中興通訊陳愛民：5G時代的光接入網(wǎng)演進(jìn)

      5G時代光接入網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇

  作為整個社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型的最重要的信息通信基礎(chǔ)設(shè)施，5G將實現(xiàn)萬物互聯(lián)，把人、機(jī)器、環(huán)境等更加緊密高效地聯(lián)系起來并融為一體，便捷、極速、智能、可靠的無處不在的通信連接，將引發(fā)全社會生產(chǎn)模式、商業(yè)模式、生活方式的創(chuàng)新和演進(jìn)。

  相比4G，5G可以提供更強(qiáng)的業(yè)務(wù)，細(xì)分成三個電信業(yè)務(wù)場景，一是峰值速率可達(dá)10Gbps的增強(qiáng)型移動寬帶(eMBB)，二是連接數(shù)可達(dá)每平方公里100萬的大連接物聯(lián)網(wǎng)(mMTC)，三是車聯(lián)網(wǎng)等端到端時延1ms的低時延、高可靠通信(URLLC)。

  我們看到5G的帶寬提升、時延降低和對物聯(lián)網(wǎng)的更強(qiáng)支持，對傳統(tǒng)的光接入網(wǎng)也產(chǎn)生了巨大的挑戰(zhàn)：首先，針對傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，移動用戶帶寬提升至1~10Gbps，延遲降低至1~10ms，基本等同于固網(wǎng)光接入性能，傳統(tǒng)光接入的帶寬和時延優(yōu)勢在5G面前喪失，同時移動的便利性會加劇更多流量轉(zhuǎn)移到5G無線網(wǎng)絡(luò);其次，針對物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，相比光接入網(wǎng)采用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的方式，5G物聯(lián)網(wǎng)覆蓋范圍廣、業(yè)務(wù)發(fā)放便利、接口標(biāo)準(zhǔn)化，更易運(yùn)維和降低成本。

  另一方面，5G的發(fā)展給光接入網(wǎng)帶來新機(jī)遇。首先，5G采用AAU和DU分離架構(gòu)，而且由于高頻導(dǎo)入使得5G AAU數(shù)量巨大，是4G時代的2倍以上，所以5G前傳網(wǎng)絡(luò)變得十分重要，光纖資源成為部署關(guān)鍵;當(dāng)前已經(jīng)建成的高密度覆蓋的ODN網(wǎng)絡(luò)，可以低成本按需便捷接入5G AAU，給WDM-PON等技術(shù)提供了廣泛的應(yīng)用前景。其次，5G采用高頻信號，穿墻能力弱，而且在無線網(wǎng)絡(luò)邊緣也存在帶寬下降和接入質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，相比之下，光接入固網(wǎng)用戶的帶寬和服務(wù)質(zhì)量與距離無關(guān)，是一個巨大的優(yōu)勢。

  運(yùn)營商可以考慮綜合5G無線接入和光接入的優(yōu)勢，形成補(bǔ)充，依靠現(xiàn)網(wǎng)已經(jīng)建成的龐大ODN光纖資源和穩(wěn)定的大帶寬接入，為用戶提供穩(wěn)定可靠的5G+FTTH雙千兆接入。

  光接入網(wǎng)演進(jìn)趨勢和技術(shù)熱點(diǎn)

  為了實現(xiàn)5G+FTTH雙千兆接入，光接入網(wǎng)需要統(tǒng)一考慮有線和無線融合的演進(jìn)，具體體現(xiàn)在規(guī)劃建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、技術(shù)路徑等方面。

  從規(guī)劃建設(shè)角度看，在規(guī)劃光纖網(wǎng)絡(luò)覆蓋和機(jī)房建設(shè)上，需要考慮當(dāng)期業(yè)務(wù)覆蓋和未來業(yè)務(wù)擴(kuò)展。建立綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)是一個有效的方法，即根據(jù)固網(wǎng)家寬、無線基站、政企業(yè)務(wù)等各類業(yè)務(wù)接入需求，結(jié)合行政區(qū)域和自然區(qū)的劃分、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)和客戶分布，劃分成各個獨(dú)立的綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)，每個綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)包括一個密集覆蓋的ODN網(wǎng)絡(luò)和一個綜合接入機(jī)房，綜合接入機(jī)房統(tǒng)一部署固網(wǎng)OLT、無線BBU/DU、有線傳輸?shù)仍O(shè)備，實現(xiàn)固移共站。

  從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)看，綜合接入機(jī)房是用戶接入的POP門戶，是實現(xiàn)業(yè)務(wù)識別和分流到云的重要節(jié)點(diǎn)。大容量的綜合接入機(jī)房減小了機(jī)房數(shù)量，符合運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)簡化的要求。通過建立綜合接入機(jī)房，統(tǒng)一業(yè)務(wù)模型、機(jī)房規(guī)格、技術(shù)路線和組網(wǎng)方案，未來演進(jìn)到SDN網(wǎng)絡(luò)，并導(dǎo)入AI智能運(yùn)維，將極大簡化整個光接入網(wǎng)的建設(shè)運(yùn)維，降低運(yùn)營商成本。

  技術(shù)路線上，為了滿足用戶4K/8K/VR/AR等新業(yè)務(wù)的極致體驗要求，有線升級到10G PON技術(shù)，無線增加了5G接入，實現(xiàn)每用戶1Gbps以上帶寬。通過NFVI基礎(chǔ)設(shè)施下沉接入機(jī)房和MEC技術(shù)，滿足實時低時延業(yè)務(wù)需求，開展VR、車聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程控制等新業(yè)務(wù)。

  圍繞更加有效利用ODN光纖資源這個目標(biāo)，基于點(diǎn)到多點(diǎn)架構(gòu)的PON技術(shù)呈現(xiàn)出多個熱點(diǎn)方向，包括面向5G前傳的WDM-PON技術(shù)和更大帶寬的50G PON技術(shù)。

  WDM-PON是一個點(diǎn)到多點(diǎn)的技術(shù)架構(gòu)(見圖1)，采用獨(dú)立波長為每個用戶提供剛性管道，速率最大到25Gbps，滿足5G前傳的需求。同時，WDM-PON與現(xiàn)有的ODN網(wǎng)絡(luò)相匹配，節(jié)省主干光纖資源，適合密集城區(qū)的5G覆蓋，是5G前傳技術(shù)的重要選擇之一。當(dāng)前WDM-PON還存在成本高、工溫條件可靠性不高等問題，需要通過產(chǎn)業(yè)鏈推動解決。

  下一代PON采用50G PON技術(shù)，ITU-T已經(jīng)在2018年立項。50G PON采用單波長技術(shù)，兼容XG(S) PON和GPON，通過低延遲DBA技術(shù)，大幅提升上行延遲性能，既能滿足家寬業(yè)務(wù)帶寬提升需求，也能用于政企和5G小基站回傳等新領(lǐng)域，極大擴(kuò)展了PON的應(yīng)用范圍，是運(yùn)營商充分利用已有ODN網(wǎng)絡(luò)的最佳技術(shù)演進(jìn)路徑。

  5G時代光接入網(wǎng)建設(shè)的思考

  5G時代光接入網(wǎng)建設(shè)的核心是把綜合接入機(jī)房建設(shè)成為一個智能化的固移融合機(jī)房，滿足極速、易維、靈活、智能、可靠的技術(shù)要求。參見圖2，在保留原有電源系統(tǒng)(含備電)、空調(diào)散熱系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和走線通道的情況下，接入機(jī)房內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)劃分為四大功能模塊。

  -連接功能：指接入機(jī)房的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，參考數(shù)據(jù)中心的Spine-Leaf架構(gòu)，建立大帶寬、可擴(kuò)展、可靠的內(nèi)部通信系統(tǒng)，滿足無線DU/有線OLT/上聯(lián)傳輸/接入機(jī)房NFVI基礎(chǔ)設(shè)施之間復(fù)雜的業(yè)務(wù)通信和QoS保證;

  -接入網(wǎng)絡(luò)：指無線DU和有線OLT，分別承擔(dān)無線和有線的接入處理;

  -NFVI基礎(chǔ)設(shè)施(計算存儲功能)：作為邊緣數(shù)據(jù)中心EDC的一個遠(yuǎn)端模塊，其上運(yùn)行的業(yè)務(wù)NFV受5G核心網(wǎng)統(tǒng)一編排管理，保證低延遲實時業(yè)務(wù)快速處理，提高用戶體驗;

  -傳輸功能：提供網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口，統(tǒng)一承載有線和無線流量;傳輸設(shè)備可以是OTN、IPRAN或SPN。

  現(xiàn)實情況下，接入機(jī)房數(shù)量眾多，其硬件條件和環(huán)境也存在較大差異，設(shè)備一次全部改造的資金投入大、工作量大，在具體實施時，應(yīng)充分考慮以下三個原則分步實施和逐步演進(jìn)。

  -開放性原則：接入機(jī)房網(wǎng)絡(luò)中的接入功能、連接功能、NFVI基礎(chǔ)設(shè)施(計算存儲功能)和傳輸功能之間應(yīng)支持對外開放接口;NFVI基礎(chǔ)設(shè)備被接入機(jī)房中所有功能和用戶共享。

  -可擴(kuò)展性原則：接入機(jī)房的具體情況差異較大，例如機(jī)房面積、供電、散熱等硬件條件;接入機(jī)房中接入功能、連接功能、NFVI基礎(chǔ)設(shè)施(計算存儲功能)和傳輸功能應(yīng)根據(jù)實際業(yè)務(wù)需要進(jìn)行裁剪，并支持按功能和容量平滑擴(kuò)展。

  -靈活性原則：接入機(jī)房網(wǎng)絡(luò)改造應(yīng)支持基于現(xiàn)有接入機(jī)房架構(gòu)平滑驗證，在保障現(xiàn)有業(yè)務(wù)正常運(yùn)行的前提下，按照機(jī)房條件靈活選擇相關(guān)功能部署。

  5G時代的光接入網(wǎng)依然有巨大價值。基于無處不在的ODN光纖資源，通過綜合業(yè)務(wù)接入?yún)^(qū)建設(shè)，可實現(xiàn)有線無線接入業(yè)務(wù)和機(jī)房面積的匹配，實現(xiàn)機(jī)房和MEC等資源共享，并結(jié)合PON技術(shù)的不斷演進(jìn)以及SDN&NFV技術(shù)的導(dǎo)入，實現(xiàn)綜合接入機(jī)房的智能化改造，簡化業(yè)務(wù)部署和運(yùn)維。

  中興通訊基于接入業(yè)務(wù)的深刻理解，推出了綜合接入機(jī)房AO重構(gòu)方案，同時在WDM-PON和50G PON技術(shù)上不斷創(chuàng)新突破，是PON技術(shù)領(lǐng)域的第一梯隊。中興通訊將堅持極速、極簡、極致的建網(wǎng)理念，保持與運(yùn)營商深度合作，全面推進(jìn)5G+FTTH雙千兆的建設(shè)目標(biāo)。

  作者: 中興通訊光接入規(guī)劃總工 陳愛民