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5G商用在即,新型光纤准备好了吗?

发表时间:2019-03-08 07:53

5G建设将带来巨大的光纤光缆需求,那么在新的5G网络架构下,会需要哪些技术更加先进的新型光纤光缆?

据了解,5G网络主要实现增强型移动宽带(eMBB)、大规模机器通信(mMTC)、高可靠低时延通信(uRLLC)三类典型应用场景,因此对承载网提出了很多要求。

为此,工业和信息化部通信科学技术委员会常务副主任韦乐平指出,首先是速率和带宽;其次是延时性能,要满足ms级的端到端业务部署,实现架构优化和扁平化,减少光缆绕转路由,以及引入MEC(移动边缘计算)和1μs级的超低延时设备;再次是网络架构调整,包括CU/DU分离、核心网云化等;最后是成本挑战,传输成本降速要求是摩尔定律的一半,前传网络容量最大,压力也最大。

显而易见,这些要求对5G网络的架构提出了新的挑战,更需要大量新型光纤来满足未来的实际需求。

根据IMT-2020(5G)推进组发布的《5G承载网络架构和技术方案白皮书》,5G承载网组网架构主要包括城域与省内干线两个层面,其中城域内组网则包括接入、汇聚和核心三层架构。

5G承载网不同的网络阶段,对光纤网络传输的性能提出了不同的要求,因此将会用到高抗弯光纤、多模光纤、小型化和高密度光缆等新型光纤光缆。

不过,需要指出的是,不同运营商会根据现有网络资源的特点,灵活调整5G承载网的建设方式,其所使用和需求的光纤光缆类型会存在一定的差异。

城域接入层需要什么光纤

城域接入层一般分为5G前传和5G中回传两个阶段,且每个部分所采用的技术方案略有不同,对光纤光缆的需求亦有不同。

据悉,5G前传主要有D-RAN(分布式无线接入网)和C-RAN(集中式无线接入网)两种场景,其中C-RAN又可细分为C-RAN小集中和C-RAN大集中两种部署模式。D-RAN场景相对简单,AAU(有源天线单元)和DU(有源天线单元)一般分别部署在塔上和塔下,连接距离一般在150m以内;C-RAN场景对应的拉远距离通常在10km以内。考虑成本和维护便利性等因素,5G前传将以光纤直连为主,局部光纤资源不足的地区,可通过设备承载方案作为补充。

D-RAN组网方式,在5G建设初期较为常见。因为在这一时期,大部分基站是由4G基站升级而来,而4G基站中仍有很多采用D-RAN组网方式,所以这种方式在基站向5G升级时会继续沿用,此时为保证兼容性,其扩容所需的光纤与4G基站原有光纤基本保持一致,即G.652.D光纤。这也是目前国内运营商首选的部署方案。

不过,值得注意的是,5G前传一般通过CPRI和eCPRI协议,要求DU和AAU间的链接采用25G或100G光模块。据了解,从造价上看,基于VCSEL的多模光模块的成本不到基于DFB单模光模块的三分之一。因此多模光模块+多模光纤的连接方案在D-RAN场景下具有低成本、低功耗的特点,这就为多模光纤走出数据中心,扩展到5G基站网络部署提供了可能。

与4G相比,5G所使用的频率更高,单基站覆盖范围较4G小,这意味着5G网络需要更多的基站加以覆盖,同时5G部署中后期,更多基站采用C-RAN模式部署,BBU(室内基带处理单元)与RRU(远端射频模块)的距离拉大,为降低建设成本,绝大部分场景通过光纤直连,但这种方案需要大量光纤资源和管道敷设资源。

因而,在此场景下,需要高抗弯曲、小型化高密度光纤,即G.657.A2。

5G中回传承载网络方案的核心功能要满足多层级承载网络、灵活化连接调度、层次化网络切片、4G/5G混合承载以及低成本高速组网等承载需求,支持L0——L3层的综合传送能力,可通过L0层波长、L1层TDM通道、L2和L3层分组隧道来实现层次化网络切片。

其中L0层光层需采用大宽带技术。鉴于5G中回传传输距离一般不超过40km,组网方式以环网为主,少量为链型或星型链路,线路接口要求带宽最高至100Gbps灰光或N×50Gbps WDM彩光,普通的G.652光纤就能满足上述要求。

这也与运营商现网需求和实际情况基本保持一致。中国移动研究院网络技术研究所高级工程师张德朝表示,5G中回传使用的光纤类型,与4G时代相同,均为G.652.D光纤,尽可能地共享现有铺设光纤资源。

城域网汇聚核心层需要什么光纤

在5G承载网架构中,汇聚层的主要作用在于连接接入层和核心层,是5G回传的一部分。

据悉,汇聚层的传输距离不超过80km,不过需要汇聚5G城域网接入层的所有数据流量,线路接口带宽将达到200Gbps灰光或N×100Gbps WDM彩光。在这一层,国内运营商主要选择的仍然是G.652.D光纤,这也是当下国内大多数光通信厂商的主力产品。

相比汇聚层,核心层是城域网的最后一个层级,向上将直连省级干线网和骨干网,显然是城域网各个层级中处理的流量最大的层级。根据《5G承载网络架构和技术方案白皮书》,5G城域网核心层一般采用环网或双上联链路的方式组网,线路接口带宽峰值将提升至400Gbps灰光或N×400Gbps WDM彩光,但是该层网络传输距离亦不超过80km,低成本、大带宽的G.652.D光纤便可以满足实际布网需求。

省干网需要什么光纤

不过,与城域网相比,省干网的传输距离要长得多,一般会达到几百km,线路接口带宽峰值将提升至400Gbps灰光或N×400Gbps WDM彩光。显而易见,在省干网中采用400G系统比100G系统有更高的频谱效率和单位比特成本和功耗的优势。这意味着,在5G规模建网之后,400G系统的需求便会规模出现,G.654.E光纤就有了用武之地。

毕竟,该类光纤有效面积比常规G.652.D光纤增大约50%,可有效降低高阶调制信号的非线性效应;在1550nm窗口的典型衰减值比常规G.652.D光纤降低了约20%,这两种优势的叠加,使该光纤比常规G.652.D光纤的传输性能有大幅提升,可有效延长400G系统传输距离。

面向未来

2019年,三大运营商在全国十余个城市开展5G规模测试,进行网络先期部署,为下半年试商用做准备。有产业链内部人士预测,今年5G建设需求光纤光缆数量在2亿——2.5亿芯公里。

随着2020年5G正式商用,运营商将加快网络部署步伐,光纤光缆需求量亦会水涨船高,预计未来五年需求会呈现逐步增长趋势,需求峰值会出现在未来3——5年。

不过从运营商现网需求和实际情况来看,G.652.D光纤需求量仍占大多数。今年前不久,中国移动启动了2019年普通光缆产品集采,所需求的1.05亿芯公里普通光缆中的光纤就是G.652.D普通光纤。

不过,5G的高速率、低时延等特性对光纤容量及连接密度提出更高要求,对网络拓扑优化提出挑战,光纤基础设施架构、功能、拓扑和光纤类型都将发生变化。这意味着新型光纤光缆产品会逐步应用到以后的5G网络部署之中。

特别是城域网,为提高基础资源利用率,将逐渐向一张网络同时承载无线、固定宽带、专线、数据中心互联等多种业务的方向发展演进。因此,《5G承载网络架构和技术方案白皮书》指出,除了高抗弯光纤、小型化和高密度光缆、多模光纤之外,还可能会出现适用于前传的单模和多模通用光纤以及多模和单模光纤共缆的新需求。

5G新网络不仅推动运营商进行网络重构和云化,使光纤光缆需求量持续走高,更为重要的是,还促进了新型光纤光缆产品的研发,从而提高了国产光通信产业的整体实力。



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