第五代通信技術(shù)（5G）致力于構(gòu)建信息與通信技術(shù)的生態(tài)系統(tǒng)，是目前業(yè)界最熱的課題之一。不同于以前的 2G、 3G 和 4G，5G 不僅僅是移動通信技術(shù)的升級換代，更是未來數(shù)字世界的驅(qū)動平臺和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，將真正創(chuàng)建一個全聯(lián)接的新世界。5G 網(wǎng)絡(luò)擬提供業(yè)務(wù)的主要特征包括大帶寬、低時延和海量連接，從而對承載網(wǎng)在帶寬、 容量、時延和組網(wǎng)靈活性方面提出了新的需求。 如何利用一張統(tǒng)一的承載網(wǎng)來滿足 5G 不同業(yè)務(wù)的承載需求是 5G 承載網(wǎng)面臨的巨大挑戰(zhàn)。光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network，OTN）技術(shù)結(jié)合了光域傳輸和電域處理的優(yōu)勢，不僅可以提供端到端的剛性透明管道連接和強大的組網(wǎng)能力，而且可以提供長距離、大容量傳輸能力。 OTN 剛性管道保證了不同業(yè)務(wù)的嚴格隔離和業(yè)務(wù)帶寬的保障，其完備的 OAM 機制保證了業(yè)務(wù)傳送質(zhì)量并使網(wǎng)絡(luò)便于維護管理。 ROADM (Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplex，可重構(gòu)光分插復(fù)用器)和 WDM(Wave-division Multiplexing，波分復(fù)用)光層技術(shù)提升光纖傳輸容量至 Tbps 級別，并大幅降低網(wǎng)絡(luò)時延。光傳送網(wǎng)技術(shù)如何在 5G 這場劃時代的技術(shù)演進潮流中不斷自我創(chuàng)新，保持競爭力和應(yīng)用優(yōu)勢，實現(xiàn) 5G 網(wǎng)絡(luò)的高效承載，已經(jīng)成為整個光通信行業(yè)關(guān)注的重心和研究熱點。本白皮書旨在分析 5G 對承載網(wǎng)的需求，提出基于光傳送網(wǎng)的承載方案，并對 5G 時代光傳送網(wǎng)的技術(shù)演進趨勢進行闡述。

　　1、5G 技術(shù)發(fā)展及承載需求

　　5G 承載需求取決于 5G 業(yè)務(wù)及 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的變化。其中，5G 業(yè)務(wù)需求直接影響承載網(wǎng)的技術(shù)指標，如帶寬、時延和時鐘精度等；而 5G 無線網(wǎng)和核心網(wǎng)的架構(gòu)變化則引發(fā)了相應(yīng)的承載網(wǎng)架構(gòu)變化，并對網(wǎng)絡(luò)功能提出新要求，包括網(wǎng)絡(luò)切片、 增強路由轉(zhuǎn)發(fā)功能等。5G 定義了以下三類典型業(yè)務(wù)場景，如下圖所示：

5G 典型業(yè)務(wù)場景性能需求示意圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　1) eMBB(Enhanced Mobile Broadband，增強型移動寬帶)：主要場景包括隨時隨地的 3D/超高清視頻直播和分享、虛擬現(xiàn)實、隨時隨地云存取、高速移動上網(wǎng)等大流量移動寬帶業(yè)務(wù)，帶寬體驗從現(xiàn)有的 10Mbps 量級提升到1Gbps 量級，要求承載網(wǎng)絡(luò)提供超大帶寬。2) uRLLC (Ultra Reliable & Low Latency Communication，高可靠低時延通信)：主要場景包括無人駕駛汽車、工業(yè)互聯(lián)及自動化等，要求極低時延和高可靠性，需要對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)處理方式進行改進，使得高可靠性業(yè)務(wù)的帶寬、時延是可預(yù)期、可保證的，不會受到其它業(yè)務(wù)的沖擊。3) mMTC (Massive Machine Type Communication，大規(guī)模機器通信）：主要場景包括車聯(lián)網(wǎng)、智能物流、智能資產(chǎn)管理等，要求提供多連接的承載通道，實現(xiàn)萬物互聯(lián),為減少網(wǎng)絡(luò)阻塞瓶頸，基站以及基站間的協(xié)作需要更高的時鐘同步精度。5G 網(wǎng)絡(luò)由于引入了大帶寬和低時延的應(yīng)用，需要對 RAN（Radio AccessNetwork，無線接入網(wǎng)）體系架構(gòu)進行改進。

5G RAN 功能模塊重構(gòu)示意圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　5G 的 RAN 網(wǎng)絡(luò)將從 4G/LTE 網(wǎng)絡(luò)的 BBU（Baseband Unit，基帶單元）、RRU 兩級結(jié)構(gòu)將演進到 CU、 DU 和 AAU 三級結(jié)構(gòu)，如圖 2 所示。原 BBU 的非實時部分將分割出來，重新定義為 CU（Centralized Unit，集中單元），負責處理非實時協(xié)議和服務(wù)；BBU的部分物理層處理功能將于原 RRU合并為AAU(Active Antenna Unit，有源天線處理單元)；BBU 的剩余功能重新定義為 DU（Distribute Unit，分布單元），負責處理物理層協(xié)議和實時服務(wù)。

5G RAN 組網(wǎng)架構(gòu)示意圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　上圖為 CU 和 DU 部署的兩種不同方式。 (a)為 CU 和 DU 分開部署的方式，相應(yīng)的承載網(wǎng)也分成三部分，AAU 和 DU 之間是前傳（Fronthaul），DU5G 時代光傳送網(wǎng)技術(shù)白皮書和 CU 之間是中傳（Middlehaul），CU 以上是回傳（Backhaul）。 (b)所示為 CU 和 DU 合設(shè)的方式，稱為 gNB，其承載網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和與 4G 類似，僅包括前傳和回傳兩個部分。由于 5G 時代將引入大量傳感器、可穿戴設(shè)備等新型接入終端，種類豐富，數(shù)量龐大，因此單位面積接入數(shù)和流量密度都將爆炸式增長。同時，受限于無線頻譜特性，5G 覆蓋半徑較 4G LTE 略低，因此基站覆蓋密度將有一定幅度的增加。顯然，4G 時代就逐漸凸顯的單個基站帶寬大幅增加、 基站部署密度加大所引起的譬如基站選址困難、機房成本高、基站資源利用率低、維護工作量大等問題在 5G 時代將會愈演愈烈。因此，5G RAN 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展勢必將延續(xù) 4G BBU 集中的策略，將 DU 集中作為一種主流的組網(wǎng)架構(gòu)。

　　5G 時代，核心網(wǎng)必須滿足 5G 低時延業(yè)務(wù)處理的時效性需求。 4G 時代，核心網(wǎng)部署位置較高，一般在網(wǎng)絡(luò)骨干核心層。如果 5G 核心網(wǎng)的位置依舊和 4G相同，UE（User Equipment，用戶設(shè)備）到核心網(wǎng)的時延將難以滿足要求。因此，核心網(wǎng)下移以及云化成為 5G 發(fā)展的趨勢，3GPP 已經(jīng)將核心網(wǎng)下移納入討論范圍，并推動 MEC（Mobile Edge Computing，移動邊緣計算）的標準化。

　　首先核心網(wǎng)從省網(wǎng)下沉到城域網(wǎng)，原先的 EPC（EvolvedPacket Core，演進型分組核心網(wǎng)）拆分成 New Core 和 MEC 兩部分。 其中New Core 將云化部署在城域核心的大型數(shù)據(jù)中心，MEC 將部署在城域匯聚或更低的位置中小型數(shù)據(jù)中心。由此，New Core 和 MEC 之間的云化互聯(lián)，需要承載網(wǎng)提供靈活的 Mesh 化 DCI (Data Center Interconnect，數(shù)據(jù)中心互聯(lián))網(wǎng)絡(luò)進行適配。

5G 核心網(wǎng)架構(gòu)演進對承載網(wǎng)架構(gòu)影響示意圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　通過 EPC 拆分，可以將 MEC 部署在更靠近用戶的邊緣數(shù)據(jù)中心，同時核心DC 所承擔的部分計算、 內(nèi)容存儲功能也相應(yīng)地下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣，由邊緣 DC 承擔，并帶來以下幾點好處：1) MEC分布部署有利于內(nèi)容下移，將CDN（Content Delivery Network，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）部署在MEC位置，提升UE訪問內(nèi)容的效率和體驗，并減少上層網(wǎng)絡(luò)的流量壓力。2) MEC間可以就近進行資源獲取、業(yè)務(wù)處理的協(xié)同交互以及容災(zāi)備份，時延低，帶寬更容易獲取，比傳統(tǒng)通過上層核心網(wǎng)DC流量迂回更加高效便捷。3) MEC和New Core間的云化連接將實現(xiàn)資源池化，有利于資源負載均衡、靈活擴容。同時，云化后計算資源集中，節(jié)約大量接入設(shè)備單獨運算所消耗的能耗，降低成本。4) MEC之間、 MEC和New Core之間的全云化連接，有利于增強部署的靈活性，可以有效應(yīng)對未來對時延和帶寬要求的不確定性，如突發(fā)流量造成的網(wǎng)絡(luò)堵塞等，同時可實現(xiàn)多種接入方式和不同制式的互通，減少傳統(tǒng)方式下各種業(yè)務(wù)和接入方式的協(xié)同復(fù)雜度。未來隨著核心網(wǎng)下移和云，MEC 將分擔更多的核心網(wǎng)流量和運算能力，其數(shù)量會增加；而不同業(yè)務(wù)可能回傳歸屬到不同的云，因此需要承載網(wǎng)提供不同業(yè)務(wù)通過 CU 歸屬到不同 MEC 的路由轉(zhuǎn)發(fā)能力。 而原來基站與每個 EPC 建立的連接也演進為 CU 到云（MEC）以及云到云（MEC 到 New Core）的連接關(guān)系。

5G 核心網(wǎng)三種云互聯(lián)示意圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　上圖所示為5G核心網(wǎng)云互聯(lián)的三種類別，包括：（1）MEC間互聯(lián)：包括終端移動性所引起的MEC交互流量、 UE所屬MEC發(fā)生變化但V2X等應(yīng)用保持不切換而產(chǎn)生的與原MEC交互的流量、 用戶到用戶的MEC直通流量，等。（2）MEC與New Core的互聯(lián)：包括MEC未匹配業(yè)務(wù)與New Core的交互流量、New Core和MEC控制面交互的流量、 MEC的邊緣CDN回源流量，等。

　　（3）New Core間的互聯(lián)：體現(xiàn)為核心云DC之間的互聯(lián)流量的一部分。

　　基于上述 MEC、 NewCore 間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)需求，核心網(wǎng)下移將形成兩層云互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，包括：New Core 間及 New Core 與 MEC 間形成的核心云互聯(lián)網(wǎng)，以及 MEC 間形成的邊緣云互聯(lián)網(wǎng)。其中邊緣的中小型數(shù)據(jù)中心將承擔邊緣云計算、CDN 等功能，如下圖所示。

5G 時代下的云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　作為New Core核心云網(wǎng)絡(luò)的載體，大型數(shù)據(jù)中心需滿足海量數(shù)據(jù)的存儲、交換和計算的需求，構(gòu)成數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的骨干核心。 承載網(wǎng)需要提供超大的帶寬（出口帶寬幾百G到T級別）、 極低的時延以及完善的保護恢復(fù)能力。5G 時代光傳送網(wǎng)技術(shù)白皮書作為MEC邊緣云網(wǎng)絡(luò)的載體，中小型數(shù)據(jù)中心將承接大量本地化業(yè)務(wù)計算需求，接入類型多樣化，并具備針對不同顆粒靈活調(diào)配的功能。 中小型數(shù)據(jù)中心圍繞大型數(shù)據(jù)中心周圍，作為CDN站點貼近用戶降低時延、提高用戶體驗。這樣的結(jié)構(gòu)大幅縮短了傳輸路徑，對于視頻服務(wù)、工業(yè)自動化、車聯(lián)網(wǎng)等實時性要求極高的應(yīng)用尤其重要。

　　帶寬無疑是 5G 承載的第一關(guān)鍵指標，5G 頻譜將新增 Sub6G 及超高頻兩個頻段。Sub6G 頻段即 3.4GHz~3.6GHz，可提供 100~200 MHz 連續(xù)頻譜；6GHz以上超高頻段的頻譜資源更加豐富，可用資源一般可達連續(xù) 800Mhz。 因此，更高頻段、更寬頻譜和新空口技術(shù)使得 5G 基站帶寬需求大幅提升，預(yù)計將達到 LTE的 10 倍以上。 表 1 為典型的 5G 單個 S111 基站的帶寬需求估算：

5G 基站帶寬需求估算

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　以一個大型城域網(wǎng)為例，5G 基站數(shù)量 12000 個，帶寬收斂比取 6:1。核心層的帶寬需求在初期就將超過 6T，成熟期將超過 17T。因此，在 5G 傳送承載網(wǎng)的接入、 匯聚層需要引入 25G /50G 速率接口，而核心層則需要引入 100G 及以上速率的接口。

5G 網(wǎng)絡(luò)帶寬增長趨勢圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　5G 承載的第二關(guān)鍵需求是提供穩(wěn)定可保證的低時延，3GPP 等相關(guān)標準組織關(guān)于 5G 時延的相關(guān)技術(shù)指標如下圖所示。

5G 關(guān)鍵時延指標

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　不同的時延指標要求，將導致 5G RAN 組網(wǎng)架構(gòu)的不同，從而對承載網(wǎng)的架構(gòu)產(chǎn)生影響。如為了滿足 uRLLC 應(yīng)用場景對超低時延的需求，傾向于采用CU/DU 合設(shè)的組網(wǎng)架構(gòu)，則承載網(wǎng)只有前傳和回傳兩部分，省去中傳部分時延。同時，為了滿足 5G 低時延的需求，光傳送網(wǎng)需要對設(shè)備時延和組網(wǎng)架構(gòu)進行進一步的優(yōu)化。1) 在設(shè)備時延方面：可以考慮采用更大的時隙（如從 5Gbps 增加到 25Gbps）、減少復(fù)用層級、減小或取消緩存等措施來降低設(shè)備時延，達到 1us 量級甚至更低。2) 在組網(wǎng)架構(gòu)方面：可以考慮樹形組網(wǎng)取代環(huán)形組網(wǎng)，降低時延。 圖 7 所示為一個典型的 8 點環(huán)。 顯然，環(huán)形組網(wǎng)由于輸出節(jié)點逐一累積傳輸時延，因而5G 時代光傳送網(wǎng)技術(shù)白皮書要求設(shè)備單節(jié)點處理時延必須大幅降低，且要保證不出現(xiàn)擁塞。而樹形組網(wǎng)只要考慮源宿節(jié)點間的時延累積，可大力提升網(wǎng)絡(luò)對苛刻時延的耐受性。

承載網(wǎng)從環(huán)形向樹形組網(wǎng)演進示意圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　5G承載的第三關(guān)鍵需求是高精度時鐘，根據(jù)不同業(yè)務(wù)類別，提供不同的時鐘精度。 5G同步需求包括5G TDD（Time Division Duplex，時分雙工）基本業(yè)務(wù)同步需求和協(xié)同業(yè)務(wù)同步需求兩部分。1) 從當前3GPP討論來看，5G TDD基本業(yè)務(wù)同步需求估計會維持和4G TDD基本業(yè)務(wù)相同的同步精度+/-1.5us。2) 高精度的時鐘同步有利于協(xié)同業(yè)務(wù)的增益，但是同步精度受限于無線空口幀長度，5G的空口幀長度1ms比4G空口幀10ms小10倍，從而給同步精度預(yù)留的指標也會縮小，具體指標尚待確定。因此，5G承載需要更高精度的同步：5G承載網(wǎng)架構(gòu)須支持時鐘隨業(yè)務(wù)一跳直達，減少中間節(jié)點時鐘處理；單節(jié)點時鐘精度也要滿足ns精度要求；單纖雙向傳輸技術(shù)有利于簡化時鐘部署，減少接收和發(fā)送方向不對稱時鐘補償，是一種值得推廣的時鐘傳輸技術(shù)。

　　目前 4G 網(wǎng)絡(luò)的三層設(shè)備一般設(shè)置在城域回傳網(wǎng)絡(luò)的核心層，以成對的方式進行二層或三層橋接設(shè)置。對站間 X2 流量，其路徑為接入-匯聚-核心橋接-匯聚-接入，X2 業(yè)務(wù)所經(jīng)過的跳數(shù)多、距離遠，時延往往較大。在對時延不敏感且流量占比不到 5%的 4G 時代這種方式較為合理，對維護的要求也相對簡單。但 5G時代的一些應(yīng)用對時延較為敏感，站間流量所占比例越來越高。

　　同時由于 5G 階段將采用超密集組網(wǎng)，站間協(xié)同比 4G 更為密切，站間流量比重也將超過 4G 時代的 X2 流量。 下面對回傳和中傳網(wǎng)絡(luò)的靈活組網(wǎng)需求分別進行分析。

　　(一) 回傳網(wǎng)絡(luò)

　　5G 網(wǎng)絡(luò)的 CU 與核心網(wǎng)之間（S1 接口）以及相鄰 CU 之間（eX2 接口）都有連接需求，其中 CU 之間的 eX2 接口流量主要包括站間 CA（CarrierAggregation ， 載 波 聚 合 ） 和 CoMP （ Coordinated MultipointTransmission/Reception，協(xié)作多點發(fā)送/接收）流量，一般認為是 S1 流量的10~20%。 如果采用人工配置靜態(tài)連接的方式，配置工作量會非常繁重，且靈活性差，因此回傳網(wǎng)絡(luò)需要支持 IP 尋址和轉(zhuǎn)發(fā)功能。另外，為了滿足 uRLLC 應(yīng)用場景對超低時延的需求，需要采用 CU/DU 合設(shè)的方式，這樣承載網(wǎng)就只有前傳和回傳兩部分了。 此時 DU/CU 合設(shè)位置的承載網(wǎng)同樣需要支持 IP 尋址和轉(zhuǎn)發(fā)能力。

　　(二) 中傳網(wǎng)絡(luò)

　　在 5G 網(wǎng)絡(luò)部署初期，DU 與 CU 歸屬關(guān)系相對固定，一般是一個 DU 固定歸屬到一個 CU，因此中傳網(wǎng)絡(luò)可以不需要 IP 尋址和轉(zhuǎn)發(fā)功能。但是未來考慮CU 云化部署后，需要提供冗余保護、動態(tài)擴容和負載分擔的能力，從而使得DU 與 CU 之間的歸屬關(guān)系發(fā)生變化，DU 需要靈活連接到兩個或多個 CU 池。這樣 DU 與 CU 之間的中傳網(wǎng)絡(luò)就需要支持 IP 尋址和轉(zhuǎn)發(fā)功能。如前所述，在 5G 中傳和回傳承載網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)流量仍然以南北向流量為主，東西向流量為輔。并且不存在一個 DU/CU 會與其它所有 DU/CU 有東西向流量的應(yīng)用場景，一個 DU/CU 只會與周邊相鄰小區(qū)的 DU/CU 有東西向流量，因此業(yè)務(wù)流向相對簡單和穩(wěn)定，承載網(wǎng)只需要提供簡化的 IP 尋址和轉(zhuǎn)發(fā)功能即可。

　　5G 網(wǎng)絡(luò)有 3 大類業(yè)務(wù)：eMBB、 uRLLC 和 mMTC。不同應(yīng)用場景對網(wǎng)絡(luò)要求差異明顯，如時延、峰值速率、 QoS(Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量)等要求都不一樣。為了更好地支持不同的應(yīng)用，5G 將支持網(wǎng)絡(luò)切片能力，每個網(wǎng)絡(luò)切片將擁有自己獨立的網(wǎng)絡(luò)資源和管控能力，如圖 9 所示。 另一方面，可以將物理網(wǎng)絡(luò)按不同租戶（如虛擬運營商）需求進行切片，形成多個并行的虛擬網(wǎng)絡(luò)。5G 無線網(wǎng)絡(luò)需要核心網(wǎng)到 UE 的端到端網(wǎng)絡(luò)切片，減少業(yè)務(wù)（切片）間相互影響。 因此 5G 承載網(wǎng)絡(luò)也需要有相應(yīng)的技術(shù)方案，滿足不同 5G 網(wǎng)絡(luò)切片的差異化承載需求。

5G 網(wǎng)絡(luò)切片示意圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　前傳網(wǎng)絡(luò)對于 5G 采用的 eCPRI 信號一般采用透明傳送的處理方式，不需感知傳送的具體內(nèi)容，因此對不同的 5G 網(wǎng)絡(luò)切片不需要進行特殊處理。中傳/回傳承載網(wǎng)則需要考慮如何滿足不同 5G 網(wǎng)絡(luò)切片在帶寬、時延和組網(wǎng)靈活性方面的不同需求，提供面向 5G 網(wǎng)絡(luò)切片的承載方案。

　　3、面向 5G 的光傳送網(wǎng)承載方案

　　5G 承載網(wǎng)絡(luò)由前傳、中傳、回傳三部分組成。 5G 承載網(wǎng)的不同部分，均以南北向流量為主，東西向流量占比較少。 5G 業(yè)務(wù)存在大帶寬、低時延的需求，光傳送網(wǎng)提供的大帶寬、低時延、一跳直達的承載能力，具備天然優(yōu)勢。

基于光傳送網(wǎng)的 5G 端到端承載網(wǎng)示意圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　在綜合業(yè)務(wù)接入點 CO（Central Office，中心局）可以部署無線集中式設(shè)備（DU或 CU+DU）。CO節(jié)點承載設(shè)備可以將前傳流量匯聚到此節(jié)點無線設(shè)備，也可以將中傳/回傳業(yè)務(wù)上傳到上層承載設(shè)備。 CO 節(jié)點作為綜合接入節(jié)點，要求支持豐富的接入業(yè)務(wù)類型，同時對帶寬和時延有很高要求。 分組增強型 OTN設(shè)備可以很好的兼顧上述需求。下面分別介紹基于光傳送網(wǎng)的 5G 前傳、中傳、回傳承載方案。

　　5G 初期主要是 eMBB 業(yè)務(wù)的應(yīng)用，基本延用 4G 時代一個站點帶 3 個 AAU的方式。 5G 成熟期將根據(jù)實際業(yè)務(wù)流量的需求，既有低頻站點基礎(chǔ)上增加高頻AAU 的方案、也有擴展低頻 AAU、新建高頻基站等方案，擴展網(wǎng)絡(luò)容量。

　　根據(jù)DU部署位置，5G前傳有大集中和小集中兩種典型場景：（1）小集中：DU部署位置較低，與4G宏站BBU部署位置基本一致，此時與DU相連的5G AAU數(shù)量一般小于30個（<10個宏站）。（2）大集中：DU部署位置較高，位于綜合接入點機房，此場景與DU相連的5GAAU數(shù)量一般大于30個（>10個宏站）。進一步依據(jù)光纖的資源及拓撲分布以及網(wǎng)絡(luò)需求（保護、管理）等，又可以將大集中的場景再細分為P2P大集中和環(huán)網(wǎng)大集中。

5G 前傳的 3 種不同場景：(a)小集中(b)P2P 大集中(c)環(huán)網(wǎng)大集中

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　(a)所示為小集中的場景，其特點是導入端可用光纖數(shù)目不少于AAU的數(shù)目，DU放置在某個站點機房內(nèi)，和該站點機房附近的AAU通過導入光纖實現(xiàn)連接。(b)所示為P2P（Point to Point，P2P）大集中的場景，其特點是接入骨干層的光纖拓撲為樹型結(jié)構(gòu)，適合采用點到點WDM組網(wǎng)。 DU池放置在綜合接入機房，便于對DU池進行集中維護。(c)所示為環(huán)網(wǎng)大集中的場景，其特點是接入骨干層的光纖拓撲為環(huán)形結(jié)構(gòu)，適合采用WDM環(huán)形組網(wǎng)，從而進一步節(jié)省光纖資源。

　　下圖示出的是光纖直連的方案，即BBU與每個AAU的端口全部采用光纖點到點直連組網(wǎng)。

光纖直連方案架構(gòu)圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　光纖直連方案實現(xiàn)簡單，但最大的問題就是光纖資源占用很多。 5G時代，隨著前傳帶寬和基站數(shù)量、載頻數(shù)量的急劇增加，光纖直驅(qū)方案對光纖的占用量不容忽視。因此，光直驅(qū)方案適用于光纖資源非常豐富的區(qū)域，在光纖資源緊張的地區(qū)，可以采用設(shè)備承載方案克服光纖資源緊缺的問題。

　　無源波分方案采用波分復(fù)用（WDM）技術(shù)，將彩光模塊安裝在無線設(shè)備（AAU 和DU）上，通過無源的合、分波板卡或設(shè)備完成WDM功能，利用一對甚至一根光纖可以提供多個AAU到DU之間的連接，如圖 13所示。根據(jù)采用的波長屬性，無源波分方案可以進一步區(qū)分為無源粗波分（CWDM，Coarse Wavelength Division Multiplexing）方案和無源密集波分（DWDM，Dense Wavelength Division Multiplexing）方案。

無源 WDM 方案架構(gòu)圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　相比光纖直驅(qū)方案，無源波分方案顯而易見的好處是節(jié)省了光纖，但是也存在一定的局限性，包括：

　　（1）波長通道數(shù)受限

　　雖然粗波分復(fù)用（CWDM）技術(shù)標準定義了16個通道，但考慮到色散問題， 用 于 5G 前 傳 的 無 源 CWDM 方 案 只 能 利 用 了 前 幾 個 通 道 （ 通 常 為1271nm~1371nm）,波長數(shù)量有限，可擴展性較差。

　　（2）波長規(guī)劃復(fù)雜

　　WDM 方案需要每個 AAU 使用不同波長，因此前期需要做好波長規(guī)劃和管理。可調(diào)諧彩光光模塊成本較高，但若采用固定波長的彩光光模塊，則對波長規(guī)劃、光模塊的管理、 備品備件的等等帶來一系列工作量。

　　（3）運維困難，不易管理

　　彩光光模塊的使用可能導致安裝和維護界面不夠清晰，缺少 OAM（Operation, Administration, and Maintenance，運行管理和維護）機制和保護機制。由于無法監(jiān)測誤碼，無法在線路性能劣化時執(zhí)行倒換。

　　（4）故障定位困難

　　無源 WDM 方案出了故障后，難以具體定界出問題的責任方。下圖所示為無源波分方案的故障定位示意圖，可見其故障定位的復(fù)雜度。

無源 WDM 方案故障定位示意圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　相比無源 CWDM 方案，無源 DWDM 方案顯然可以提供更多的波長。 但是更多的波長也意味著更高的波長規(guī)劃和管控復(fù)雜度，通常需要可調(diào)激光器，帶來更高的成本。 目前支持 25Gb/s 速率的無源 DWDM 光模塊還有待成熟。

光源集中無源 DWDM 方案示意圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　為了適應(yīng)5G承載的需求，基于可調(diào)諧波長的無源DWDM方案是一種可行方案，另外基于遠端集中光源的新型無源DWDM方案也成為業(yè)界研究的一個熱點，其原理如圖 15 所示。該方案在降低成本、特別是接入側(cè)成本和提高性能和維護便利性方面具有一定的優(yōu)勢：（1）AAU/RRU側(cè)光模塊無源化：AAU/RRU側(cè)插入的光模塊不含光源，因此所有光模塊完全一樣，不區(qū)分波長，稱之為無色化或無源化，極大降低了成本，提高了可靠性和維護便利性。（2）光源集中部署：在CO節(jié)點設(shè)置集中光源，并向各個無源模塊節(jié)點輸送直流光信號（不帶調(diào)制），無源光模塊通過接收來自集中光源的連續(xù)光波并加以調(diào)制成為信號光后返回CO節(jié)點實現(xiàn)上行。因此，基于集中光源的下一代無源方案，不但繼承了傳統(tǒng)無源方案節(jié)省光纖、成本低、 方便插入無線設(shè)備的優(yōu)勢，還補齊了其可靠性和運維管理上的短板，成為5G前傳承載領(lǐng)域有競爭力的一種方案。對于無源WDM方案，同樣建議線路側(cè)采用OTN封裝，基于OTN的OAM能力實現(xiàn)有效的維護管理和故障定位。

　　有源波分方案在AAU站點和DU機房配置城域接入型WDM/OTN設(shè)備，多個前傳信號通過WDM技術(shù)共纖光纖資源，通過OTN開銷實現(xiàn)管理和保護，提供質(zhì)量保證。接入型WDM/OTN設(shè)備與無線設(shè)備采用標準灰光接口對接，WDM/OTN設(shè)備內(nèi)部完成OTN承載、端口匯聚、彩光拉遠等功能。 相比無源波分方案，有源波分/OTN方案有更加自由的組網(wǎng)方式，可以支持點對點及組環(huán)網(wǎng)兩種場景：

有源 WDM 方案點到點架構(gòu)圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　上圖所示為有源方案點到點組網(wǎng)架構(gòu)圖，同樣可以支持單纖單向、單纖雙向等傳輸模式，與無源比分方案相比，其光纖資源消耗相同。

有源 WDM 方案環(huán)網(wǎng)架構(gòu)圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　上圖所示為有源方案組環(huán)網(wǎng)的架構(gòu)圖。 除了節(jié)約光纖意外，有源WDM/OTN 方案可以進一步提供環(huán)網(wǎng)保護等功能，提高網(wǎng)絡(luò)可靠性和資源利用率。 此外，基于有源波分方案的 OTN 特性，還可以提供如下功能：1) 通過有源設(shè)備天然的匯聚功能，滿足大量AAU的匯聚組網(wǎng)需求。2) 擁有高效完善的OAM管理，保障性能監(jiān)控、告警上報和設(shè)備管理等網(wǎng)絡(luò)功能，且維護界面清晰，提高前傳網(wǎng)絡(luò)的可管理性和可運維性。3) 提供保護和自動倒換機制，實現(xiàn)方式包括光層保護（如OLP，Optical LineProtection，光線路保護）和電層保護（如ODUk SNCP，SubnetworkConnection Protection，子網(wǎng)連接保護）等，通過不同管道的主—備光纖路由，實現(xiàn)前傳鏈路的實時備份、容錯容災(zāi)。4) 具有靈活的設(shè)備形態(tài)，適配DU集中部署后AAU設(shè)備形態(tài)和安裝方式的多樣化，包括室內(nèi)型和室外型。對于室外型，如典型的FO(Full Outdoor，全室外)解決方案能夠?qū)崿F(xiàn)掛塔、抱桿和掛墻等多種安裝方式，且能滿足室外防護（防水、防塵、防雷等）和工作環(huán)境（更寬的工作溫度范圍等）要求。5) 支持固網(wǎng)移動融合承載，具備綜合業(yè)務(wù)接入能力，包括固定寬帶和專線業(yè)務(wù)。當前有源WDM/OTN方案成本相對較高，未來可以通過采用非相干超頻技術(shù)或低成本可插拔光模塊來降低成本。 同時，為了滿足5G前傳低成本和低時延的需求，還需要對OTN技術(shù)進行簡化。5G 時代，考慮到基站密度的增加和潛在的多頻點組網(wǎng)方案，光纖直驅(qū)需要消耗大量的光纖，某些光纖資源緊張的地區(qū)難以滿足光纖需求，需要設(shè)備承載方案作為補充。 針對 5G 前傳的 3 個組網(wǎng)場景，可選擇的承載技術(shù)方案建議如下表所示：

前傳場景與相應(yīng)的承載方案

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　無論是小集中還是P2P大集中，有源方案和下一代DWDM無源方案都能滿足，需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)光纖、機房資源和需要達到的無線業(yè)務(wù)優(yōu)化效果綜合考慮，選擇性價比最佳的解決方案。 對于環(huán)網(wǎng)大集中，有源DWDM方案具有明顯的比較優(yōu)勢，在節(jié)約光纖的同時還可以提供環(huán)網(wǎng)保護等功能根據(jù)前面的需求分析，5G 中傳和回傳對于承載網(wǎng)在帶寬、組網(wǎng)靈活性、網(wǎng)絡(luò)切片等方面需求基本一致，因此可以采用統(tǒng)一的承載方案。城域 OTN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括骨干層、匯聚層和接入層，如上圖所示。 城域OTN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與 5G 中傳/回傳的承載需求是匹配的，其中骨干層/匯聚層與 5G回傳網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)，接入層則與中傳/前傳對應(yīng)。近幾年隨著 OTN 已經(jīng)通過引入以太網(wǎng)、 MPLS-TP（Multiprotocol Label Switching Traffic Policing，多協(xié)議標簽交換流量監(jiān)控）等分組交換和處理能力，演進到了分組增強型 OTN，可以很好地匹配 5G IP 化承載需求。

城域 OTN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)匹配 5G 承載需求示意圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　基于 OTN 的 5G 中傳/回傳承載方案可以發(fā)揮分組增強型 OTN 強大高效的幀處理能力，通過 FPGA（Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列）、專用芯片、 DSP（Digital Signal Processor，數(shù)字信號處理）等專用硬件完成快速成幀、壓縮解壓和映射功能，有效實現(xiàn) DU 傳輸連接中對空口MAC/PHY 等時延要求極其敏感的功能。同時，對于 CU，一方面分組增強型OTN 構(gòu)建了 CU、 DU 間超大帶寬、超低時延的連接，有效實現(xiàn) PDCP 處理的實時、高效與可靠，支持快速的信令接入。 而分組增強型 OTN 集成的 WDM 能力可以實現(xiàn)到郊縣的長距傳輸，并按需增加傳輸鏈路的帶寬容量。為了滿足中傳/回傳在靈活組網(wǎng)方面的需求，需要考慮在分組增強型 OTN 已經(jīng)支持 MPLS-TP 技術(shù)的基礎(chǔ)上，增強路由轉(zhuǎn)發(fā)功能。 目前考慮需要支持的基本路由轉(zhuǎn)發(fā)功能包括 IP 層的報文處理和轉(zhuǎn)發(fā)、 IP QoS、 OSPF/IS-IS（OpenShortest Path First ， 開 放 式 最 短 路 徑 優(yōu) 先 /Intermediate system toIntermediate system，中間系統(tǒng)-中間系統(tǒng)）域內(nèi)路由協(xié)議、 BGP（BorderGateway Protocol，邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議）、 SR(Segment Routing,分段路由)等，以及 Ping 和 IPFPM（IP Flow Performance Measurement，IP 流性能測量）等OAM 協(xié)議。 OTN 節(jié)點之間可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求配置 IP/MPLS-TP over ODUk 通道，實現(xiàn)一跳直達從而保證 5G 業(yè)務(wù)的低時延和大帶寬需求。基于 OTN 的 5G 中傳/回傳承載方案可以細分為以下兩種組網(wǎng)方式：

　　（一）分組增強型 OTN+IPRAN 方案

　　在該方案中，利用增強路由轉(zhuǎn)發(fā)功能的分組增強型OTN設(shè)備組建中傳網(wǎng)絡(luò)，中間的OTN設(shè)備可根據(jù)需要配置為ODUk穿通模式，保證5G承載對低時延和帶寬保障的需求。在回傳部分，則繼續(xù)延用現(xiàn)有的IPRAN（IP Radio AccessNetwork，IP化無線接入網(wǎng)）承載架構(gòu)，如圖 19所示。 分組增強型OTN與IP RAN之間通過BGP協(xié)議實現(xiàn)路由信息的交換。為了滿足5G承載對大容量和網(wǎng)絡(luò)切片的承載需求，IPRAN需要引入25GE、50GE、 100GE等高速接口技術(shù)，并考慮采用FlexE (Flexible Ethernet，靈活以太網(wǎng))等新型接口技術(shù)實現(xiàn)物理隔離，提供更好的承載質(zhì)量保障。

分組增強型 OTN+IPRAN 組網(wǎng)方案示意圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　（二）端到端分組增強型 OTN 方案

　　該方案全程采用增強路由轉(zhuǎn)發(fā)功能的分組增強型OTN設(shè)備實現(xiàn)，如下圖所示。與分組增強型OTN+IPRAN方案相比，該方案可以避免分組增強型OTN與IPRAN的互聯(lián)互通和跨專業(yè)協(xié)調(diào)的問題，從而更好地發(fā)揮分組增強型OTN強大的組網(wǎng)能力和端到端的維護管理能力。

端到端分組增強型 OTN 方案示意圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　從本質(zhì)上來看，網(wǎng)絡(luò)切片就是對網(wǎng)絡(luò)資源的劃分。而光傳送網(wǎng)具有天然的網(wǎng)絡(luò)切片承載能力，每種 5G 網(wǎng)絡(luò)切片可以由獨立的光波長/ODU 通道來承載，提供嚴格的業(yè)務(wù)隔離和服務(wù)質(zhì)量保障。具體到 5G 網(wǎng)絡(luò)切片的承載需求，分組增強型 OTN 可以提供一層和二層的網(wǎng)絡(luò)切片承載方案。

　　(一) 基于一層網(wǎng)絡(luò)切片承載方案

　　主要基于 ODUflex 進行網(wǎng)絡(luò)資源劃分，可以將不同的 ODUflex 帶寬通過通道標識劃分來承載不同的 5G 網(wǎng)絡(luò)切片，并可根據(jù)業(yè)務(wù)流量的變化動態(tài)無損調(diào)整ODUflex 的帶寬。也可以通過物理端口進行承載資源的劃分，需要將物理端口對應(yīng)的所有電層鏈路都進行標簽隔離處理，實現(xiàn)較簡單，粒度較大。

　　(二) 基于二層網(wǎng)絡(luò)切片承載方案

　　該方案通過 MPLS-TP 標簽或以太網(wǎng) VLAN ID（Virtual Local AreaNetwork，虛擬局域網(wǎng)）劃分隔離二層端口帶寬資源，即邏輯隔離。 采用不同的邏輯通道承載不同的 5G 網(wǎng)絡(luò)切片，同時通過 QoS 控制策略來滿足不同網(wǎng)絡(luò)切片的帶寬、時延和丟包率等性能需求。

網(wǎng)絡(luò)切片承載方案示意圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　其中一層網(wǎng)絡(luò)切片承載方案的切片間業(yè)務(wù)屬于物理隔離，不會相互影響。 二層網(wǎng)絡(luò)切片承載方案的切片間業(yè)務(wù)是邏輯隔離，不同切片間業(yè)務(wù)可以共享物理帶寬。可根據(jù) 5G 不同網(wǎng)絡(luò)切片的性能需求選擇不同的承載方案。OTN 網(wǎng)絡(luò)切片承載方案可以結(jié)合 SDN（Software-defined Networking，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）智能控制技術(shù)，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)資源的端到端快速配置和管理，提高網(wǎng)絡(luò)資源使用效率，提升業(yè)務(wù)開通效率和網(wǎng)絡(luò)維護效率。并通過開放北向接口，采用如 VTNS（Virtual Transport Network Service，虛擬傳送網(wǎng)業(yè)務(wù)）向上層5G 網(wǎng)絡(luò)提供對光傳送網(wǎng)資源的管控能力，如上圖所示。如前所述，5G 時代的核心網(wǎng)下移并向云化架構(gòu)轉(zhuǎn)變，由此產(chǎn)生云化數(shù)據(jù)中心互聯(lián)的需求，包括：（1）核心大型數(shù)據(jù)中心互聯(lián)，對應(yīng) 5G 核心網(wǎng) New Core間及 New Core 與 MEC 間的連接；（2）邊緣中小型數(shù)據(jù)中心互聯(lián)，本地 DC 互聯(lián)承擔 MEC、 CDN 等功能。大型數(shù)據(jù)中心作為5G承載網(wǎng)中New Core核心網(wǎng)的重要組成部分，承擔著海量數(shù)據(jù)長距離的交互功能，需要高可靠長距離傳輸、分鐘級業(yè)務(wù)開通能力以及大容量波長級互聯(lián)。因此需要采用高緯度ROADM進行Mesh化組網(wǎng)、光層一跳直達，減少中間大容量業(yè)務(wù)電穿通端口成本。同時，還需要結(jié)合OTN技術(shù)以及100G、 200G、 400G高速相干通信技術(shù)，實現(xiàn)核心DC之間的大容量高速互聯(lián)，并兼容各種顆粒靈活調(diào)度能力。在網(wǎng)絡(luò)安全性的保障上采用光層、 電層雙重保護，使保護效果與保護資源配置最優(yōu)化：光層WSON（Wavelength Switched Optical Network，波長交換光網(wǎng)絡(luò)）通過ROADM在現(xiàn)有光層路徑實現(xiàn)重路由，抵抗多次斷纖，無需額外單板備份；電層ASON（Automatically Switched Optical Network，自動交換光網(wǎng)絡(luò)）通過OTN電交叉?zhèn)浞菽軌蜓杆俚箵Q保護路徑，保護時間<50ms。隨著5G發(fā)展，中小型數(shù)據(jù)中心互聯(lián)方案可考慮按照以下3個階段演進：（1）5G初期，邊緣互聯(lián)流量較小，但接入業(yè)務(wù)種類繁多，顆粒度多樣化。可充分利用現(xiàn)有的分組增強型OTN網(wǎng)絡(luò)提供的低時延、高可靠互聯(lián)通道，使用ODUk級別的互聯(lián)方式即可。同時，分組增強型OTN能夠很好地融合OTN硬性管道和分組特性，滿足邊緣DC接入業(yè)務(wù)多樣化的要求。（2）5G中期，本地業(yè)務(wù)流量逐漸增大，需要在分組增強型OTN互聯(lián)的基礎(chǔ)上，結(jié)合光層ROADM進行邊緣DC之間Mesh互聯(lián)。 但由于鏈接維度數(shù)量較小，適合采用低維度ROADM，如4維或9維。 考慮到邊緣計算的規(guī)模和下移成本，此時DCI網(wǎng)絡(luò)分為兩層，核心DCI層與邊緣DCI層，兩層之間存在一定數(shù)量的連接。

5G 中期中小型 DC 互聯(lián)方案示意圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　（3）5G后期，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量巨大，需要在全網(wǎng)范圍內(nèi)進行業(yè)務(wù)調(diào)度。 此時需要在全網(wǎng)范圍部署大量的高緯度ROADM（如20維，甚至采用32維的下一代ROADM技術(shù)）實現(xiàn)邊緣DC、核心DC之間全光連接，以滿足業(yè)務(wù)的低時延需求。同時采用OTN實現(xiàn)小顆粒業(yè)務(wù)的匯聚和交換。

5G 后期中小型 DC 互聯(lián)方案示意圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　5G 承載網(wǎng)是一個移動/寬帶/云專線架構(gòu)趨同的綜合承載網(wǎng)，需要具備數(shù)10G~100G 承載和 1~2 倍站點帶寬演進、 極低時延、高精度時鐘架構(gòu)基礎(chǔ)的能力，支持移動&專線&寬帶綜合承載靈活演進能力，同時末梢設(shè)備具備即插即用部署能力。 5G 承載網(wǎng)向綜合承載的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型總結(jié)如下：

5G 綜合承載網(wǎng)架構(gòu)示意圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　1) 5G 無線&核心網(wǎng)功能節(jié)點位置與當前寬帶承載趨同：5G New core 與 FBB的 CR 位置相當，MEC/MCE 與 BNG （Broadband Network Gateway，寬帶網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)）位置相當，Cloud BB 和 OLT 位置相當；2) 云化架構(gòu)特征趨同：BNG 云化與 MEC 同處一朵云，因此 CDN 的位置可以放到城域核心 CR 的位置或下沉到 BNG，原 CR CDN 調(diào)度功能由 DCI 取代，CDN內(nèi)容被移動/寬帶共享，通過 DCI 互聯(lián)網(wǎng)層實現(xiàn)內(nèi)容同步，可以提升移動用戶達到寬帶用戶的視頻等業(yè)務(wù)體驗（寬帶視頻客戶多會觸發(fā) CDN 內(nèi)容下移，移動客戶主要視頻 CDN 訪問點在 New Core，通過融合架構(gòu)可以讓移動視頻客戶從 MEC 訪問 CDN）。3) 城域?qū)＞�覆蓋趨同：OTN 設(shè)備下沉到 OLT（Optical Line Terminal，光線路終端）、 BBU 等綜合業(yè)務(wù)接入機房后，通過光纖直驅(qū)、 SDH（SynchronousDigital Hierarchy，數(shù)字同步體系）/CPE（Customer Premise Equipment，客戶終端設(shè)備） /OTN 等末端小設(shè)備，接入最后 1~2 公里，提供大客戶專線業(yè)務(wù)，支持業(yè)務(wù)快速開通、端到端 SDH/OTN 硬管道業(yè)務(wù)，構(gòu)建超低時延精品城域?qū)＞�網(wǎng)絡(luò)。 BNG 仍然部署在區(qū)域核心機房，后續(xù)逐漸虛擬云化部署；OLT 通常部署在綜合接入機房，也有小型化 OLT 部署在用戶小區(qū)。4) 業(yè)界兩種主流網(wǎng)絡(luò)融合趨勢，匯聚層以上都是綜合承載：一種架構(gòu)是匯聚（OLT/Cloud BB）以上綜合承載，接入獨立承載；另外一種架構(gòu)是骨干和城域端到端綜合承載。

　　4、5G 時代的光傳送網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)演進

　　5G 開創(chuàng)了通信領(lǐng)域的新紀元，也給 OTN 承載網(wǎng)帶來了新機遇。 雖然依據(jù)網(wǎng)絡(luò)承載功能的不同，將 5G 承載網(wǎng)分為前傳、中傳和回傳三段不同架構(gòu)。 但無論何種架構(gòu)，相對 4G 時代，網(wǎng)絡(luò)對超大帶寬、超低時延和超高靈活調(diào)度的需求都是莫大的技術(shù)挑戰(zhàn)。 因此，光傳送網(wǎng)通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)傳輸技術(shù)性能飛躍，來適應(yīng) 5G 的網(wǎng)絡(luò)承載需求。5G承載網(wǎng)的最大挑戰(zhàn)是海量的帶寬增長，而帶寬的增長勢必帶來成本的增加，因此5G帶寬傳輸技術(shù)的關(guān)鍵是降低每bit、每公里的傳輸成本和功耗。 依據(jù)傳輸距離不同，5G低成本大帶寬傳輸技術(shù)分為短距非相干技術(shù)和中長距低成本相干技術(shù)兩大類。對于傳輸距離較短的場景（如5G前傳，光纖傳輸距離小于20km），基于低成本光器件和DSP算法的超頻非相干技術(shù)成為重要趨勢。 此類技術(shù)通過頻譜復(fù)用、多電平疊加、 帶寬補償?shù)菵SP算法，利用較低波特率光電器件實現(xiàn)多倍（2倍、4倍或更高）傳輸帶寬的增長，例如：（1）DMT（Discrete Multi-Tone，離散多頻音調(diào)制）技術(shù)：DMT對頻譜進行切割分成若干個子載波，據(jù)各個子載波的信噪比質(zhì)量決定調(diào)制模式，從而最大程度的利用頻譜資源。 DMT提速效果最大，應(yīng)用比較成熟，基于10 G光模塊能夠?qū)崿F(xiàn)50G信號傳輸。（2）PAM4（Pulse Amplitude Modulation，四電平脈沖幅度調(diào)制）技術(shù)：傳統(tǒng)OOK調(diào)制下，每個光信號只有高低兩個電平狀態(tài)，分別代表0和1；PAM4技術(shù)是一個多電平技術(shù)，每個光信號具有4種電平狀態(tài)，可以分別代表00、 01、 10和11，因此PAM4光信號攜帶的信息量是OOK信號的，從而將將傳輸速率提高一倍。對于更長的傳輸距離和更高的傳輸速率，例如中/回傳網(wǎng)絡(luò) 50/60 公里甚至上百公里的核心網(wǎng) DCI 互聯(lián)、 200G/400G 以上帶寬，相干技術(shù)是必須的，關(guān)鍵在于如何實現(xiàn)低成本相干。

　　基于硅光技術(shù)的低成本相干可插拔彩光模塊，是目前的一個技術(shù)發(fā)展方向，包括如下特點：（1）低成本：采用硅光技術(shù)，利用成熟高效的 CMOS（Complementary MetalOxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導體）平臺，實現(xiàn)光器件大規(guī)模集成，減少流程和工序，提升產(chǎn)能，使原先分立相干器件的總體成本下降。（2）相干通信：采用相干通信可以實現(xiàn)遠距離通信，頻譜效率高，支持多種速率可調(diào)節(jié)，如單波 100G、 200G、 400G。（3）可插拔模塊：硅光模塊采用單一材料實現(xiàn)光器件的多功能單元（除光源），消除不同材料界面晶格缺陷帶來功率損耗；硅光由于折射率高，其器件本身比傳統(tǒng)器件小，加之光子集成，硅光模塊尺寸可以比傳統(tǒng)分離器件小一個數(shù)量級；功耗降低和體積縮小，是的高密度的可插拔光模塊的是一線，常見的封裝方式有CFP （Centum Form-factor Pluggable，封裝可插拔）、 CFP2、 CFP4、 QSFP（Quad Small Form-factor Pluggable，四通道小型化封裝可插拔）等。

CFP、 CFP2、 CFP4 三種可插拔光模塊

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　（4）DCO 和 ACO 模塊：DCO 將光器件和 DSP 芯片一塊封裝在模塊里，以數(shù)字信號輸出，具有傳輸性能好，抗干擾能力強、 集成度高、整體功耗低、 易于統(tǒng)一管理維護的特點，其難點是較高的功耗限制了封裝的大小。 ACO 模塊的 DSP芯片放置在模塊外面，以模擬信號輸出，光模塊功耗更低，可以實現(xiàn)更小的封裝，但是模擬信號互聯(lián)會帶來性能劣化。超低時延是 5G 業(yè)務(wù)相對 4G 非常重要的一個性能提升，對承載網(wǎng)提出苛刻的要求。 毋庸置疑，基于 ROADM 的光層一跳直達是實現(xiàn)超低時延的最佳首選，但是只適用于波長級的大顆粒度傳輸與交換。 而對于波長級別以下的中小顆粒度，如 1G/2.5G/10G/25G 等，主要還是通過優(yōu)化 OTN 映射、封裝效率來降低時延。通過光層ROADM設(shè)備實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的光層直通，免去了中間不必要的光-電-光轉(zhuǎn)換，可以大幅降低時延。在技術(shù)實現(xiàn)上，基于WSS（Wavelength Selective Switching，波長選擇開關(guān)）技術(shù)的ROADM已經(jīng)成為業(yè)界，如下圖所示，這是一個典型CDC-ROADM（Colorless，Directionless & Contentionless ROADM，波長無關(guān)、方向無關(guān)、無阻塞RODAM）的技術(shù)實現(xiàn)方式，基于1xN WSS以及MCS（Multi-castSwitching，多路廣播開關(guān)）器件，通過各類WSS、耦合器、 Splitter等組件支持最大20個維度方向上的任意信道上下波。

典型 CDC-ROADM 架構(gòu)示意圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　隨著ROADM技術(shù)的持續(xù)演進，下一代ROADM將朝著更高維度、簡化運維的方向發(fā)展，基于MCS技術(shù)的WSS由于分光比太大，需要采用光放大器陣列進行補償，其未來演進受到限制，尤其是難以向更高維度發(fā)展。 MxN WSS技術(shù)是一個重要的發(fā)展方向，相對于MCS，其優(yōu)勢包括：（1）MxN WSS具有波長選擇性，能夠大幅降低分光損耗，減少光放大器需求，從而降低功耗，提高可靠性，能夠支持更多的維度方向（例如32維）；（2）MxN WSS具有更緊湊的結(jié)構(gòu)，有利于設(shè)備小型化。

基于 MxN WSS 技術(shù)的下一代 CDC-ROADM 架構(gòu)示意圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　當網(wǎng)絡(luò)逐漸走向全光架構(gòu)，波長數(shù)目大幅增長，需要對全網(wǎng)光層實施有效管理、 監(jiān)測和追蹤，是在全光網(wǎng)中最重要的技術(shù)。

　　通過給光信道分配波長標簽，可以在網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點設(shè)置監(jiān)測點，提取標簽信息，由此獲取每一個波長在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸路線、 業(yè)務(wù)信息與狀態(tài)，提高波長規(guī)劃、管理的效率。

　　目前商用OTN設(shè)備單點時延一般在10us~20us之間，主要原因是為了覆蓋多樣化的業(yè)務(wù)場景（比如承載多種業(yè)務(wù)、 多種顆粒度），添加了很多非必要的映射、 封裝步驟，造成了時延大幅上升。隨著時延要求越來越高，未來在某些時延極其苛刻場景下，針對特定場景需求進行優(yōu)化，超低時延的OTN設(shè)備單節(jié)點時延可以達到1us量級。 具體可以通過以下3個思路對現(xiàn)有產(chǎn)品進行優(yōu)化：

　　（1）針對特定場景，優(yōu)化封裝時隙

　　目前OTN采用的是1.25G 時隙，以傳送一個25Gbps的業(yè)務(wù)流為例，需要先分解成20個不同時隙來傳輸，再將這20個時隙提取恢復(fù)原始業(yè)務(wù)，這個分解提取的過程需要花費不少時延（~5us）。如果將時隙增大到5Gbps，這樣就可以簡化解復(fù)用流程，能夠有效降低時延（~1.2us），并且節(jié)省芯片內(nèi)緩存資源。

　　（2）簡化映射封裝路線

　　常規(guī)OTN中，以太業(yè)務(wù)的映射方式需要經(jīng)過GFP（Generic FramingProcedure，通用成幀規(guī)程）封裝與Buffer中間環(huán)節(jié)，再裝載到ODU flex容器，而在OTU線路側(cè)，需要時鐘濾波、 Buffer、串并轉(zhuǎn)換，整體時延因引入Buffer和多層映射封裝而增大。新一代的Cell映射方式基于業(yè)務(wù)容量要求做嚴格速率調(diào)度，映射過程采用固定容器進行封裝，可以跳過GFP封裝、 Buffer、串并轉(zhuǎn)換等過程，降低時延。

　　（3）簡化ODU映射復(fù)用路徑

　　OTN同時支持單級復(fù)用和多級復(fù)用，理論上每增加一級復(fù)用，時延將增加512ns。因此在組網(wǎng)是采用單級復(fù)用可以有效降低時延，如針對GE業(yè)務(wù)，多級復(fù)用（GE->ODU0->ODU2->ODU3->ODU4->OTU4）的時延約為4.5us，而單級復(fù)用（GE->ODU0->ODU4->OTU4）的時延約為2.2us。值得注意的是，在實際項目中，在追求極致時延特性的時候，也應(yīng)當權(quán)衡適用性、功耗、體積、芯片可獲得性、可靠性等其他因素，比如針對特定場景進行優(yōu)化，可能就會導致應(yīng)用場景受限。總之，隨著未來芯片架構(gòu)、工藝技術(shù)進一步提升，OTN設(shè)備可以通過多種渠道實現(xiàn)超低時延，逐步向理論極限逼近，同時更好地平衡其他性能參數(shù)。5G時代，能夠靈活調(diào)配網(wǎng)絡(luò)資源應(yīng)對突發(fā)流量是5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵特征要求。對于網(wǎng)絡(luò)的靈活帶寬特性，依據(jù)承載硬件系統(tǒng)的邏輯管道容量與傳輸業(yè)務(wù)大小的匹配度，分為兩種情況：（1）邏輯管道大于傳輸業(yè)務(wù)顆粒度，則單個邏輯管道承載多顆粒度業(yè)務(wù)，通過ODUflex技術(shù)實現(xiàn)傳輸帶寬靈活配置和調(diào)整，以提高傳輸效率；（2）邏輯管道小于傳輸業(yè)務(wù)顆粒度，則需要考慮多端口綁定及帶寬分配，如FlexO技術(shù)。 此外，對于網(wǎng)絡(luò)端到端的管理和控制，進行高效的網(wǎng)絡(luò)部署和靈活的資源動態(tài)分配，完成業(yè)務(wù)快速發(fā)放，則需要利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）等新型集中式智能管控技術(shù)來實現(xiàn)。傳統(tǒng)ODUk按照一定標準容量大小進行封裝，受到容量標準的限制，容易出現(xiàn)某些較小顆粒的業(yè)務(wù)不得不用更大的標準管道容量進行封裝，造成網(wǎng)絡(luò)資源浪費。 ODUflex，即靈活速率的ODU，能夠靈活調(diào)整通道帶寬，調(diào)整范圍為1.25G~100G，其特點有：（1）高效承載。提供靈活可變的速率適應(yīng)機制，用戶可根據(jù)業(yè)務(wù)大小，靈活配置容器容量，保證帶寬的高效利用，降低每比特傳輸成本。

ODUflex 靈活配置容器容量示意圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　（2）兼容性強。適配視頻、存儲、數(shù)據(jù)等各種業(yè)務(wù)類型，并兼容未來IP業(yè)務(wù)的傳送需求。下圖中映射路徑為：FC4G->ODUflex->ODU2;其中， ODUflex映射到ODU2中4個時隙，剩余時隙可用來承載其他業(yè)務(wù)， 帶寬利用率可達100%。

ODUflex 映射過程示意圖（FC4G->ODUflex->ODU2）

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　由于網(wǎng)絡(luò)邊緣接入業(yè)務(wù)將會非常復(fù)雜，如5G、 物聯(lián)網(wǎng)、專線等，業(yè)務(wù)也具有臨時性，因此還需要管道能夠根據(jù)實際業(yè)務(wù)帶寬大小，進行無損調(diào)節(jié)，這就要求支持ITU-T的G.HAO（Hitless Adjustment of ODUflex，ODUflex的無損傷調(diào)整）協(xié)議，該協(xié)議支持根據(jù)接入業(yè)務(wù)速率大小，動態(tài)的為其分配N個時隙，然后再映射到高階ODU管道中，如果接入業(yè)務(wù)速率發(fā)生變化，通過G.HAO協(xié)議，網(wǎng)管控制源宿之間所有站點都會相應(yīng)調(diào)整分配時隙個數(shù)，從而調(diào)整ODUflex的大小，保證業(yè)務(wù)無損調(diào)節(jié)。針對5G承載，ODUflex是應(yīng)對5G網(wǎng)絡(luò)切片的有效承載手段，通過不同的ODUflex實現(xiàn)不同5G切片網(wǎng)絡(luò)在承載網(wǎng)上的隔離。光層FlexGrid技術(shù)的進步，客戶業(yè)務(wù)靈活性適配的發(fā)展，催生了OTN層進一步靈活適應(yīng)光層和業(yè)務(wù)適配層的發(fā)展，業(yè)界提出了FlexO技術(shù)。靈活的線路接口受限于實際的光模塊速率，同時域間短距接口應(yīng)用需要低成本方案，F(xiàn)lexO應(yīng)運而生。FlexO接口可以重用支持OTU4的以太網(wǎng)灰光模塊，實現(xiàn)N*100G短距互聯(lián)接口，使得不同設(shè)備商能夠通過該接口互聯(lián)互通。 FlexO提供一種靈活OTN的短距互聯(lián)接口，稱作FlexO Group，用于承載OTUCn，通過綁定N*100G FlexO接口實現(xiàn)，其中每路100G FlexO接口速率等同于OTU4的標準速率。 FlexO主要用于如下兩種應(yīng)用場景。

FlexO 連接路由器和傳送設(shè)備示意圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　場景一是用于路由器和傳送設(shè)備之間，如圖 30所示，路由器將數(shù)據(jù)流量封裝到ODUk/ODUflex，然后復(fù)用到ODUCn/OTUCn完成復(fù)用段及鏈路監(jiān)控，最終通過N*100G FlexO接口承載OTUCn信號完成路由器和傳送設(shè)備之間互聯(lián)互通。

FlexO IrDI 連接 OTN 管理域示意圖

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

　　場景二是作為域間接口用于不同管理域之間的互聯(lián)互通，如圖 31所示，該域間接口的OTN信號為OTUCn，通過N*100G FlexO接口承載OTUCn信號實現(xiàn)。當前N*100G FlexO接口的標準化工作已經(jīng)完成，隨著IEEE802.3 200GE/400GE標準的逐步完善， ITU-T/SG15正逐步開展相關(guān)M*200G/400G FlexO接口研究和標準制定工作，豐富OTN的短距互聯(lián)接口能力。2012年，業(yè)界首次提出了傳送SDN（TSDN：Transport Software DefinedNetworks）解決方案，這是SDN技術(shù)在傳送網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和擴展。其中最主要和最有價值的用例是BoD (Bandwith on Demand，即帶寬隨需發(fā)放)：客戶通過終端/Portal預(yù)訂帶寬服務(wù)，TSDN控制器掌控全網(wǎng)設(shè)備信息，并且在后臺對資源進行自動統(tǒng)一調(diào)配，實現(xiàn)業(yè)務(wù)的快速發(fā)放。 該項服務(wù)能夠更好地滿足云數(shù)據(jù)中心互聯(lián)和企業(yè)云專線提出的動態(tài)按需大帶寬的訴求，提升網(wǎng)絡(luò)資源利用率和客戶帶寬體驗。除此之外，TSDN還可以配合OTN時延測量技術(shù)，實現(xiàn)全網(wǎng)時延信息可視化，并進行最短時延路徑的尋找、規(guī)劃、管理、保護等操作。未來的5G網(wǎng)絡(luò)則對TSDN解決方案提出更具挑戰(zhàn)的訴求。傳送網(wǎng)絡(luò)不僅要自身具備高效的動態(tài)按需切分網(wǎng)絡(luò)的能力，以滿足不同業(yè)務(wù)的帶寬、可靠性和低時延承載要求，還需要與上層的IP及無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)同起來，實現(xiàn)跨域跨層的帶寬和資源協(xié)同，保證端到端的業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量要求。其中除了協(xié)同切片算法外，傳送網(wǎng)絡(luò)的北向切片API將是支撐端到端切片協(xié)同的關(guān)鍵紐帶。 OIF/ONF也正在制定VTNS（Virtual Transport Network Service）業(yè)務(wù)規(guī)范和相關(guān)北向API模型，以應(yīng)對未來新業(yè)務(wù)的挑戰(zhàn)。

　　5、總結(jié)與展望

　　光傳送網(wǎng)是現(xiàn)代經(jīng)濟、社會的大動脈，未來隨著5G應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)云化進程逐步鋪開，給傳送網(wǎng)帶來的不僅僅是流量的攀升，超低時延、 高可靠、高度靈活、智能化等等都是傳送網(wǎng)即將面臨的挑戰(zhàn)。 現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在一定程度上已經(jīng)無法滿足這些要求，我們相信通過上述解決方案和關(guān)鍵技術(shù)，能夠幫助未來更好地應(yīng)對5G時代的挑戰(zhàn)。對于超大帶寬需求，在短距前傳領(lǐng)域，通過非相干技術(shù)，目前已經(jīng)能實現(xiàn)5倍速率擴展。 未來隨著DSP超頻技術(shù)的發(fā)展，將進一步實現(xiàn)包括10倍以上的更高速率擴展。 而在中/回傳方面，基于硅光技術(shù)、 光子集成技術(shù)的低成本相干模塊將在百公里傳輸距離上滿足帶寬和成本的最優(yōu)配置。對于網(wǎng)絡(luò)靈活調(diào)度需求，可借助ODUflex、 FlexO、 ROADM/OXC（OpticalCross Connection，全光交叉）等帶寬靈活調(diào)度和調(diào)整技術(shù)，并通過引入SDN實現(xiàn)端到端的網(wǎng)絡(luò)綜合管控，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的最優(yōu)配置和管道的最大利用效率，完成快速業(yè)務(wù)發(fā)放。對于運營商而言，5G只是一種重要業(yè)務(wù)，承載網(wǎng)絡(luò)必須考慮所有業(yè)務(wù)的綜合承載。基于光傳送網(wǎng)技術(shù)自身的大帶寬、透明傳輸?shù)葍?yōu)點，OTN/WDM綜合業(yè)務(wù)承載網(wǎng)可以為5G、 固定寬帶、云和政企專線等業(yè)務(wù)提供統(tǒng)一的綜合承載服務(wù)。 OTN標準完善，產(chǎn)業(yè)成熟，可以滿足5G承載的提出的大帶寬、低時延、高精度時鐘、高可靠等多數(shù)需求，在此基礎(chǔ)上通過技術(shù)演進補足短板，是實現(xiàn)5G高效承載的一條風險和成本俱佳的技術(shù)演進路線。為了滿足5G前傳低成本和低時延的需求，需要對OTN技術(shù)進行簡化，包括減少復(fù)用層級、簡化開銷、使用更大的支路時隙（TS）等。同時，為了滿足中傳/回傳在靈活組網(wǎng)方面的需求，需要考慮在增強OTN分組處理能力的基礎(chǔ)上，增強路由轉(zhuǎn)發(fā)功能。