5G时代光传送网技术白皮书
（一）引言
（二）5G 技术发展及承载需求
（三）面向 5G 的光传送网承载方案
（四）5G 时代的光传送网关键技术演进
（五） 总结与展望
5G 承载网络由前传、中传、回传三部分组成。5G 承载网的不同部分，均 以南北向流量为主，东西向流量占比较少。5G业务存在大带宽、低时延的需求， 光传送网提供的大带宽、低时延、一跳直达的承载能力，具备天然优势。
在综合业务接入点 CO（Central Office，中心局）可以部署无线集中式设 备（DU或CU+DU）。CO节点承载设备可以将前传流量汇聚到此节点无线设备， 也可以将中传/回传业务上传到上层承载设备。CO 节点作为综合接入节点，要 求支持丰富的接入业务类型，同时对带宽和时延有很高要求。分组增强型 OTN 设备可以很好的兼顾上述需求。
下面分别介绍基于光传送网的5G前传、中传、回传承载方案。
3.1 5G前传承载方案
5G初期主要是eMBB业务的应用，基本延用4G时代一个站点带3个AAU 的方式。5G成熟期将根据实际业务流量的需求，既有低频站点基础上增加高频 AAU的方案、也有扩展低频AAU、新建高频基站等方案，扩展网络容量。
3.1.1 5G前传典型组网场景
根据DU部署位置，5G前传有大集中和小集中两种典型场景：
（1）小集中：DU部署位置较低，与4G宏站BBU部署位置基本一致，此时与DU 相连的5G AAU数量一般小于30个（<10个宏站）。
（2）大集中：DU部署位置较高，位于综合接入点机房，此场景与DU相连的5G AAU数量一般大于30个（>10个宏站）。进一步依据光纤的资源及拓扑分布以及 网络需求（保护、管理）等，又可以将大集中的场景再细分为P2P大集中和环网 大集中，如图15所示。
图15(a)所示为小集中的场景，其特点是导入端可用光纤数目不少于AAU的 数目，DU放置在某个站点机房内，和该站点机房附近的AAU通过导入光纤实现 连接。
图15(b)所示为P2P（Point to Point，P2P）大集中的场景，其特点是接入 骨干层的光纤拓扑为树型结构，适合采用点到点WDM组网。DU池放置在综合 接入机房，便于对DU池进行集中维护。
图15(c)所示为环网大集中的场景，其特点是接入骨干层的光纤拓扑为环形 结构，适合采用WDM环形组网，从而进一步节省光纤资源。
3.1.2 光纤直连方案
图 12示出的是光纤直连的方案，即BBU与每个AAU的端口全部采用光纤点 到点直连组网。
光纤直连方案实现简单，但最大的问题就是光纤资源占用很多。5G时代， 随着前传带宽和基站数量、载频数量的急剧增加，光纤直驱方案对光纤的占用量
不容忽视。因此，光直驱方案适用于光纤资源非常丰富的区域，在光纤资源紧张 的地区，可以采用设备承载方案克服光纤资源紧缺的问题。
3.1.3 无源WDM方案
无源波分方案采用波分复用（WDM）技术，将彩光模块安装在无线设备 （AAU 和DU）上，通过无源的合、分波板卡或设备完成WDM功能，利用一对 甚至一根光纤可以提供多个AAU到DU之间的连接，如图 13所示。
根据采用的波长属性，无源波分方案可以进一步区分为无源粗波分（CWDM， Coarse Wavelength Division Multiplexing）方案和无源密集波分（DWDM， Dense Wavelength Division Multiplexing）方案。
相比光纤直驱方案，无源波分方案显而易见的好处是节省了光纤，但是也存 在一定的局限性，包括：
（1）波长通道数受限
虽然粗波分复用（CWDM）技术标准定义了16个通道，但考虑到色散问题 ，用于5G前传的无源CWDM方案只能利用了前几个通道（通常为 1271nm~1371nm）,波长数量有限，可扩展性较差。
（2）波长规划复杂
WDM方案需要每个AAU使用不同波长，因此前期需要做好波长规划和管 理。可调谐彩光光模块成本较高，但若采用固定波长的彩光光模块，则对波长规 划、光模块的管理、备品备件的等等带来一系列工作量。
（3）运维困难，不易管理
彩光光模块的使用可能导致安装和维护界面不够清晰，缺少 OAM （Operation, Administration, and Maintenance，运行管理和维护）机制和 保护机制。由于无法监测误码，无法在线路性能劣化时执行倒换。
（4）故障定位困难
无源WDM方案出了故障后，难以具体定界出问题的责任方。图 14所示为 无源波分方案的故障定位示意图，可见其故障定位的复杂度。
相比无源CWDM方案，无源DWDM方案显然可以提供更多的波长。但是 更多的波长也意味着更高的波长规划和管控复杂度，通常需要可调激光器，带来 更高的成本。目前支持25Gb/s速率的无源DWDM光模块还有待成熟。
为了适应5G承载的需求，基于可调谐波长的无源DWDM方案是一种可行方 案，另外基于远端集中光源的新型无源DWDM方案也成为业界研究的一个热点， 其原理如图 15 所示。该方案在降低成本、特别是接入侧成本和提高性能和维 护便利性方面具有一定的优势：
（1）AAU/RRU侧光模块无源化：AAU/RRU侧插入的光模块不含光源，因此所 有光模块完全一样，不区分波长，称之为无色化或无源化，极大降低了成本，提 高了可靠性和维护便利性。
（2）光源集中部署：在CO节点设置集中光源，并向各个无源模块节点输送直流 光信号（不带调制），无源光模块通过接收来自集中光源的连续光波并加以调制 成为信号光后返回CO节点实现上行。
因此，基于集中光源的下一代无源方案，不但继承了传统无源方案节省光纤、 成本低、方便插入无线设备的优势，还补齐了其可靠性和运维管理上的短板，成 为5G前传承载领域有竞争力的一种方案。
对于无源WDM方案，同样建议线路侧采用OTN封装，基于OTN的OAM能 力实现有效的维护管理和故障定位。
3.1.4 有源WDM/OTN方案
有源波分方案在AAU站点和DU机房配置城域接入型WDM/OTN设备，多个 前传信号通过WDM技术共纤光纤资源，通过OTN开销实现管理和保护，提供质 量保证。
接入型WDM/OTN设备与无线设备采用标准灰光接口对接，WDM/OTN设 备内部完成OTN承载、端口汇聚、彩光拉远等功能。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：
图 16所示为有源方案点到点组网架构图，同样可以支持单纤单向、单纤双 向等传输模式，与无源比分方案相比，其光纤资源消耗相同。
图 17 所示为有源方案组环网的架构图。除了节约光纤意外，有源 WDM/OTN 方案可以进一步提供环网保护等功能，提高网络可靠性和资源利用 率。此外，基于有源波分方案的OTN特性，还可以提供如下功能：
1) 通过有源设备天然的汇聚功能，满足大量AAU的汇聚组网需求。
2) 拥有高效完善的OAM管理，保障性能监控、告警上报和设备管理等网络 功能，且维护界面清晰，提高前传网络的可管理性和可运维性。
3) 提供保护和自动倒换机制，实现方式包括光层保护（如OLP，Optical Line Protection，光线路保护）和电层保护（如ODUk SNCP，Subnetwork Connection Protection，子网连接保护）等，通过不同管道的主—备 光纤路由，实现前传链路的实时备份、容错容灾。
4) 具有灵活的设备形态，适配DU集中部署后AAU设备形态和安装方式的 多样化，包括室内型和室外型。对于室外型，如典型的FO(Full Outdoor， 全室外)解决方案能够实现挂塔、抱杆和挂墙等多种安装方式，且能满足 室外防护（防水、防尘、防雷等）和工作环境（更宽的工作温度范围等） 要求。
5) 支持固网移动融合承载，具备综合业务接入能力，包括固定宽带和专线 业务。
当前有源WDM/OTN方案成本相对较高，未来可以通过采用非相干超频技 术或低成本可插拔光模块来降低成本。同时，为了满足5G前传低成本和低时延 的需求，还需要对OTN技术进行简化。
3.1.5 5G前传承载方案小结
5G 时代，考虑到基站密度的增加和潜在的多频点组网方案，光纤直驱需要 消耗大量的光纤，某些光纤资源紧张的地区难以满足光纤需求，需要设备承载方 案作为补充。针对5G前传的3个组网场景，可选择的承载技术方案建议如表 3 所示：
无论是小集中还是P2P大集中，有源方案和下一代DWDM无源方案都能满 足，需要根据网络光纤、机房资源和需要达到的无线业务优化效果综合考虑，选 择性价比最佳的解决方案。对于环网大集中，有源DWDM方案具有明显的比较 优势，在节约光纤的同时还可以提供环网保护等功能。
3.2 5G中传/回传承载方案
根据前面的需求分析，5G中传和回传对于承载网在带宽、组网灵活性、网 络切片等方面需求基本一致，因此可以采用统一的承载方案。
3.2.1 中传/回传承载网络架构
城域 OTN 网络架构包括骨干层、汇聚层和接入层，如图 18 所示。城域 OTN网络架构与5G中传/回传的承载需求是匹配的，其中骨干层/汇聚层与5G回传网络对应，接入层则与中传/前传对应。近几年随着 OTN 已经通过引入以 太网、MPLS-TP（Multiprotocol Label Switching Traffic Policing，多协议标 签交换流量监控）等分组交换和处理能力，演进到了分组增强型 OTN，可以很 好地匹配5G IP化承载需求。
基于OTN的5G中传/回传承载方案可以发挥分组增强型OTN强大高效的 帧处理能力，通过FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵 列）、专用芯片、DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理）等专用硬 件完成快速成帧、压缩解压和映射功能，有效实现 DU 传输连接中对空口 MAC/PHY 等时延要求极其敏感的功能。同时，对于 CU，一方面分组增强型 OTN构建了CU、DU 间超大带宽、超低时延的连接，有效实现PDCP处理的实 时、高效与可靠，支持快速的信令接入。而分组增强型OTN集成的WDM能力 可以实现到郊县的长距传输，并按需增加传输链路的带宽容量。
为了满足中传/回传在灵活组网方面的需求，需要考虑在分组增强型OTN已 经支持MPLS-TP技术的基础上，增强路由转发功能。目前考虑需要支持的基本 路由转发功能包括 IP 层的报文处理和转发、IP QoS、OSPF/IS-IS（Open Shortest Path First，开放式最短路径优先/Intermediate system to Intermediate system，中间系统-中间系统）域内路由协议、BGP（Border Gateway Protocol，边界网关协议）、SR(Segment Routing,分段路由)等，以 及Ping和IPFPM（IP Flow Performance Measurement，IP流性能测量）等 OAM协议。OTN节点之间可以根据业务需求配置IP/MPLS-TP over ODUk通 道，实现一跳直达从而保证5G业务的低时延和大带宽需求。
基于OTN的5G中传/回传承载方案可以细分为以下两种组网方式：
（一）分组增强型OTN+IPRAN方案
在该方案中，利用增强路由转发功能的分组增强型OTN设备组建中传网络 ，中间的OTN设备可根据需要配置为ODUk穿通模式，保证5G承载对低时延和 带宽保障的需求。在回传部分，则继续延用现有的IPRAN（IP Radio Access Network，IP化无线接入网）承载架构，如图 19所示。分组增强型OTN与IP RAN 之间通过BGP协议实现路由信息的交换。
为了满足5G承载对大容量和网络切片的承载需求，IPRAN需要引入25GE、 50GE、100GE等高速接口技术，并考虑采用FlexE (Flexible Ethernet，灵活以 太网)等新型接口技术实现物理隔离，提供更好的承载质量保障。
（二）端到端分组增强型OTN方案
该方案全程采用增强路由转发功能的分组增强型OTN设备实现，如图 20所 示。与分组增强型OTN+IPRAN方案相比，该方案可以避免分组增强型OTN与 IPRAN的互联互通和跨专业协调的问题，从而更好地发挥分组增强型OTN强大 的组网能力和端到端的维护管理能力。
3.2.2 网络切片承载方案
从本质上来看，网络切片就是对网络资源的划分。而光传送网具有天然的网 络切片承载能力，每种 5G 网络切片可以由独立的光波长/ODU通道来承载，提
供严格的业务隔离和服务质量保障。具体到5G网络切片的承载需求，分组增强 型 OTN可以提供一层和二层的网络切片承载方案。
(一) 基于一层网络切片承载方案
主要基于ODUflex进行网络资源划分，可以将不同的ODUflex带宽通过通 道标识划分来承载不同的5G网络切片，并可根据业务流量的变化动态无损调整 ODUflex 的带宽。也可以通过物理端口进行承载资源的划分，需要将物理端口 对应的所有电层链路都进行标签隔离处理，实现较简单，粒度较大。
(二) 基于二层网络切片承载方案
该方案通过 MPLS-TP 标签或以太网 VLAN ID（Virtual Local Area Network，虚拟局域网）划分隔离二层端口带宽资源，即逻辑隔离。采用不同的 逻辑通道承载不同的 5G 网络切片，同时通过 QoS 控制策略来满足不同网络切 片的带宽、时延和丢包率等性能需求。
其中一层网络切片承载方案的切片间业务属于物理隔离，不会相互影响。二 层网络切片承载方案的切片间业务是逻辑隔离，不同切片间业务可以共享物理带 宽。可根据5G不同网络切片的性能需求选择不同的承载方案。
OTN网络切片承载方案可以结合SDN（Software-defined Networking， 软件定义网络）智能控制技术，实现对网络资源的端到端快速配置和管理，提高 网络资源使用效率，提升业务开通效率和网络维护效率。并通过开放北向接口， 采用如VTNS（Virtual Transport Network Service，虚拟传送网业务）向上层 5G网络提供对光传送网资源的管控能力，如图 21 所示。
3.3 5G云化数据中心互联方案
如前所述，5G 时代的核心网下移并向云化架构转变，由此产生云化数据中 心互联的需求，包括： （1）核心大型数据中心互联，对应5G核心网New Core 间及New Core与MEC间的连接；（2）边缘中小型数据中心互联，本地DC互 联承担MEC、CDN等功能。
3.3.1 大型数据中心互联方案
大型数据中心作为5G承载网中New Core核心网的重要组成部分，承担着海 量数据长距离的交互功能，需要高可靠长距离传输、分钟级业务开通能力以及大 容量波长级互联。因此需要采用高纬度ROADM进行Mesh化组网、光层一跳直 达，减少中间大容量业务电穿通端口成本。同时，还需要结合OTN技术以及100G 、200G、400G高速相干通信技术，实现核心DC之间的大容量高速互联，并兼 容各种颗粒灵活调度能力。
在网络安全性的保障上采用光层、电层双重保护，使保护效果与保护资源配 置最优化：光层WSON（Wavelength Switched Optical Network，波长交换 光网络）通过ROADM在现有光层路径实现重路由，抵抗多次断纤，无需额外单 板备份；电层ASON（Automatically Switched Optical Network，自动交换 光网络）通过OTN电交叉备份能够迅速倒换保护路径，保护时间<50ms。
3.3.2 中小型数据中心互联方案
随着5G发展，中小型数据中心互联方案可考虑按照以下3个阶段演进：
（1）5G初期，边缘互联流量较小，但接入业务种类繁多，颗粒度多样化。可充 分利用现有的分组增强型OTN网络提供的低时延、高可靠互联通道，使用ODUk 级别的互联方式即可。同时，分组增强型OTN能够很好地融合OTN硬性管道和 分组特性，满足边缘DC接入业务多样化的要求。
（2）5G中期，本地业务流量逐渐增大，需要在分组增强型OTN互联的基础上， 结合光层ROADM进行边缘DC之间Mesh互联。但由于链接维度数量较小，适合 采用低维度ROADM，如4维或9维。考虑到边缘计算的规模和下移成本，此时 DCI网络分为两层，核心DCI层与边缘DCI层，两层之间存在一定数量的连接。
（3）5G后期，网络数据流量巨大，需要在全网范围内进行业务调度。此时需要 在全网范围部署大量的高纬度ROADM（如20维，甚至采用32维的下一代 ROADM技术）实现边缘DC、核心DC之间全光连接，以满足业务的低时延需求 。同时采用OTN实现小颗粒业务的汇聚和交换。
3.4 5G光传送网承载方案小结
5G 承载网是一个移动/宽带/云专线架构趋同的综合承载网，需要具备数 10G~100G承载和1~2 倍站点带宽演进、极低时延、高精度时钟架构基础的能 力，支持移动&专线&宽带综合承载灵活演进能力，同时末梢设备具备即插即用 部署能力。5G承载网向综合承载的网络架构模型总结如下：
1) 5G 无线&核心网功能节点位置与当前宽带承载趋同：5G New core 与 FBB 的CR位置相当，MEC/MCE与BNG （Broadband Network Gateway，宽 带网络业务网关）位置相当，Cloud BB和OLT位置相当；
2) 云化架构特征趋同：BNG云化与MEC同处一朵云，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调度功能由DCI取代，CDN 内容被移动/宽带共享，通过DCI互联网层实现内容同步，可以提升移动用户 达到宽带用户的视频等业务体验（宽带视频客户多会触发CDN内容下移，移 动客户主要视频CDN访问点在New Core，通过融合架构可以让移动视频客 户从MEC访问CDN）。
3) 城域专线覆盖趋同：OTN设备下沉到OLT（Optical Line Terminal，光线路 终端）、BBU 等综合业务接入机房后，通过光纤直驱、SDH（Synchronous Digital Hierarchy，数字同步体系）/CPE（Customer Premise Equipment， 客户终端设备） /OTN等末端小设备，接入最后1~2公里，提供大客户专线 业务，支持业务快速开通、端到端 SDH/OTN 硬管道业务，构建超低时延精 品城域专线网络。BNG 仍然部署在区域核心机房，后续逐渐虚拟云化部署； OLT通常部署在综合接入机房，也有小型化OLT部署在用户小区。
4) 业界两种主流网络融合趋势，汇聚层以上都是综合承载：一种架构是汇聚 （OLT/Cloud BB）以上综合承载，接入独立承载；另外一种架构是骨干和城 域端到端综合承载。
