5g网络架构_5G网络架构简介以及未来光模块市场的机遇

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5G网络架构简介以及未来光模块市场的机遇

5G时代将是一个万物互联的时代，创新业务，改变网络，改变人类。物联网、人工智能等诸多概念的实现都必须建立在5G网络的完善。上世纪90年代美国光纤通信产业的发展为当前互联网产业的繁荣奠定了基础，下一代通信方式的变革即将到来，大规模基础设施的建设势在必行。

下面是出现在无数会议PPT里的图，是为5G八大关键能力指标以及三大业务场景。诸君可自行脑补5G的抽象概念。

实际上，从4G到5G的大规模商用还有一段路要走，官方称2019年能够达成评估与方案的测定。由于4G整体营业额尚在亏损，5G更要投入相当于4G总投入金额的1.5倍甚至更多(信通院给出的数据大概在2.5倍到3倍之间，不过三大运营商都异口同声地say no)。信通院的工作者们显得比较书生意气了些。

降低成本起见，5G的竞争已正式演变为一场光纤基础设施的竞争。这对于光器件厂商来讲无疑是个重大利好，5G网络需要建设大量天线、无线小基站，当然还有近年来很火的光模块。低成本、高部署密度、低功耗、低技术复杂度、可维护性是为基本要求。

下面简单讲一讲5G网络的架构。5G RAN组网方式分为以下三种场景：

1.C-RAN 大集中：CU/DU 集中部署在一般机楼/接入汇聚机房，一般位于中继光缆汇聚层与接入光缆主干层的交界处。大集中点连接基站数通常为10~60个。

2.C-RAN 小集中：CU/DU 集中部署在接入局所(模块局、PoP 点等)，一般位于接入光缆主干层与配线层交界处。小集中点连接基站数通常为5~10 个。

3.D-RAN：CU/DU 分布部署在宏站机房，接入基站数1~3 个。

5G 承载网由以下三部分构成：

1.前传(Fronthaul: AAU-DU)：传递无线侧网元设备AAU 和DU 间的数据；

2.中传(Middlehaul: DU-CU)：传递无线侧网元设备DU 和CU 间的数据；

3.回传(Backhaul: CU-核心网)：传递无线侧网元设备CU 和核心网网元间的数据。

其中前传的技术难度最大，成本敏感(光纤光缆需求量大，基站数量众多，可调谐激光器、低成本25G光模块等)，并且对维护的效率影响也最深刻。

如何解决？下面是三大运营商给出的一些解决方案。

5G前传最大的挑战在于光纤资源 ，光纤直驱为主，光纤不足的区域引入WDM技术弥补。

成本是5G前传方案考虑的关键因素

总体原则：光纤为主，设备为辅

整体思路：

1.光纤丰富：25G BiDi光纤直连(One Fiber One Cell)

一扇区一光纤(One Fiber One Cell)，光模块用25G LR/ER BIDI。直连方案应采用单纤双向(BiDi)技术5g网络架构，可节约50%光纤资源并为高精度同步传输提供性能保障(1m光纤差会导致5ns的偏差)。一般一个基站有3扇区，BIDI方案只需要三根光纤即可满足一个基站的流量前传，同时有利于时钟的高精度同步。其中下行的波长标准是已基本确定使用1330nm。

2.光纤稀缺：点到点WDM/OTN(One Fiber One Site)

将一个基站的所有业务波长复用至一根或一对光纤进行回传，节省基站至DU的光纤资源，称为One Fiber One Site (Base-station)(一个基站一根光纤)。这里需要用到大量的彩光模块，给安装、备件和维护带来一些不便，Tunable光模块应用而生。当然，更高效回传网络的方式是波分设备直接下沉至基站与DU，即有源WDM方案，可兼容现网2G/3G/4G业务，且可实现更多L3层业务管理和优化功能，当然这会使得CAPEX增大。

3.接入主干光纤极度稀缺：点到多点WDM(One Fiber N Sites)

将多个基站的流量汇聚至一个DU进行回传，称为One Fiber N Sites (Base-station)(N个基站一根主干光纤)，这是一个点到多点的WDM无源方案。比如常用的AAWG 40波长，可覆盖6个基站(每个基站3扇区，共18个AAU，20波上行/20波下行)。此拓朴结构符合基于PON的光无源网络，最大限度地利旧现网ODN网络。

WDM技术承载方案基本思路是采用WDM 技术节约光纤资源，具体实现形态包括无源WDM、有源WDM/M-OTN 和WDM PON 等三种：

(1)无源WDM方案将彩光模块安装在无线侧AAU和DU 设备上，通过外置的无源合/分波板卡或设备完成WDM功能, 成本较低，但是维护管理功能弱；

(2)有源WDM/M-OTN 方案将AAU 和DU 连接到WDM/M-OTN 设备上，通过M-OTN(移动承载优化的简化OTN)开销实现维护管理，同时具备保护倒换能力；

(3)WDM PON方案延续FTTx点到多点组网拓扑，AAU 接入ONU 终端设备或模块化ONU(SFP+模块)，DU 连接到局端OLT 设备，从而可最大幅度地节省接入主干层光纤资源。

由上图可以看到，未来几年内光模块市场发展充满机遇和挑战，除却天线和无线小基站的巨大市场，光模块市场仍然可以拥有300多亿的市场份额。从数据上来讲，假设3.5 GHz的5G基站数是1.8GHz的4G基站数的两倍，基站按三扇区考虑，预计整个5G光网络会带来数千万量级的25/50/100Gbps高速光模块的用量。

利益驱使，当前市场上涌入了相当多的光模块厂商，甚至一些下游设备商也开始投入光模块的研发生产。5G商用前夕，除却技术上的硬性指标，低成本、温湿度可靠性、使用寿命将成为光模块的核心竞争力。

在调制技术上，基于PAM4的四电平调幅将成为主流方案。

（编辑：拼字网 - 核心网）

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