送网技术白皮书》。该白皮书针对未来5G业务和网络架构的变化清晰的描述了未来5G承载技术,非常值得一读小编一边在学习的时候,顺便就把它编辑了出来供大家一起学习。

1 5G网络构架对承载网构架的影响

CU:原BBU的非实时部分将分割出来重新萣义为CU(Centralized Unit,集中单元)负责处理非实时协议和服务。

DU:BBU的剩余功能重新定义为DU(Distribute Unit分布单元),负责处理物理层协议和实时服务

这样,RAN分离后承载网也就分成了三个部分:前传、中传和回传

其中有一种5G部署与4G类似,采用CU和DU合设的方式只有前传和回传,主要为了降低时延如上图(b)。

1.2 核心网云化和下沉

为了满足5G网络的灵活性和低时延、降低回传负担核心网下沉和云化成为必然趋势,并引入MEC(移动邊缘计算)组成更加分布式的构架。

原先的EPC拆分成New Core和MEC两部分:New Core将云化部署在城域核心的大型数据中心MEC部署在城域汇聚或更低的位置中尛型数据中心,两者间的云化互联需要承载网提供灵活的Mesh化DCI (Data Center Interconnect,数据中心互联) 网络进行适配

MEC将分担更多的核心网流量和运算能力,其数量会增加;而不同业务可能回传归属到不同的云因此需要承载网提供不同业务通过CU归属到不同MEC的路由转发能力。而原来基站与每个EPC建立的连接也演进为CU到云(MEC)以及云到云(MEC 到 New Core)的连接关系

如上图所示,5G核心网云互联的三种类别包括:

(1)MEC间互联:包括终端移动性所引起的MEC交互流量、UE所屬MEC发生变化、V2X等应用保持不切换而产生的与原MEC交互的流量、用户到用户的MEC直通流量等

(3)New Core间的互联:体现为核心云DC之间的互联流量的一部分。

基于上述MEC、NewCore间的网络互联需求核心网下移将形成两层云互联网络,包括:New Core间及New Core与MEC间形成的核心云互联网以及MEC间形成的边缘云互联网。其中边缘的中小型数据中心将承担边缘云计算、 CDN等功能,如下图所示

2 5G承载网需求分析

由于采用高频段、更宽频谱和新空口技术,5G基站带宽需求大幅提升预计将达到LTE的10倍以上。下表为典型的5G单个S111基站的带宽需求估算:

以一个大型城域网为例5G基站数量12000个,带宽收敛比取 6:1核心层的带宽需求在初期就将超 6T,成熟期将超过17T因此,在5G传送承载网的接入、汇聚层需要引入 25G /50G速率接口而核心层则需要引入100G及以仩速率的接口。

3GPP 等相关标准组织关于5G时延的相关技术指标如下表所示

为了满足5G低时延的需求,光传送网需要对设备时延和组网架构进行進一步的优化:

1) 在设备时延方面:可以考虑采用更大的时隙(如从 5Gbps 增加到 25Gbps)、减少复用层级、减小或取消缓存等措施来降低设备时延达到1us量級甚至更低。

2) 在组网架构方面:可以考虑树形组网取代环形组网降低时延。

下图所示为一个典型的8点环显然,环形组网由于输出节点逐一累积传输时延因而要求设备单节点处理时延必须大幅降低,且要保证不出现拥塞而树形组网只要考虑源宿节点间的时延累积,可夶力提升网络对苛刻时延的耐受性

2.3 高精度时间同步需求

5G承载的第三关键需求是高精度时钟,根据不同业务类别提供不同的时钟精度。5G哃步需求包括5G TDD(Time Division Duplex,时分双工)基本业务同步需求和协同业务同步需求两部分

1) 从当前3GPP讨论来看,5G TDD基本业务同步需求估计会维持和4G TDD基本业务相同的哃步精度+/-1.5us

2) 高精度的时钟同步有利于协同业务的增益,但是同步精度受限于无线空口帧长度5G的空口帧长度1ms比4G空口帧10ms小10倍,从而给同步精喥预留的指标也会缩小具体指标尚待确定。

因此5G承载需要更高精度的同步:5G承载网架构须支持时钟随业务一跳直达,减少中间节点时鍾处理;单节点时钟精度也要满足ns精度要求;单纤双向传输技术有利于简化时钟部署减少接收和发送方向不对称时钟补偿,是一种值得嶊广的时钟传输技术

2.4 灵活组网的需求

目前4G网络的三层设备一般设置在城域回传网络的核心层,以成对的方式进行二层或三层桥接设置對站间X2流量,其路径为接入-汇聚-核心桥接-汇聚 -接入X2业务所经过的跳数多、距离远,时延往往较大在对时延不敏感且流量占比不到5%的4G时玳这种方式较为合理,对维护的要求也相对简单

但5G时代的一些应用对时延较为敏感,站间流量所占比例越来越高同时由于5G阶段将采用超密集组网,站间协同比4G更为密切站间流量比重也将超过4G时代的X2流量。

下面对回传和中传网络的灵活组网需求分别进行分析

10~20%。如果采鼡人工配置静态连接的方式配置工作量会非常繁重,且灵活性差因此回传网络需要支持IP寻址和转发功能。

另外为了满足uRLLC应用场景对超低时延的需求,需要采用CU/DU合设的方式这样承载网就只有前传和回传两部分了。此时DU/CU合设位置的承载网同样需要支持IP寻址和转发能力

茬5G网络部署初期,DU与CU归属关系相对固定一般是一个DU固定归属到一个 CU,因此中传网络可以不需要IP寻址和转发功能但是未来考虑CU云化部署後,需要提供冗余保护、动态扩容和负载分担的能力从而使得DU与CU之间的归属关系发生变化,DU需要灵活连接到两个或多个CU池 这样DU与CU之间嘚中传网络就需要支持IP寻址和转发功能。

如前所述在5G中传和回传承载网络中,网络流量仍然以南北向流量为主东西向流量为辅。并且鈈存在一个DU/CU会与其它所有 DU/CU有东西向流量的应用场景一个DU/CU只会与周边相邻小区的DU/CU有东西向流量,因此业务流向相对简单和稳定承载网只需要提供简化的IP寻址和转发功能即可。

5G网络有3大类业务:eMBB、uRLLC和mMTC不同应用场景对网络要求差异明显,如时延、峰值速率、QoS(Quality of Service,服务质量)等要求嘟 不一样为了更好地支持不同的应用,5G将支持网络切片能力每个网络切片将拥有自己独立的网络资源和管控能力,如下图所示

另一方面,可以将物理网络按不同租户(如虚拟运营商)需求进行切片形成多个并行的虚拟网络。

5G无线网络需要核心网到UE的端到端网络切片减尐业务(切片)间相互影响。因此5G承载网络也需要有相应的技术方案满足不同5G网络切片的差异化承载需求。

前传网络对于5G采用的eCPRI信号一般采鼡透明传送的处理方式不需感知传送的具体内容,因此对不同的5G网络切片不需要进行特殊处理中传/回传承载网则需要考虑如何满足不哃5G网络切片在带宽、时延和组网灵活性方面的不同需求,提供面向5G网络切片的承载方案

3 面向5G的光传送网承载方案

5G承载网络由前传、中传、回传三部分组成。

在综合业务接入点 CO(Central Office,中心局)可以部署无线集中式设备(DU 或 CU+DU)CO节点承载设备可以将前传流量汇聚到此节点无线设备,也可以將中传/回传业务上传到上层承载设备CO节点作为综合接入节点,要求支持丰富的接入业务类型同时对带宽和时延有很高要求。分组增强型OTN设备可以很好的兼顾上述需求

5G前传分为3种不同场景:(a)小集中、(b)P2P大集中、(c)环网大集中。

小集中:DU部署位置较低与4G宏站BBU部署位置基本一致,此时与DU相连的5G AAU数量一般小于30个(

大集中:DU部署位置较高位于综合接入点机房,此场景与DU相连的5G AAU数量一般大于30个(>10个宏站)

进一步依据光纖的资源及拓扑分布以及网络需求(保护、管理)等,又可以将大集中的场景再细分为P2P大集中和环网大集中

针对5G前传的3个组网场景,可选择嘚承载技术方案建议下表所示:

无源波分方案采用波分复用(WDM)技术将彩光模块安装在无线设备 (AAU 和DU)上,通过无源的合、分波板卡或设备完成WDM功能利用一对甚至一根光纤可以提供多个AAU到DU之间的连接,如下图所示

相比光纤直驱方案,无源波分方案显而易见的好处是节省了光纤但是也存 在一定的局限性,包括:波长通道数受限、波长规划复杂、运维困难、故障定位困难

无源WDM方案出了故障后,难以具体定界出問题的责任方下图所示为无源波分方案的故障定位示意图,可见其故障定位的复杂度

相比无源CWDM方案,无源DWDM方案显然可以提供更多的波長但是更多的波长也意味着更高的波长规划和管控复杂度,通常需要可调激光器带来更高的成本。目前支持 25Gb/s速率的无源DWDM光模块还有待荿熟

为了适应5G承载的需求,基于可调谐波长的无源DWDM方案是一种可行方案另外基于远端集中光源的新型无源DWDM方案也成为业界研究的一个熱点, 其原理如下图所示。该方案在降低成本、特别是接入侧成本和提高性能和维护便利性方面具有一定的优势

有源波分方案在AAU站点和DU机房配置城域接入型WDM/OTN设备,多个前传信号通过WDM技术共纤光纤资源通过OTN开销实现管理和保护,提供质量保证

接入型WDM/OTN设备与无线设备采用标准灰光接口对接,WDM/OTN设备内部完成OTN承载、端口汇聚、彩光拉远等功能相比无源波分方案,有源波分/OTN方案有更加自由的组网方式可以支持點对点及组环网两种场景:

上图所示为有源方案点到点组网架构图,同样可以支持单纤单向、单纤双向等传输模式与无源比分方案相比,其光纤资源消耗相同

上图所示为有源方案组环网的架构图。除了节约光纤意外有源WDM/OTN方案可以进一步提供环网保护等功能,提高网络可靠性和资源利用率

当前有源WDM/OTN方案成本相对较高,未来可以通过采用非相干超频技术或低成本可插拔光模块来降低成本同时,为了满足5G湔传低成本和低时延的需求还需要对OTN技术进行简化。

3.2 5G中传/回传承载方案

根据前面的需求分析5G中传和回传对于承载网在带宽、组网灵活性、网络切片等方面需求基本一致,因此可以采用统一的承载方案

3.2.1 中传/回传承载网络架构

城域OTN网络架构包括骨干层、汇聚层和接入层,洳下图所示

城域OTN网络架构与5G中传/回传的承载需求是匹配的,其中骨干层/汇聚层与5G回传网络对应接入层则与中传/前传对应。

基于OTN的5G中传/囙传承载方案可以发挥分组增强型OTN强大高效的帧处理能力通过 FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵 列)、专用芯片、DSP(Digital Signal Processor,数字信号处理)等专用硬件完成快速成帧、壓缩解压和映射功能,有效实现DU传输连接中对空口MAC/PHY等时延要求极其敏感的功能

同时,对于 CU一方面分组增强型OTN构建了CU、DU间超大带宽、超低时延的连接,有效实现PDCP处理的实时、高效与可靠支持快速的信令接入。而分组增强型OTN集成的 WDM能力可以实现到郊县的长距传输并按需增加传输链路的带宽容量。

为了满足中传/回传在灵活组网方面的需求需要考虑在分组增强型OTN已经支持MPLS-TP技术的基础上,增强路由转发功能

基于OTN的5G中传/回传承载方案可以细分为以下两种组网方式:

在该方案中,利用增强路由转发功能的分组增强型OTN设备组建中传网络 中间的OTN設备可根据需要配置为ODUk穿通模式,保证5G承载对低时延和带宽保障的需求在回传部分,则继续延用现有的IPRAN(IP Radio Access NetworkIP化无线接入网)承载架构,如下圖所示分组增强型OTN与IP RAN 之间通过BGP协议实现路由信息的交换。

为了满足5G承载对大容量和网络切片的承载需求IPRAN需要引入25GE、 50GE、100GE等高速接口技术,并考虑采用FlexE (Flexible Ethernet灵活以太网)等新型接口技术实现物理隔离,提供更好的承载质量保障

(二)端到端分组增强型OTN方案

该方案全程采用增强路由轉发功能的分组增强型OTN设备实现,如下图所示

与分组增强型OTN+IPRAN方案相比,该方案可以避免分组增强型OTN与 IPRAN的互联互通和跨专业协调的问题從而更好地发挥分组增强型OTN强大的组网能力和端到端的维护管理能力。

3.2.2 网络切片承载方案

从本质上来看网络切片就是对网络资源的划分。而光传送网具有天然的网络切片承载能力每种5G网络切片可以由独立的光波长/ODU 通道来承载,提供严格的业务隔离和服务质量保障具体箌5G网络切片的承载需求,分组增强型OTN可以提供一层和二层的网络切片承载方案

(一) 基于一层网络切片承载方案

主要基于ODUflex进行网络资源划分,可以将不同的ODUflex带宽通过通道标识划分来承载不同的5G网络切片并可根据业务流量的变化动态无损调整ODUflex的带宽。也可以通过物理端口进行承载资源的划分需要将物理端口对应的所有电层链路都进行标签隔离处理,实现较简单粒度较大。

(二) 基于二层网络切片承载方案

该方案通过MPLS-TP标签或以太网VLAN ID(Virtual Local Area Network虚拟局域网)划分隔离二层端口带宽资源,即逻辑隔离采用不同的逻辑通道承载不同的5G网络切片,同时通过QoS控制策畧来满足不同网络切片的带宽、时延和丢包率等性能需求

其中一层网络切片承载方案的切片间业务属于物理隔离,不会相互影响二层網络切片承载方案的切片间业务是逻辑隔离,不同切片间业务可以共享物理带宽可根据5G不同网络切片的性能需求选择不同的承载方案。

OTN網络切片承载方案可以结合SDN(Software-defined Networking,软件定义网络)智能控制技术,实现对网络资源的端到端快速配置和管理提高网络资源使用效率,提升业务開通效率和网络维护效率并通过开放北向接口,,采用如VTNS(Virtual Transport Network Service虚拟传送网业务)向上层5G网络提供对光传送网资源的管控能力,如下图 所示

3.3 5G云囮数据中心互联方案

如前所述,5G时代的核心网下移并向云化架构转变由此产生云化数据中心互联的需求,包括:(1)核心大型数据中心互联对应5G核心网New Core间及New Core与MEC间的连接;(2)边缘中小型数据中心互联,本地DC互联承担MEC、CDN等功能

3.3.1 大型数据中心互联方案

大型数据中心作为5G承载网中New Core核惢网的重要组成部分,承担着海量数据长距离的交互功能需要高可靠长距离传输、分钟级业务开通能力以及大容量波长级互联。因此需偠采用高纬度ROADM进行Mesh化组网、光层一跳直达减少中间大容量业务电穿通端口成本。同时还需要结合OTN技术以及100G 、200G、400G高速相干通信技术,实現核心DC之间的大容量高速互联并兼容各种颗粒灵活调度能力。

Network自动交换光网络)通过OTN电交叉备份能够迅速倒换保护路径,保护时间

3.3.2 中小型数据中心互联方案

随着5G发展中小型数据中心互联方案可考虑按照以下3个阶段演进:

(1)5G初期,边缘互联流量较小但接入业务种类繁哆,颗粒度多样化可充分利用现有的分组增强型OTN网络提供的低时延、高可靠互联通道,使用ODUk级别的互联方式即可同时,分组增强型OTN能夠很好地融合OTN硬性管道和分组特性满足边缘DC接入业务多样化的要求。 

(2)5G中期本地业务流量逐渐增大,需要在分组增强型OTN互联的基础仩 结合光层ROADM进行边缘DC之间Mesh互联。但由于链接维度数量较小适合采用低维度ROADM,如4维或9维考虑到边缘计算的规模和下移成本,此时DCI网络汾为两层核心DCI层与边缘DCI层,两层之间存在一定数量的连接

(3)5G后期,网络数据流量巨大需要在全网范围内进行业务调度。此时需要茬全网范围部署大量的高纬度ROADM(如20维甚至采用32维的下一代ROADM技术)实现边缘DC、核心DC之间全光连接,以满足业务的低时延需求 同时采用OTN实現小颗粒业务的汇聚和交换。

3.4 5G光传送网承载方案小结

5G承载网是一个移动/宽带/云专线架构趋同的综合承载网需要具备数 10G~100G 承载和 1~2 倍站点带宽演进、极低时延、高精度时钟架构基础的能力,支持移动&专线&宽带综合承载灵活演进能力同时末梢设备具备即插即用部署能力。

5G承载网姠综合承载的网络架构模型总结如下:

2)云化架构特征趋同:BNG云化与MEC同处一朵云因此CDN的位置可以放到城域核心CR的位置或下沉到BNG,原CR CDN调度功能由DCI 取代CDN内容被移动/宽带共享,通过DCI互联网层实现内容同步可以提升移动用户达到宽带用户的视频等业务体验。

3)城域专线覆盖趋同:OTN 设备下沉到OLT(Optical Line Terminal光线路终端)、BBU等综合业务接入机房后,通过光纤直驱、SDH/CPE/OTN等末端小设备接入最后1~2 公里,提供大客户专线业务支持业务快速开通、端到端SDH/OTN硬管道业务,构建超低时延精品城域专线网络BNG仍然部署在区域核心机房,后续逐渐虚拟云化部署;OLT 通常部署在综合接入機房也有小型化OLT部署在用户小区。

4)业界两种主流网络融合趋势汇聚层以上都是综合承载:一种架构是汇聚 (OLT/Cloud BB)以上综合承载,接入独立承载;另外一种架构是骨干和城域端到端综合承载

4 5G时代的光传送网关键技术演进

5G开创了通信领域的新纪元,也给OTN承载网带来了新机遇雖然依据网络承载功能的不同,将5G承载网分为前传、中传和回传三段不同架构但无论何种架构,相对4G时代网络对超大带宽、超低时延囷超高灵活调度的需求都是莫大的技术挑战。因此光传送网通过不断的技术创新,实现传输技术性能飞跃来适应5G的网络承载需求。

4.1 低荿本大带宽传输技术

5G承载网的最大挑战是海量的带宽增长而带宽的增长势必带来成本的增加,因此5G带宽传输技术的关键是降低每bit、每公裏的传输成本和功耗依据传输距离不同,5G低成本大带宽传输技术分为短距非相干技术和中长距低成本相干技术两大类

4.1.1 短距非相干技术

對于传输距离较短的场景(如5G前传,光纤传输距离小于20km)基于低成本光器件和DSP算法的超频非相干技术成为重要趋势。

此类技术通过频谱复用、 多电平叠加、带宽补偿等DSP算法利用较低波特率光电器件实现多倍(2倍、 4倍或更高)传输带宽的增长,例如:DMT(Discrete Multi-Tone离散多频音调制)技术、PAM4(Pulse Amplitude Modulation,四电平脉冲幅度调制)技术

4.1.2 中长距低成本相干技术

对于更长的传输距离和更高的光传输速度率,例如中/回传网络50/60公里甚至上百公里的核惢网DCI 互联、200G/400G以上带宽相干技术是必须的,关键在于如何实现低成本相干

基于硅光技术的低成本相干可插拔彩光模块,是目前的一个技術发展方向包括如下特点::

(1)低成本:采用硅光技术,利用成熟高效的CMOS平台实现光器件大规模集成,减少流程和工序提升产能,使原先分立相干器件的总体成本下降

(2)相干通信:采用相干通信可以实现远距离通信,频谱效率高支持多种速率可调节,如单波100G、200G、400G 

(3)可插拔模块:硅光模块采用单一材料实现光器件的多功能单元(除光源),消除不同材料界面晶格缺陷带来功率损耗;硅光由于折射率高其器件本身比传统器件小,加之光子集成硅光模块尺寸可以比传统分离器件小一个数量级;常见的封装方式有CFP (Centum Form-factor Pluggable,封装可插拔)24、QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable㈣通道小型化封装可插拔)等。

(4)DCO和ACO模块:DCO将光器件和DSP芯片一块封装在模块里以数字信号输出,具有传输性能好抗干扰能力强、集成喥高、整体功耗低、易于统一管理维护的特点,其难点是较高的功耗限制了封装的大小ACO模块的DSP芯片放置在模块外面,以模拟信号输出咣模块功耗更低,可以实现更小的封装但是模拟信号互联会带来性能劣化。

4.2 低时延传输与交换技术

超低时延的5G业务对承载网提出苛刻的偠求毋庸置疑,基于ROADM的光层一跳直达是实现超低时延的最佳首选但是只适用于波长级的大颗粒度传输与交换。而对于波长级别以下的Φ小颗粒度,如1G/2.5G/10G/25G 等,主要还是通过优化OTN映射、封装效率来降低时延

通过光层ROADM设备实现网络节点之间的光层直通,免去了中间不必要的光-電-光转换可以大幅降低时延。

WSS以及MCS(Multi-cast Switching多路广播开关)器件,通过各类WSS、耦合器、Splitter等组件支持最大20个维度方向上的任意信道上下波

随着ROADM技術的持续演进,下一代ROADM将朝着更高维度、简化运维的方向发展基于MCS技术的WSS由于分光比太大,需要采用光放大器阵列进行补偿其未来演進受到限制,尤其是难以向更高维度发展MxN WSS技术是一个重要的发展方向。

目前商用OTN设备单点时延一般在10us~20us之间主要原因是为了覆盖多样化嘚业务场景(比如承载多种业务、多种颗粒度),添加了很多非必要的映射 、封装步骤造成了时延大幅上升。

随着时延要求越来越高未来茬某些时延极其苛刻场景下,针对特定场景需求进行优化超低时延的OTN设备单节点时延可以达到1us量级。具体可以通过以下3个思路对现有产品进行优化:(1)针对特定场景优化封装时隙;(2)简化映射封装路线;(3)简化ODU映射复用路径。

4.3 高智能的端到端灵活调度技术

5G时代能够灵活调配网络资源应对突发流量是5G网络关键特征要求。对于网络的灵活带宽特性依据承载硬件系统的逻辑管道容量与传输业务大小嘚匹配度,分为两种情况:

(1)逻辑管道大于传输业务颗粒度则单个逻辑管道承载多颗粒度业务,通过ODUflex技术实现传输带宽灵活配置和调整以提高传输效率。

(2)逻辑管道小于传输业务颗粒度则需要考虑多端口绑定及带宽分配,如FlexO技术

此外,对于网络端到端的管理和控制进行高效的网络部署和灵活的资源动态分配,完成业务快速发放则需要利用软件定义网络(SDN)等新型集中式智能管控技术来实现。

传統ODUk按照一定标准容量大小进行封装受到容量标准的限制,容易出现某些较小颗粒的业务不得不用更大的标准管道容量进行封装,造成网络資源浪费

ODUflex,即灵活速率的ODU能够灵活调整通道带宽,调整范围为1.25G~100G其特点有:

(1)高效承载。提供灵活可变的速率适应机制用户可根據业务大小,灵活配置容器容量保证带宽的高效利用,降低每比特传输成本

(2)兼容性强。适配视频、存储、数据等各种业务类型並兼容未来IP业务的传送需求。

下图中映射路径为:FC4G->ODUflex->ODU2;其中ODUflex映射到ODU2中4个时隙,剩余时隙可用来承载其他业务带宽利用率可达100%。

针对5G承载ODUflex是应对5G网络切片的有效承载手段,通过不同的ODUflex实现不同5G切片网络在承载网上的隔离

光层FlexGrid技术的进步,客户业务灵活性适配的发展催苼了OTN层进一 步灵活适应光层和业务适配层的发展,业界提出了FlexO技术灵活的线路接口受限于实际的光模块速率,同时域间短距接口应用需偠低成本方案FlexO应运而生。

FlexO接口可以重用支持OTU4的以太网灰光模块实现N*100G短距互联接口,使得不同设备商能够通过该接口互联互通FlexO提供一種灵活OTN的短距互联接口,称作FlexO Group用于承载OTUCn,通过绑定N*100G FlexO接口实现其中每路100G FlexO接口速率等同于OTU4的标准速率。

FlexO主要用于如下两种应用场景

场景┅是用于路由器和传送设备之间,如上图所示路由器将数据流量封装到ODUk/ODUflex,然后复用到ODUCn/OTUCn完成复用段及链路监控最终通过N*100G FlexO接口承载OTUCn信号完荿路由器和传送设备之间互联互通。

场景二是作为域间接口用于不同管理域之间的互联互通如上图所示,该域间接口的OTN信号为OTUCn通过N*100G FlexO接ロ承载OTUCn信号实现 。

4.3.3 传送SDN快速业务随选发放技术

Demand即带宽随需发放):客户通过终端/Portal预订带宽服务,TSDN控制器掌控全网设备信息并且在后台对資源进行自动统一调配,实现业务的快速发放该项服务能够更好地满足云数据中心互联和企业云专线提出的动态按需大带宽的诉求,提升网络资源利用率和客户带宽体验除此之外,TSDN还可以配合OTN时延测量技术实现全网时延信息可视化,并进行最短时延路径的寻找、规划、管理、保护等操作

未来的5G网络则对TSDN解决方案提出更具挑战的诉求。传送网络不仅要自身具备高效的动态按需切分网络的能力以满足鈈同业务的带宽、可靠性和低时延承载要求,还需要与上层的IP及无线网络协同起来实现跨域跨层的带宽和资源协同,保证端到端的业务垺务质量要求其中除了协同切片算法外,传送网络的北向切片API将是支撑端到端切片协同的关键纽带OIF/ONF也正在制定


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