中國(guó)電信唐建軍：5G組網(wǎng)對(duì)光通信器件模塊的發(fā)展影響

  ICC訊  （編輯：Jane）5月29日，訊石成功舉辦2020年第一場(chǎng)光通信線上研討會(huì)—“新基建下的光通信發(fā)展機(jī)遇”，會(huì)議上，中國(guó)電信研究院光傳輸專家唐建軍帶來(lái)了《5G組網(wǎng)對(duì)光通信器件模塊的發(fā)展影響》的主題演講，并在演講中為觀眾解答疑惑，問(wèn)答氣氛熱烈，演講獲得一致好評(píng)。

  唐博士的演講分為三個(gè)部分：一、5G共建共享及其需求;二、5G前傳需求及方案;三、5G對(duì)光通信器件模塊的需求。唐博士首先提到共建共享是5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的必然選擇，繼中國(guó)電信與中國(guó)聯(lián)通合作之后，2020年5月20日中國(guó)移動(dòng)宣布與中國(guó)廣電進(jìn)行5G合作，全國(guó)將建成2張5G網(wǎng)絡(luò)。

  DRAN場(chǎng)景下光纖直驅(qū) CRAN場(chǎng)景下xWDM成為主流

  在5G承載技術(shù)方案與產(chǎn)業(yè)研究方面。唐博士提到，5G回傳的方案相對(duì)統(tǒng)一，接入層是25G、50G為主，在建設(shè)初期，5G的帶寬和容量尚未擴(kuò)大，25G第一級(jí)回傳基本滿足需求，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大和網(wǎng)絡(luò)的集中，將來(lái)50G、100G將會(huì)在接入層出現(xiàn)。在匯聚層和核心層，當(dāng)前以100G為主，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大和網(wǎng)絡(luò)的集中，到未來(lái)可能會(huì)到400G，甚至可能會(huì)用波分的技術(shù)去提升容量。

  在5G前傳方面存在幾種技術(shù)，最成熟的CWDM是發(fā)展最早且最成熟的，它可以支持6波，LWDM/MWDM支持12波25G，并可以進(jìn)一步節(jié)省光纖。對(duì)于光模塊來(lái)說(shuō)，前傳25G/10G的接口是兼容的，這方面技術(shù)也非常成熟。對(duì)100G來(lái)說(shuō)需要高密度及低功耗的封裝，比如SFP28。5G建設(shè)的整體要求需要達(dá)到低成本且互聯(lián)互通，互聯(lián)互通本質(zhì)上也是進(jìn)一步降低成本。

  共建共享的模式下，CRAN將成為主要應(yīng)用場(chǎng)景。CRAN具備以下幾種優(yōu)勢(shì)：一、CRAN方式相對(duì)DRAN可減少末端機(jī)房及傳輸設(shè)備需求，節(jié)省站址獲取、機(jī)房租金及傳輸成本，理論上集 中度越高效果越明顯;二、由于DU集中放置便于統(tǒng)一維護(hù)，因此在建設(shè)成本和維護(hù)成本上較DRAN有一定優(yōu)勢(shì)，CRAN將成為5G建設(shè)的主要部署模式 ;三、同時(shí)CRAN方式可實(shí)現(xiàn)DU的池組化或云化，實(shí)現(xiàn)基帶資源的共享和多站間的業(yè)務(wù)協(xié)同。因?yàn)镃RAN對(duì)前傳光纖消耗較較大，xWDM將成為主流。

  唐博士舉例電信聯(lián)通共建共享分析，當(dāng)共建共享后，100M變?yōu)榱?00M，站型從S111升級(jí)為S222，也就是說(shuō)，3.5GHz載頻的前傳需求光模塊從3個(gè)25G變成6個(gè)25G。隨著5G的發(fā)展，將來(lái)會(huì)引入更多10G前傳接口需求。在頻譜為3.5GHz 200MHz+2.1GHz下，將用到6個(gè)25Gb/s +3個(gè)10Gb/s(單錨點(diǎn))或6個(gè)25Gb/s +6個(gè)10Gb/s(雙錨點(diǎn));將來(lái)3.5GHz 200MHz+2.1GHz+1.8GHz的頻譜中，將采用6個(gè)25Gb/s +4個(gè)/8個(gè)10Gb/s。

  面向DRAN的應(yīng)用場(chǎng)景下，光模塊的傳輸為傳輸距離較短使光纖成本的敏感度降低，因此，唐博士認(rèn)為25Gb/s BiDi方案是比較靠譜的方案。2018年開(kāi)始，25Gb/s BiDi的技術(shù)已經(jīng)深入研究并制定標(biāo)準(zhǔn)。該方案內(nèi)部采用DML+PIN的方式，成本較低且支持工溫，可靠高等優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)業(yè)走向成熟，多廠商支持且可互聯(lián)互通。

  面向CRAN的應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)，光纖直驅(qū)對(duì)光纖的消耗則太大，不具優(yōu)勢(shì)。對(duì)于CRAN的解決方案有幾種。無(wú)源CWDM方案是最成熟的，采用DML+PIN的方式。無(wú)源CWDM方案的優(yōu)勢(shì)為方案簡(jiǎn)單，無(wú)溫控(TEC)，成本低 ;4波CWDM在數(shù)據(jù)中心有海量應(yīng)用，6x10G CWDM 方案在4G前傳有應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)鏈成熟;支持100MHz載頻的單站單纖。近期，在中國(guó)移動(dòng)各省公司和電信集團(tuán)集采推動(dòng)下，出貨量達(dá)到幾十萬(wàn)，價(jià)格下降快。

  3通道25G CWDM更經(jīng)濟(jì) 6通道25G LWDM更具性能優(yōu)勢(shì)

  無(wú)源CWDM方案面臨以下幾個(gè)問(wèn)題：1.面向共建共享的200MHz載頻，需要2芯/2套系統(tǒng);2.維護(hù)余量不足;3.產(chǎn)品合格率壓力;4.環(huán)境高低溫考驗(yàn)。CWDM從3*25G升級(jí)支持6*25G可選方案中，方案一：C-band，需要高成本EML+PIN方案，成本較高，暫不可行。方案二：利用環(huán)形器，采用同波方案，在現(xiàn)有CWDM6波基礎(chǔ)上，擴(kuò)展支持12波，但將面臨插損指標(biāo)，反射影響及產(chǎn)業(yè)鏈支持不足三大挑戰(zhàn)。

  除此之外，業(yè)界正在研究的單纖12×25 WDM前傳三種方案為：由中國(guó)移動(dòng)主導(dǎo)，產(chǎn)業(yè)封閉的MWDM(中等波分復(fù)用)方案;中國(guó)電信+信通院聯(lián)合牽頭，產(chǎn)業(yè)開(kāi)放的LWDM(細(xì)波分復(fù)用);中國(guó)聯(lián)通主導(dǎo)的G.Metro(DWDM密集波分復(fù)用)，三種方案各具特點(diǎn)。

  MWDM(中等波分復(fù)用)方案技術(shù):采用在CWDM的6波基礎(chǔ)上，左右各拉偏3.5nm，光模塊方案采用低成本DML+PIN/APD+TEC(溫控)，成本偏高，合分波采用TFF(薄膜濾波)實(shí)現(xiàn)。目前該方案的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀上，擴(kuò)展支持10G通道的方案未明確，理論上講可利用現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)鏈擴(kuò)展3通道10G或再定制擴(kuò)展6通道10G。

  LWDM(細(xì)波分復(fù)用)技術(shù):工作波長(zhǎng)位于零色散點(diǎn)附近，色散代價(jià)小(<1dB)，可擴(kuò)展性好;光模塊采用低成本DML+低成本PIN+TEC(溫控)，25G光模塊成本高于CWDM;合分波采用TFF(薄膜濾波)實(shí)現(xiàn)。從中國(guó)電信目前進(jìn)展來(lái)看，該方案光模塊樣品已完成研發(fā)，至今已完成7個(gè)光模塊廠商、5個(gè)復(fù)用器/解復(fù)用器廠商樣品測(cè)試。LWDM性能優(yōu)異，部分廠商的CWDM 的長(zhǎng)波長(zhǎng)色散代價(jià)較大，有待進(jìn)一步優(yōu)化。為匹配5G建設(shè)要求，LWDM最早下半年可集采和規(guī)模應(yīng)用。

  G. Metro(DWDM密集波分復(fù)用)方案：采用100GHz(0.8nm)波長(zhǎng)間隔DWDM技術(shù)，采用單纖雙向結(jié)構(gòu)，前20波與后20波間隔700GHz ，光模塊采用高成本EML+低成本PIN+TEC(溫控)，采用AWG實(shí)現(xiàn)合分波。該方案采用高成本可調(diào)諧EML+TEC+PIN方案，技術(shù)方案可行，但目前在產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀面臨成本壓力較大。

  綜合來(lái)看，唐博士認(rèn)為DRAN前傳距離短，一般采用光纖直驅(qū)，推薦采用BiDi。CRAN場(chǎng)景下前傳距離長(zhǎng)，由于光纜的資源有限，新建光纜的成本高，建設(shè)周期長(zhǎng)，一般采用WDM技術(shù)。而對(duì)于3通道25G，CWDM更經(jīng)濟(jì)，對(duì)于6通道25G，LWDM具有性能優(yōu)勢(shì)。

  前傳光模塊需求以CWDM為主 TFF需求巨大

  截至2020年3月底，三大運(yùn)營(yíng)商共在全國(guó)開(kāi)通5G基站約20萬(wàn)個(gè)。中國(guó)移動(dòng)累計(jì)開(kāi)通超過(guò)9萬(wàn)個(gè)，中國(guó)電信累計(jì)開(kāi)通7.5萬(wàn)個(gè)(自建5萬(wàn)個(gè))，中國(guó)聯(lián)通累計(jì)開(kāi)通6萬(wàn)個(gè)(自建4.9萬(wàn)個(gè))，中國(guó)廣電正在全國(guó)40個(gè)大中型城市建設(shè)基于700MHz頻段的5G網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)三大運(yùn)營(yíng)商2020年的5G建設(shè)計(jì)劃，全國(guó)共將建成50萬(wàn)個(gè)基站數(shù)。根據(jù)第三方預(yù)測(cè)：5G基站5年建設(shè) 600-700萬(wàn)個(gè)。

  談到5G對(duì)光模塊的需求，前傳方面涉及到多種技術(shù)。唐博士認(rèn)為，當(dāng)前DRAN場(chǎng)景下BiDi是很明確的，而CRAN的場(chǎng)景下，以CWDM為主，將來(lái)有可能為L(zhǎng)WDM或CWDM，主要看產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與成本。回傳方面，主要第一級(jí)回傳或接入層主要為25G、50G，匯聚及往上可能采用100G，主要采用低成本相干技術(shù)，要求 80km及以上，將來(lái)可能采用400G。

  5G對(duì)復(fù)用/解復(fù)用器的需求方面，5G主要部署模式為CRAN，其前傳以xWDM為主 。 現(xiàn)有方案以CWDM、LWDM、MWDM為主，不管哪種方案都需要采用TFF濾波片實(shí)現(xiàn)，市場(chǎng)對(duì)TFF的需求巨大。

  4G改變生活，5G改變社會(huì)。國(guó)內(nèi)5G牌照頒發(fā)后，5G基站建設(shè)緊鑼密鼓，我們相信5G很快走進(jìn)生活，成為數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新引擎。