眾所周知，5G無線移動通信技術已經成為我們國家的一個非常重要的戰略方向和推動社會進步的革新技術。5G的商用化離不開一個成熟穩定的通信網絡，因此，5G網絡是商用化過程中非常重要的基礎設施。

雖然稱之為無線移動通信，實際上只有從終端到基站間的無線接入網(RAN:Radio Access Network)部分是走的無線信號，基站之后的數據傳輸都是依賴于一個穩定可靠的光承載網絡(OTN:Optical Transport Network)。

5G技術需要同時兼顧高帶寬(eMMB:Enhanced Mobile Broadband)、高可靠低時延(uRLLC:Ultra Reliable & Low Latency Communication)、大連接(mMTC:MassiveMachine Type Communication)等多種應用場景，這對網絡建設提出了很多全新的要求。光承載網絡的帶寬、覆蓋能力、時延、可靠性、定時精度、擴展能力等直接影響到5G網絡能夠提供的服務質量。下圖是5G承載網相對于4G時代的架構變化以及不同業務對于時延的要求。

5G的光承載網絡相對于4G來說有幾個比較大的變化。首先，5G的網絡帶寬比4G高1～2個數量級，同時時延可以比4G小1個數量級，這是網絡本身帶寬和時延性能的提升。其次，5G承載網絡的架構和4G也有一些比較大的區別， 比如說4G的時候，是BBU(基帶單元)和RRU(射頻拉遠單元)之間用光纖通過CPRI協議來進行射頻單元拉遠的。

在5G時代的話，我們可能會把BBU的一些功能再做一些分配。比如說把一些跟波束成形和大規模MIMO有關的一些物理層底層功能和射頻部分及天線放在一起，這在5G里面稱為AAU(Active Antenna Unit，即有源天線單元)。另外，會把一部分對實時性要求比較高的業務(如無線鏈路控制、物理層高層功能等)放在DU(Distribute Unit，即分布單元)里面，并把一些跟時延不太敏感的業務(比如無線資源控制、分組數據匯聚等)放在CU(CentralizedUnit，即集中單元)里面。

因此，整個的5G的光纖承載網絡就分為了前傳(Fronthaul)、中傳(Midhaul)和回傳(Backhaul)幾個部分。根據具體的組網需求，也可能把某些部分合并，比如可以把DU和CU合并在一起，這樣就沒有中傳了；回傳部分連接的是核心網，核心網這部分正在慢慢地云化，可能更多的會使用一些類似數據中心的技術。

5G承載網絡跟4G網絡相比一個比較大的變動在前傳部分。在4G移動通信時代，普遍采用的前傳技術是用6Gbps或10Gbps的光纖承載CPRI(CommonPublic RadioInterface)協議進行射頻前端的拉遠。CPRI是直接把射頻前端數字化后的I/Q數據映射到數據幀里進行傳輸，由于有固定的幀結構，時延穩定性和定時特性都比較好。

但到了5G時代，由于更高帶寬、更復雜調制方式及MIMO(大規模陣列天線)技術的采用，使得射頻通道直接映射下來的I/Q數據量可能比4G增加了幾十倍，直接采用光纖進行傳輸的實現成本太高。于是，CPRI組織在2017年發布了eCPRI的標準(CPRIOver Ethernet)，這個標準中把原來BBU一部分物理層的底層功能和射頻單元放在一起(合稱 AAU)，對射頻的I/Q數據流進行一些預處理，把真正的業務數據提取出來再通過以太網協議進行傳輸，從而大大壓縮了對于前傳網絡的帶寬需求。

另外，由于以太網技術本身的組網和數據交換更加靈活，更適合大規模組網，網絡架構調整的靈活性也更高，所以eCPRI逐漸并已經成為5G承載網前傳拉遠的主要協議。但同時，這也帶來了AAU復雜度和功耗的增加，以及以太網傳輸需要解決的精確授時和時延抖動問題。

5G承載的寬帶需求

由于5G移動通信帶寬的提升，所以對光纖的傳輸帶寬的要求是很高的，這里可以參考IMT-2020 5G推進組發布的白皮書里一些帶寬需求的計算?？梢钥吹剑瑢τ诘皖l基站，一個基站本身的帶寬需求可能在5Gbps左右，高頻基站可能到15Gbps左右(參考資料：5G承載需求白皮書，IMT-2020 5G推進組，2018.6)。如果參數改變，比如低頻的頻譜資源變為160MHz，對帶寬的需求量還有可能會增加。

由于5G承載網對于光傳輸帶寬的要求是很高的，所以必然會采用一些更高速率的光連接技術和光模塊。傳統4G承載網的前傳網絡主要是采用10Gbps及以下的CPRI的拉遠技術，而5G的前傳對于與帶寬的需求會以25Gbps的eCPRI為主，甚至會到50Gbps。前傳部分除了需要提供更高的帶寬和更小的時延以外，還需要考慮到5G由于采用更高頻段，覆蓋能力較差，所以基站密度會比4G更大。

2019年6月，工信部給正式發布了4張5G的商用牌照，分別是中國移動(2.6GHz/4.9GHz)、中國聯通(3.5GHz)、中國電信(3.5GHz)、中國廣電(700MHz/4.9GHz)。這些頻點普遍比現有4G移動通信使用的2GHz左右的頻點要高，未來如果采用毫米波技術，面臨的覆蓋問題會更加嚴峻。因此，如何更有效地利用現有的一些光纖技術去傳輸更高帶寬和支持更多的用戶，是對5G前傳網絡比較大的挑戰。

考慮到前傳網絡的密集程度，25Gbps的光模塊可能會是5G承載網上出貨量最大的光模塊。在中回傳部分，考慮到流量的匯聚，光接口速率會以50Gbps和100Gbps為主；在回傳或者核心網部分，其帶寬的需求可能會到200Gbps或400Gbps以上。

大量高帶寬的傳輸需求會直接增加光纖鋪設和光模塊購置成本，所以，一方面要有一些技術更有效的利用當前的光纖資源，另一方面也要通過一些技術去降低光模塊的成本，以節省整體網絡建設的費用。下表是對于5G承載網光模塊速率需求的分析。

業內預計2020年5G網絡會開始小規模商用，基站規?？梢赃_到60萬個以上；在未來5～10年大規模商用后，宏基站加上小基站的規模會達到千萬級別以上。在建設的前期，考慮的主要是網絡覆蓋的問題；而在建設的后期，業務流量上來之后，需要考慮的是網絡帶寬的問題。因此，在承載技術的選擇上也要考慮未來的擴容及升級能力。

5G承載網新型前傳技術

5G承載網絡要滿足大帶寬、低延時、廣覆蓋的要求，同時由于接入基站數量的增加又使得光纖資源和成本的壓力非常大，這點在前傳部分體現尤為明顯。因此，更具不同的應用場景和不同運營商的現有網絡特點，在5G承載網里出現了很多種不同的前傳技術。下表列出了5G承載網里幾種主要的前傳技術。

可以看到，除了比較傳統的雙纖雙向光纖直連以外，還有單纖雙向、PON、無源WDM、有源WDM等多種前傳接入方式。這些接入技術并不都是全新的，很多一直在其它領域存在，只是之前并沒有廣泛應用于無線基站的接入。下面逐一進行介紹。

BiDi(Bi-Direction)技術

BiDi就是單纖雙向，即在一根光纖里用兩個波長實現信號的雙向傳輸，使用BiDi技術的主要優點是節省光纖資源，以及提高定時精度。傳統的光模塊都是雙纖雙向，就是兩根光纖一根發一根收，采用BiDi技術后收發共用一根光纖，就節省了一半的光纖資源，這對于光纖資源稀缺的地方尤其重要。

另外，采用BiDi技術還有利于使用eCPRI協議時提高網絡定時精度。eCPRI協議是用以太網數據包承載數據的，而以太網數據包的長度和時延具有不確定性，不象傳統的 CPRI那樣有固定的幀格式和定時信息，所以需要通過IEEE1588協議(IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol forNetworked Measurement and Control Systems)進行授時。

而1588協議的時間同步機制要求進行通信的兩個設備間的收發路徑時延差異盡可能小。如果收發分別采用兩根光纖，很難從長度上保證精確的等長，但如果收發是用同一根光纖，則時延的一致性就可以做得比較好。目前，市面上已經出現了一些25G和50G的BiDi模塊，IEEE 802.3cp工作組也在制定相關規范。

PON(Passive optical network)

PON即無源光網絡，這個技術在FTTH(光纖到戶)等接入網領域已經廣泛應用。在5G承載網中，PON最大的好處是可以多個ONU(OpticalNetwork Unit)節點通過時分復用的方式共用一根光纖來和OLT(Optical LineTerminal)進行通信，所以說可以大大節省光纖資源解決一些分散用戶接入的問題。但由于PON是通過時分復用共享網絡帶寬的，每個節點分配到的實際帶寬是有限的，所以主要用于小基站接入或者解決建網初期的覆蓋問題。下圖是PON的典型工作原理。

無源波分復用(Passive WDM)

為了提高單根光纖的傳輸容量，還有一種常用的技術是WDM(Wavelength Division Multiplexing，即波分復用)，就是用多個波長復用同一根光纖。

WDM也有不同的方案，比如一種是無源WDM，就是說多個光模塊使用不同的波長，通過無源的波長選擇器件直接復用到一根光纖上去。用在無源WDM里的光模塊有多種可能性，一種是把光模塊的波長做成可調的，這樣在組網的時候，每個光模塊可以根據網絡需要去配置波長，這從運維角度比較方便，但是25G速率的可調諧激光器成本比較高；另一種是采用一批不同固定波長的光模塊，實際使用中人為做一些組合，這樣光模塊成本較低，但后續維護的難度和工作量比較大。

無源波分復用可以是粗波分復用也可以是密集波分復用，如果采是粗波分復用，可以用4個波長8個波長或者稍微再多一些的多個O波段的信號去做波長復用。無源密集波分復用的代表是下圖是由中國聯通提出，并經ITU-T組織于2018年審議通過的G.698.4規范(原G.Metro規范，參看下圖)。在其應用場景，通過AAU里的可調諧光模塊(即TEE:Tail-EndEquipment)，用DWDM技術實現幾十個AAU復用1根光纖實現雙向通信。

有源波分復用(Active WDM)

有源WDM就是通過傳輸網設備來接入基站,并基于傳輸網技術進行多個波長的復用。傳輸網的技術已經非常成熟，也有非常成熟的網管信息，維護比較簡單。但這種技術需要增加傳輸網設備，用于前傳部分的話組網成本會比較高。相比無源波分方案，有源波分/OTN方案有更加自由的組網方式，可以支持點對點及組環網兩種場景。下圖是有源WDM的典型接入場景。

需要注意的一點是，以上介紹的幾種技術并不一定是單一使用的，很多時候會組合使用。在5G網絡的不同建設階段，也可能會采用不同的技術。比如說初期、中期、后期的業務量是不一樣的，要解決的覆蓋問題也是不一樣的，可能多種技術在比較長的一段時間內會共存。不同的運營商根據不同的用戶接入場景，也會有不同的技術路線的選擇，比如有些使用25G BiDi和50G BiDi+WDM，有些采用WDM+PON，還有些采用波長可調諧+無源WDM技術等。