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5G前传技术

5G 承载网络要满足大带宽、低延时、广覆盖的要求,同时由于接入基站数量的增加又使得光纤资源和成本的压力非常大,这点在前传部分体现尤为明显。因此,更具不同的应用场景和不同运营商的现有网络特点,在 5G 承载网里出现了很多种不同的前传技术。图中列出了 5G 承载网里几种主要的前传技术:包括使用光纤直连、无源点到点WDM技术、无源WDM-PON、有源WDM技术。

使用光纤直连

光纤直连技术较为传统,使用普通的25G灰光模块进行直连,可选用双纤双向的25G-LR/ER或是25G-BIDI模块进行直连,部署简单,成本较低,光纤利用率较低。

使用无源WDM

无源 WDM,就是说多个光模块使用不同的波长,通过无源的波长选择器件直接复用到一根光纤上去;用在无源 WDM 里的光模块有多种可能性,一种是把光模块的波长做成可调的,这样在组网的时候,每个光模块可以根据网络需要去配置波长,但是 25G 速率的可调谐激光器成本比较高;另一种是采用不同固定波长的光模块,实际使用中人为做一些组合,这样光模块成本较低,但后续维护的难度和工作量比较大。

有源波分复用(Active WDM)

有源 WDM 就是通过传输网设备来接入基站,并基于传输网技术进行多个波长的复用。传输网的技术已经非常成熟,也有非常成熟的网管信息,维护比较简单。但这种技术需要增加传输网设备,用于前传部分的话组网成本会比较高。相比无源波分方案,有源波分/OTN 方案有更加自由的组网方式,可以支持点对点及组环网两种场景。其特点是可靠性高,扩展性好,有丰富的网管信息。

PON(Passive optical network)

PON 即无源光网络,这个技术在 FTTH(光纤到户)等接入网领域已经广泛应用。在 5G 承载网中,PON 最大的好处是可以多个 ONU(Optical Network Unit)节点通过时分复用的方式共用一根光纤来和 OLT(Optical Line Terminal)进行通信,所以说可以大大节省光纤资源,解决一些分散用户接入的问题。但由于 PON 是通过时分复用共享网络带宽的,每个节点分配到的实际带宽是有限的,所以主要用于小基站接入或者解决建网初期的覆盖问题。

纳多德5G前传光模块

25Gb/s双纤双向灰光模块

25Gb/s双纤双向灰光模块的典型传输距离包括300m和10km。300m光模块通常用于基站的塔上塔下互连,10km光模块主要用于传输距离更远或链路损耗更大的AAU与接入机房(站点)之间的光纤直连场景。

光模块可采用25G和10G两种波特率的激光器芯片来实现。25G波特率工业级激光器芯片可靠性要求与量产工艺要求较高,市场供应渠道有限。10G波特率工业级激光器芯片能充分利用成熟的供应链,可有效降低光模块成本,目前业界主要有超频、PAM4高阶调制两种实现方案。

25Gb/s单纤双向灰光模块

BiDi光模块具有节省50%的光纤资源、上下行等距可有效保证高精度时间同步等优势,具体时延对称性优势分析详见本白皮书第四部分,典型传输距离10km、15km、20km。25G BiDi的技术方案主要有两种,一是利用不同波长的波分复用(WDM)实现,二是利用相同(或不同)波长结合环形器的方式实现。

25Gb/s彩光模块

针对无源的 WDM 应用场景,需要多个光模块工作在不同的波长来复用一根光纤。要实现这一点有两种方式,一种是做一批不同的固定波长的光模块,另一种是采用波长可调谐的光模块。固定波长的比较好理解,比如如果打算 8 个模块用 8 个波长复用一根光纤,就针对每个波长各做一种光模块。波长可调谐的光模块简称可调模块,从字面上可以看出就是波长是可调节的,可调模块可简化WDM系统维护,做到备件归一化。

50Gb/s单纤双向/双纤双向灰光模块

50Gb/s光模块的典型传输距离在40km及以内,技术方案主要基于25G波特率的光芯片和脉幅调制(PAM4)调制格式;对上下行时延对称性要求较高的应用场景可采用50Gb/s BiDi光模块,拟采用WDM技术方案。

PAM4是PAM(Pulse Amplitude Modulation,脉冲幅度调制)调制技术的一种,也是多阶调制技术的代表;NRZ和PAM4信号典型波形如下图所示。其中,右侧为NRZ和PAM4的光眼图对比,NRZ为单眼波形,PAM4为三眼波形(y轴方向存在3个眼状图形)。

NRZ信号采用高、低两种信号电平表示数字逻辑信号的1、0,每个时钟周期可以传输1bit的逻辑信息。PAM4信号采用4个不同的信号电平进行信号传输,每个时钟周期可以传输2bit的逻辑信息,即00、01、10、11。

5G是通信史上的关键里程碑,市场巨大,挑战甚多。纳多德将一如既往,不断为客户提供设计创新和方案领先的光互连产品,通过先进的产品、专业的技术团队和强大的服务能力,高效支撑5G传输网络的持续稳定发展。

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