2018年9月27日中國(guó)工信部5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)第三階段測(cè)試結(jié)果發(fā)布，標(biāo)志著NSA（非獨(dú)立組網(wǎng)）測(cè)試全部完成，同時(shí)SA（獨(dú)立組網(wǎng)）測(cè)試也全面啟動(dòng)。隨著5G的測(cè)試進(jìn)展，技術(shù)及產(chǎn)業(yè)鏈的逐步成熟，5G網(wǎng)絡(luò)的突破和創(chuàng)新將使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)達(dá)到前所未有的速度，延遲也更加接近有線網(wǎng)絡(luò)，并且具有統(tǒng)一QoE的連接性，具備支持大量設(shè)備同時(shí)連接的能力。
5G系統(tǒng)引入了毫米波系統(tǒng)、高密度微基站、先進(jìn)MIMO和D2D等新技術(shù)，其中高密度的微基站是5G網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要特征。5G網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)超復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，在2G時(shí)代只需要幾萬(wàn)個(gè)基站就可以完成全國(guó)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，在4G時(shí)代全國(guó)網(wǎng)絡(luò)覆蓋需要超過500萬(wàn)個(gè)基站、已實(shí)際建設(shè)360多萬(wàn)個(gè)基站；而5G則需要做到每平方公里支持100萬(wàn)個(gè)設(shè)備接入，導(dǎo)致微基站數(shù)量激增，預(yù)估1425萬(wàn)個(gè)基站（其中宏站475萬(wàn)個(gè)、毫米波高頻微基站950萬(wàn)個(gè)）。我們知道，5G系統(tǒng)期望使用更高的頻率來(lái)利用毫米波頻帶中的巨大帶寬，而毫米波傳播中的高損耗使得它適合于密集的小單元部署，從而獲得更高的空間重用。因此5G網(wǎng)絡(luò)必須非常密集，需要新建大量的微基站來(lái)進(jìn)行支撐。全國(guó)廣電網(wǎng)絡(luò)公司正在如火如荼進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)IP化建設(shè)，正是采用了PON技術(shù)建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，遍布城區(qū)街道和縣鄉(xiāng)村的PON網(wǎng)絡(luò)在即將來(lái)臨的5G時(shí)代中將對(duì)微基站前傳提供豐富的支撐，也會(huì)因此而贏得網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)和密集覆蓋優(yōu)勢(shì)。
一、5G前傳的挑戰(zhàn)
按照5G的時(shí)間表，面向2020年及未來(lái)，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將出現(xiàn)爆炸式的增長(zhǎng)。
1、密集組網(wǎng)帶來(lái)的挑戰(zhàn)：根據(jù)5G理想體驗(yàn)指標(biāo)(NGMN_5G)所訴，需要隨時(shí)隨地的50Mbps帶寬，需要城郊區(qū)域接入達(dá)到20Gbps/ km2、 密集區(qū)域接入達(dá)到:750 Gbps / km2 的帶寬，而在室內(nèi)超寬帶接入達(dá)到15 Tbps/ km2、人員聚集區(qū)域接入達(dá)到 7.5 Tbps / km2 (UL)。如此高帶寬且隨時(shí)隨地的接入需求，導(dǎo)致基站數(shù)量大幅度提升，目前業(yè)界測(cè)算每100米就需要部署一個(gè)微基站；因此帶來(lái)的密集組網(wǎng)，將導(dǎo)致基站回傳面臨巨大挑戰(zhàn)。
2、超低時(shí)延帶來(lái)的挑戰(zhàn)：5G網(wǎng)絡(luò)下最清晰可見、最重要的應(yīng)用就是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，其中智慧交通下的車聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛、無(wú)人機(jī)、自動(dòng)停車等新業(yè)務(wù)最為震撼人心，但同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的要求也越來(lái)越嚴(yán)苛。首先通過如下對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：一般情況下，運(yùn)營(yíng)商的區(qū)域核心機(jī)房位于距離終端80km~100km的位置，其光纖線路雙向時(shí)延在800~1000us范圍內(nèi)，僅僅只能滿足大概3ms的端到端普通業(yè)務(wù)時(shí)延要求，而運(yùn)營(yíng)商的接入機(jī)房OLT側(cè)一般位于距離終端10km~20km甚至更近的位置，其光纖線路雙向時(shí)延在100~200us 范圍內(nèi)，是完全可以滿足小于1ms的端到端超低時(shí)延業(yè)務(wù)需求的。其次，根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時(shí)也是未來(lái)新業(yè)務(wù)應(yīng)用的保障性要求，5G組網(wǎng)的時(shí)鐘時(shí)間精度要求越來(lái)越高，時(shí)鐘時(shí)間精度要求(CPRI v7.0)，誤差控制在±2 ppb、抖動(dòng)±8.138 ns之內(nèi)；而如果采用分組方式承載5G時(shí)鐘時(shí)間同步的難度將加大，導(dǎo)致系統(tǒng)成本大幅度增加。因此采用PON支持前傳是合適之選。
3、投資與運(yùn)維帶來(lái)的挑戰(zhàn)：密集組網(wǎng)和高頻譜使用，使得5G網(wǎng)絡(luò)的帶寬和基站數(shù)量急劇增加，意味著需要更多的光纖鏈路支持，其承載規(guī)劃相當(dāng)復(fù)雜。如果5G建網(wǎng)時(shí)完全重新鋪設(shè)光纜，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，而且施工協(xié)調(diào)十分困難；并且光纖鏈路需要能夠管理、故障需要能快速定位，網(wǎng)絡(luò)保障必須做到可管、可定位。事實(shí)上，利用接入側(cè)豐富的光纖資源，再度提高其利用率、做好規(guī)劃擴(kuò)展，使5G網(wǎng)絡(luò)基站側(cè)的管理運(yùn)維更加便捷。同時(shí)運(yùn)營(yíng)商之間的競(jìng)爭(zhēng)激烈，5G設(shè)備的投資回報(bào)需要一個(gè)較長(zhǎng)的周期，合理投資、加快回報(bào)是理智之選。
二、WDM PON技術(shù)特點(diǎn)及與5G前傳的結(jié)合
首先國(guó)際電信聯(lián)盟 ITU對(duì)于WDM PON的技術(shù)規(guī)范的推進(jìn)和要求如下：
● 10G及以下速率的CPRI已經(jīng)納入ITU G.989 的PtP WDM PON, 25G速率正在討論納入中。
● PtP WDM PON的波長(zhǎng)切分?jǐn)U容技術(shù)和TDM PON的低時(shí)延技術(shù)也都在研究中。
● PON承載5G的建議以及對(duì)組網(wǎng)模式、性能指標(biāo)等要求在進(jìn)行研究討論中。
其次中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)CCSA，對(duì)于WDM PON的技術(shù)規(guī)范的推進(jìn)和要求如下：
● 2017已經(jīng)制定完成了接入網(wǎng)技術(shù)要求波長(zhǎng)路由方式WDM-PON的系列標(biāo)準(zhǔn);目前正在進(jìn)行 “PON承載5G移動(dòng)前傳技術(shù)研究”。
● 2018新立項(xiàng)了“基于波長(zhǎng)路由單通道25G波分無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)WDM-PON 總體技術(shù)要求”。
同時(shí)歐洲5G-Xhaul組織也正進(jìn)行PON承載5G的相關(guān)工作。
WDM PON的技術(shù)具有如下特點(diǎn)，使其具備了承載5G前傳的基礎(chǔ)。
1、時(shí)延超低：PON網(wǎng)絡(luò)是樹形組網(wǎng)，并且接入側(cè)機(jī)房的光層透明傳輸時(shí)延非超低。
2、容量超大：PON網(wǎng)絡(luò)光分路比高，而且其波長(zhǎng)易于擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)容量變得巨大。
3、成本超低：接入側(cè)的光纖利用率高，并且“1跳傳輸”光模塊成本的下降空間很大。
4、時(shí)鐘同步精度高：?jiǎn)卫w雙向有利于簡(jiǎn)化時(shí)鐘部署，可以減少不對(duì)稱時(shí)鐘補(bǔ)償，采用透明傳輸時(shí)鐘精度更高。
5、可管理可運(yùn)維性強(qiáng)：PON設(shè)備的管控協(xié)議體系標(biāo)準(zhǔn)化程度非常高，同時(shí)有大量節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)網(wǎng)組網(wǎng)、管理運(yùn)維的成熟經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于5G網(wǎng)絡(luò)的可管理、可運(yùn)維上具有支撐作用。
三、烽火通信FitPON方案的特點(diǎn)
烽火通信支持5G承載的Fit-PON解決方案，具有五個(gè)特征：首先是上下行光功率預(yù)算問題以采用OA 方式解決為主；其次業(yè)務(wù)以無(wú)阻塞物理層波長(zhǎng)調(diào)度為主，通道利用率高；再次烽火彈性的PON設(shè)備系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)，可兼容O波段和C波段，達(dá)到系統(tǒng)最優(yōu)成本；第四是采用額多種靈活的管理通道實(shí)現(xiàn)方式；最后ONU采用了多種安裝模式:塔下機(jī)房、室內(nèi)覆蓋、塔上掛桿、微型模塊，充分考慮5G微基站的特性適配。
烽火通信FitPON方案的PON設(shè)備設(shè)計(jì)思路簡(jiǎn)潔高效、可運(yùn)維性高。如局端機(jī)設(shè)計(jì)思路主要考慮:
● 高速光接口整形、預(yù)補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)
● 豐富光路檢測(cè)、運(yùn)維功能
● 靈活波長(zhǎng)交換與調(diào)度引擎
● 彈性化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
又如波長(zhǎng)路由WDM PON光分路器是無(wú)源設(shè)備，無(wú)需供電，工業(yè)溫度范圍工作，便于安裝。該方案的遠(yuǎn)端機(jī)設(shè)計(jì)思路主要考慮：
● 設(shè)備型態(tài)須具備MDU型、SFU模塊型、室外掛桿型等
● 通道須靈活成組
● 遠(yuǎn)端機(jī)易開通、易管理
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