5g前传的25g wdm技术方案探析

DOI:10.13571/j.cnki.cww.2019.25.017

5G前传的25G WDM技术方案探析

当前可调激光器产业链已基本成熟，建议全产业链共同参与，聚焦应用需求，统一产业链，以进一步降低成本，加速推动产业化应用，服务于5G网络建设。

中国联通网络技术研究院|王光全、沈世奎

5G的发展离不开光通信的支撑。随着5G的发展，目前5G前传成为业界关注的热点话题。5G前传需求

5G前传网络中将主要采用eCPRI接口，在100MHz频谱、64T/64R天线和下行16流/上行8流的配置下，eCPRI接口需要25G速率。在更宽无线频谱资源下，5G前传需要多个25G接口。在5G网络建设中，光纤直驱是前传主要的解决方案，但是在密集城区等5G优先覆盖的区域，存在光纤资源剩余但不足直驱的场景，需要采用其它技术方案来解决CRAN模式下的AAU拉远。波分复用（WDM）技术通过光波长复用，以波长来连接AAU，可以在单根光纤复用多个波长，大大降低前传对光纤资源的消耗。可用于5G前传的25G WDM技术存在多种方案，包括DWDM、CWDM和LAN-WDM等，如图1所示，本文将重点探析和比较这些WDM技术方案。基于WDM技术的移动前传建网

方式

基于WDM技术的移动前传方案，根据设备型态差异，主要分为有源型、半有源型和无源型3类组网方式，如图2所示。模块能安装在业务设备上，且专业界面不清晰。从网络建设和运维角度，更倾向于前面两种建网方式。基于DWDM技术图1 5G前传技术方案的5G前传方案

全有源型，局端和远端均为有源设DWDM技术备，专业界面清晰，便于多业务综合承载DWDM技术根据激光器工作接入，但需考虑远端设备的安装和供电；波长分成固定波长和波长可调谐，如半有源型，局端为有源设备，远端简化为图3所示。波长可调谐技术目前已在WDM光模块和无源合分波器，需确认10G/40G/100G网络广泛应用，难点和WDM光模块能安装在业务设备上；无源挑战在于实现低成本，满足城域接入层型，局端和远端均为无源，简化为WDM海量且成本敏感的应用场景。实现可调光模块和无源合分波器，需确认WDM光激光器的技术方案众多，包括DFB阵列、（a）有源型 （b）半有源型 （c）无源型图2 基于WDM技术的移动前传建网方式35| 光·承载|

G.698.4/PAB-WDM方案基于可调谐DWDM光模块的G.698.4（前G.metro）方案，又称为波长自图3 25G DWDM技术方案分类适应接入型波分复DBR、DS DBR、MG-Y、SG DBR、用（PAB-WDM，port-agnostic bi-VCSEL、ECL、硅光微环腔和V形耦合腔directional WDM）技术，其最大优势在于等，采用温度控制、电流控制和机械控制端口无关特性、尾端模块波长自适应（免等方式。 配置）、速率自适应，且可管可控。基于当前已经实现的低成本可调光模块，光层调顶技术，实现了头端设备（HEE）包括宽带全C波段可调谐和部分C波段窄与尾端设备（TEE）间的管控和消息通道带可调谐，其中窄带可调方案成本优势明（HTMC/THMC），用于对远端可调光模显，已有多家光模块和光器件公司发布了块的波长速率自适应和管控，实现系统级相关产品。简洁有效的OAM机制，如图4所示。 （a） （b） （c）图4 G.698.4/PAB-WDM前传方案36 在2019年7月ITU-T SG15日内瓦全会上，基于中国联通、中国电信、德国电信、意大利电信及KDDI等运营商提出的25G DWDM前传应用需求，以及中国联通和爱立信等单位提交的25G DWDM详细测试结果，ITU-T SG15启动了G.698.4标准v2.0版本（25G速率）制定工作。25G CWDM技术方案

ITU-T G.694.2标准规范了CWDM波长，从1271nm到1611nm，波长间隔20nm，共有18个波长。但ITU-T G.695标准规范的25G CWDM应用代码，最大通道数量为4，使用1271nm、1291nm、1311nm和1331nm共4个波长，中心波长偏差范围±6.5nm，工作距离为2km。随着数据中心100G CWDM4光模块大量部署，符合数据中心环境使用和商业级CWDM4的激光器有较多应用，主要是1271nm、1291nm、1311nm和1331nm，这4个波长产业链比较成熟。CWDM激光器在不加TEC温控下，温度漂移较大（典型值0.1nm/°C），难以满足标准中13nm（±6.5nm）波长精度要求。业内也在考虑基于DML辅助加热器（heater）或用TEC温控，来保证中心波长稳定性。但用heater或TEC会增加CWDM方案成本。对于更长波长（1351nm、1371nm等），DML激光器存在色散受限问题，色散代价较大，导致10km光纤传输功率预算不足的问题，业内考虑用EML或APD来解决。同样由于色散限制，1371nm后的CWDM波长只能采用EML。采用EML/APD方案并增加TEC辅助控制波长稳定性的CWDM方案，并没有明显成本优势。在网络维护上，采用CWDM光模块用于5G前传，无法实现对于远端光模块的有效管理。且存在波长识别困难、管理| 光·承载|

400GHz，以获得更多可用波长，但均无标准化。采用LAN-WDM光模块用于5G前传时，可通过G.698.4标准规范的光层调顶方式形成管理消息通图5 基于25G CWDM的前传方案道，实现对远端光模块的管理，否则将无法实现对于繁杂，不便于维护管理等难题。LR8。当前已标准化LAN-WDM波长汇远端光模块的有效管理。但LAN-WDM当前基于CWDM的前传方案如图5总见表1。方案采用固定波长激光器，即使采用了调所示，室外应用工业级工作温度及色散代LAN-WDM波长激光器工作在O波顶方式的远程管理，仍然会存在波长识别价引起的功率预算不足等问题均未解决，段，色散代价小；采用TEC温控，可满足困难、管理繁杂、维护管理不便等难题。大量应用部署将会导致较大风险。工业级应用要求。随着数据中心和运营商网络100G LR4光模块大量部署，商总结

25G LAN-WDM技术方案和

业级LAN-WDM4激光器有较多应用，在5G网络建设中，在光纤资源充裕标准化

主要是1295nm、1300nm、1304nm和场景，优先选择单纤双向的光纤直驱；在ITU-T G.959.1标准规范了4通道1309nm这4个波长，相应DML产业链比剩余纤芯不足，尤其是密集城区较大规模的25G LAN-WDM技术，使用波长分较成熟；其它波长DML产业链不成熟，BBU集中的场景下，WDM技术将是纾解别为1295nm、1300nm、1304nm和主要是EML方案。目前LAN-WDM前传城域接入层光缆纤芯紧缺、降低建网成1309nm，通道间隔为800GHz；同时也应用，波长方案较多，除了ITU和IEEE规本的首选手段，如图6所示。 规范了8通道的50G LAN-WDM技术，范的4波和8波外，业内也存在不同的波同时5G前传网络规模大，建设成本前4波中心波长与25G LAN-WDM相长规划；常用的6波方案是LR4的4个波敏感，海量接入层设备/光模块的维护成本同。IEEE 802.3规范了LAN-WDM接长，再加上1286nm和1291nm两个波长。也将至关重要，如图7所示，低成本、高效口，包括100G LR4、200G LR4和400G 也有建议将波道间隔从800GHz缩小为接入和可管可控的WDM技术将是优选。表1 LAN-WDM波长标准汇总IEEE 802.3ITU-T G.959.1通道中心频率（THz）中心波长（nm）波长范围（nm）400G LR8200G LR4100G LR4100G400GL0235.41273.541272.55-1274.54√√L1234.61277.891276.89-1278.89√√L2233.81282.261281.25-1283.27√√L32331286.661285.65-1287.68√√L4231.41295.561294.53-1296.59√√√√√L5230.61300.051299.02-1301.09√√√√√L6229.81304.581303.54-1305.63√√√√√L72291309.141308.09-1310.19√√√√√37| 光·承载|

（a）图6 基于WDM技术的移动前传应用示意表2 不同25G WDM前传方案比较 （b）图7 移动前传综合成本考虑特性标准化系统容量波道间隔激光器类型组网拓扑结构传输距离温度规格功耗是否波长可调波长无关远端可管理备品备件管理产业链系统建网方案传输网管成本25G 可调DWDMITU-T G.698.4/YD/T 3551-201912波/20波100GHz/0.8nmEML星、链、树10km，更长距离需要DCM和OA工业级25G LAN-WDM--当前4波，可扩展到9波800GHz/4.4nmDML/EML星10/20km25G CWDM--4波，DML可扩展至6波，EML方案扩展至12波20nmDML/EML星10km商业级，可支持工业级，需要产业链支商业级，可支持工业级，需要产业链支持持2.5W1.5W/2.0W1.5W是否否是否，需要区分波长否，需要区分波长是，通过光层调顶的消当前不支持，可通过光层调顶的消息否息通道通道优，归一化模块型号差，需要备份所有波长差，需要备份所有波长差，需要所有波长，现有激光器芯片产差，需要所有波长，现有激光器芯片产业优业链扩展链扩展有源，半有源半有源，无源无源需要半有源需要，无源不需要不需要建设成本高，维护成本中，短波长需要采用EML方案，维护低，长波长采用EML方案后，成本与低成本高LAN-WDM类似，，维护成本高光器的波长自适应25G DWDM技术，系统容量大，光模块型号归一化，且远端可管可控，建设和运维简单，在统筹综合考虑网络建设成本和维护成本时，是较为合适的解决方案。当前可调激光器产业链已基本成熟，建议全产业链共同参与，聚焦应用需求，统一产业链，以进一步降低成本，加速推动产业化应用，服务5G网络建设。 编辑｜程琳琳 chenglinlin@bjxintong.com.cn WDM技术是光纤直驱外的首选解决方案，但需要在CWDM、LAN-WDM和DWDM方案中选择一种。应用于5G前传的几种WDM技术方案汇总见表2。从表2可看出，基于低成本可调谐激38