大家好，我是小枣君。

今天，我想向大家汇报一下 5G 承载网前传部分的最新进展情况。

此前我介绍 5G 承载网和接入网的时候，曾经和大家说过，承载网和接入网之间存在紧密的联系。接入网的架构，直接影响了承载网的架构。

5G 接入网相比 4G，从原来的 BBU+RRU + 馈线 + 天线，变成了 CU+DU+AAU。

4G 接入网的组成部分：

  • BBU（基带处理单元，主要负责信号调制）

  • RRU（射频拉远单元，主要负责射频处理）

  • 馈线（连接 RRU 和天线）

  • 天线（主要负责线缆上导行波和空气中空间波之间的转换）

5G 接入网的组成部分：

  • CU（Centralized Unit，集中单元）

  • DU（Distribute Unit，分布单元）

  • AAU（Active Antenna Unit，有源天线单元）

所以，5G 承载网也随之变化，变成了前传、中传、回传三个部分。

5G 承载网的组成部分：

  • 前传：AAU 和 DU 之间的部分

  • 中传：DU 和 CU 之间的部分

  • 回传：CU 和核心网之间的部分

目前，关于回传和中传部分，三大运营商的方案已经成熟，并且处于商用落地阶段。

但是，前传部分的解决方案，此前一直都在探索之中。

前传是最靠近 5G AAU 天线的传输环节。虽然它的带宽需求并没有回传那么高，但因为 5G AAU 数量庞大，导致 5G 前传规模庞大，所以，5G 前传对成本非常敏感。

▲ 有 5G AAU 的地方，就有 5G 前传

如果前传方案的成本太高，势必影响整个 5G 承载网的投资金额。

此前，前传的解决方案主要包括四种，分别是：

  • 光纤直驱

  • 无源 WDM/WDM-PON

  • 有源设备（OTN/SPN/TSN）

  • 微波

我们简单回顾一下。

第一种，光纤直驱方式。

每个 AAU 与 DU 全部采用光纤点到点直连组网，如下图：

这种方式会消耗大量的光纤资源，成本巨大。

第二种，无源 WDM 方式。

引入 WDM 波分技术，通过无源合分波器，将不同中心波长的光信号在同一根光纤中传输，达到节约光纤的目的。

如下图：

什么是 WDM？WDM 就是波分复用（Wavelength Division Multiplexing），是将两种或多种不同波长的光载波信号通过合波器汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中，以此进行数据传输的技术。

不同中心波长的光信号（也被称为彩光）在同一根光纤中传输是不会互相干扰的。

和彩光（Colored）相对应的，是灰光（Grey）。灰光也叫白光或黑白光。它的波长是在某个范围内波动的，没有特定的标准波长（中心波长）。一般客户侧光模块会采用灰光模块。

采用无源 WDM 方式，虽然节约了光纤资源，但是因为是无源器件（无源：没有电源、能量源），也存在着运维困难，不易管理，故障定位较难等问题。

第三种，有源 WDM/OTN/SPN 方式。

在 AAU 站点和 DU 机房中配置相应的 WDM/OTN/SPN 设备，多个前传信号通过 WDM 技术共享光纤资源。

如下图（OTN 方式）：

这种方案相比无源 WDM 方案，组网更加灵活，方便维护，能力强大，同时光纤资源消耗并没有增加。

第四种，微波方式。

就是通过微波进行数据传输。但是它只适合位置偏远、视距空旷、光纤无法到位的非主流情况。本文不再讨论。

四种方式，说白了，其实也就是两种可选：要么方式②，无源波分，节约成本，但是运维困难；要么方式③，有源方案，什么都好，就是花钱。

本着省钱办大事的初衷，运营商们一直都倾向于使用方式②，也就是无源方案。但是，随着 5G 建设的深入，形势开始发生变化。

越来越多的 5G 接入网，开始向 C-RAN 的架构演进。这意味着，DU 开始连接越来越多的 AAU，前传的管理维护难度开始增加。

▲ 5~15 站集中的中等规模 C-RAN，将成为 5G 前传网络的主流场景。未来规模还会不断增加。

因为无源方式无法进行有效维护，所以，一旦出现问题，只能是无线工程师从 AAU 离线开始发现，然后反馈给传输工程师，进行前传线路排查。

如果改用有源方案，一方面巨额的成本吃不消，另一方面，AAU 侧根本也没有空间可以挂载硕大的 OTN 等有源设备。

于是乎，Duang~  半有源方案出现了……

所谓 “半有源”，其实就是 “一半有源，一半无源”——在无源的基础上，把 DU 侧或 AAU 侧改成有源。当然了，一般都是 DU 侧改有源，AAU 侧保持无源状态。

也就是说，变成下面这样子：

▲  半有源解决方案

半有源还分为两种类型，一种 A 型，DU 侧部署有源设备，局端设备支持远端光模块的监测和控制，AAU 侧无源。还有一种 B 型，在 DU 侧增加监测接口和有源的监测板卡，增加少量维护功能，AAU 侧同样无源。

那么，半有源是如何实现增加维护功能的呢？

答案在于两个词——调顶和 OAM。

调顶，就是 Pilot Tone，利用调频或调幅技术在发射端为波长通道的主信号生成一个低速的光随路信号。

简单理解，调顶相当于在现有信号上 “叠加”了一个小信号，不会干扰现有信号的传输，但是可以携带少量信息。

半有源调顶所携带的小信号，就可以承载轻量级 OAM 报文。OAM 是什么？操作（Operation）、管理（Administration）、维护（Maintenance）。

也就是说，光链路诊断和 LOS 告警，光模块功率、温度、电流、电压告警等，都可以实现，大大增加了前传网络的维护能力。

正因为半有源方案兼顾了成本和维护能力，所以受到了运营商的青睐，现在成了主流趋势。例如中国移动，之前就推出了基于半有源的 Open WDM 方案，正在积极落地推广。

随着 5G 建设的深入，5G 前传的需求场景已经逐渐清晰。25G 已经成为公认的前传主流接口速率。

100MHz 频谱，需要 3 个 25G 接口，如果是中移 160MHz 频谱，或者电信联通共建共享，200MHz 频谱，就需要 6 个 25G 接口。

对于拥有 3 个 AAU 的基站站址来说，如果采用双纤双向（Duplex）的光纤直驱，需要 12 纤 12 路。

如果采用单纤双向（BiDi）的光纤直驱，少一半光纤，需要 6 纤 12 路。

采用半有源的话，甚至可以做到 1 纤 12 波，也就可以实现 1 站 1 纤（一个基站用 1 根光纤就够了）。在增加了维护能力的基础上，这个节省光纤（money）效果是非常明显的。

从 2019 年开始，5G 前传相关的标准化工作已经全面启动。目前，CCSA、ITU-T 等多个标准组织在同步进行相关标准的指定工作。国内的进度要稍微快一些。初步预计，2021 年上半年，前传系统的标准化工作将初步完成。

产业化能力方面，恰好相反，国内要慢于国外。最关键的 25G 光模块光电芯片，国外厂商基本上具备了产业化的能力，而国内厂商整体上还处于研发或小批量阶段。

好了，以上就是关于 5G 前传的最新进展汇报。本文部分内容参考了 6 月 5 日新基建 5G 发展论坛的嘉宾分享，大家有兴趣的话可以去看回放视频。