上一期我们主要介绍了5G基站侧的一些变革，本期我们简要地谈一下传输侧。相比基站射频比较复杂的逻辑，传输侧的逻辑非常简单，其核心是流量增加导致的OTN下沉，带动整个光通信设备产业的需求。
我们先简要地之前提到过的一下5G无线接入网的一些基本知识，相对于4G无线接入网（RAN）的基带处理单元（BBU）、射频拉远单元（RRU）两级结构，支持5G新空口的gNB可采用集中单元（CU）、分布单元（DU）和有源天线单元（AAU）三级结构。原BBU的非实时部分将分割出来，重新定义为CU，负责处理非实时协议和服务，主要包含分组数据汇聚协议（PDCP）和无线资源控制（RRC）；BBU的部分物理层处理功能和原RRU合并为AAU，主要包含底层物理层（PHY-L）和射频（RF）；BBU的剩余功能重新定义为DU，负责处理物理层协议和实时服务，包含无线链路控制（RLC）、介质访问控制（MAC）和高层物理层（PHY-H）等。5G RAN的CU和DU存在多种部署方式。当CU、DU合设时,5G RAN与4G RAN结构类似，相应承载也是前传和回传两级结构，但5G基站（gNB）的接口速率和类型发生了明显变化，当CU、DU分设时，相应承载将演进为前传、中传和回传三级结构。在5G现网试点和商用初期，RAN网络部署将以宏站为主；随着5G规模商用，将呈现宏站和室分基站分场景部署的局面，具体部署方式分为分布式无线接入网（DRAN）和集中式无线接入网（CRAN）。5G接入网云化将推动CU、DU和AAU分离的大规模CRAN部署。
核心网方面，受业务发展驱动，5G核心网将发展成为满足全业务接入、服务全业务场景的云化泛在网络，采用服务化网络架构和SDN/NFV技术实现网络重构，具有业务虚拟隔离（网络切片）、转发与控制分离、功能分布式部署、基础设施云化等核心特征。1）业务虚拟隔离：5G需要同时承载移动互联网、高清视频、车联网、物联网、工业控制等各类业务应用，这些场景在移动性、计费、带宽、时延、可靠性、安全性等方面存在巨大差异，为适配一张网络满足千百种行业需求，运营商需要部署更加经济、绿色的网络切片技术方案，以实现不同业务的虚拟隔离。5G核心网将全面支持网络切片技术，即在同一张基础物理网络上，采用软硬切片实现业务逻辑隔离、动态分配和管理资源，适配不同业务特征需求，提供不同的SLA，并服务于不同垂直行业应用。2）转发与控制分离：5G核心网的重构将遵循网络虚拟化、功能轻量化、转发和控制分离等原则。网络虚拟化有利于向全面云化的趋势进行演进；功能轻量化极大简化模块、接口和协议的复杂度，网元功能采用模块化设计，有利于实现API调用，提升通用性；转发和控制分离实现网管的控制面和用户面分离，保障未来网络的分布式部署需求。3）功能分布式部署：5G核心网络架构将控制面功能（CPF）和用户面功能（UPF）分离，统一的CPF（包括AMF和SMF等）部署在省干或大区的核心机房或数据中心（DC），实现集中管控运营，分布式的UPF可根据业务需要分布式部署在省干核心DC、本地DC或者边缘DC。部署在边缘DC的UPF与MEC平台融合，可以进行本地分流，满足低时延业务场景需求，有利于按需快速部署业务，并向第三方开放用户位置、码号、网络负荷等能力信息，拓展面向企业园区及场馆的视频直播等本地化创新应用。4）基础设施云化：网络云化能降低设备投资成本，利用云计算的快速部署能力进行网络快速配置和调整，实现业务创新。通过引入SDN/NFV技术，有利于快速实现5G网络云化。基础设施电信云是运营商进行云化转型的目标，5G网络云化包括核心网云化、无线接入网云化和控制系统云化三部分。
针对5G业务综合承载需求，国内三大运营商提出了多种5G回传承载技术方案，目前主流方案包括切片分组网络（SPN）、面向移动承载优化的OTN（M-OTN）、IP RAN增强+光层三种技术。SPN是中国移动在承载3G/4G回传的分组传送网络（PTN）技术基础上，面向5G和政企专线等业务承载需求，融合创新提出的新一代切片分组网络技术方案。SPN具备前传、中传和回传的端到端组网能力，通过FlexE接口和切片以太网通道支持端到端网络硬切片，并下沉L3功能至汇聚层甚至综合业务接入节点来满足动态灵活连接需求；在接入层引入50GE，在核心和汇聚层根据带宽需求引入100Gb/s、200Gb/s和400Gb/s彩光方案。对于5G前传，在接入光纤丰富的区域主要采用光纤直驱方案，在接入光纤缺乏且建设难度高的区域，拟采用低成本的SPN前传设备承载。中国电信则综合考虑5G承载和云专线等业务需求，提出了面向移动承载优化的OTN(M-OTN)技术方案。数据转发层：基于分组增强型OTN设备，进一步增强L3路由转发功能，并简化传统OTN映射复用结构、开销和管理控制的复杂度，降低设备成本、降低时延、实现带宽灵活配臵，支持ODUflex+FlexO提供灵活带宽能力，满足5G承载的灵活组网需求。控制管理层：引入基于SDN的网络架构，提供L1 硬切片和L2/L3 软切片，按需承载特定功能和性能需求的5G业务。在业务层面，各种L2VPN、L3 VPN统一到BGP协议，通过EVPN实现业务控制面的统一和简化。隧道层面通过向SR技术演进，实现隧道技术的统一和简化。网络切片承载：为支持5G网络端到端切片管理需求，M-OTN传送平面支持在波长、ODU、VC这些硬管道上进行切片，也支持在以太网和MPLS-TP分组的软管道上进行切片，并且与5G网络实现管控协同，按需配臵和调整。
具体看下这个多层级的承载网络，前传网络实现5G CRAN部署场景接口信号的透明传送，与4G相比，接口速率（容量）和接口类型都发生了明显变化。对应于5G CU和DU物理层低层功能分割的几种典型方式，前传接口也将由10Gbps CPRI升级到更高速率的25Gbps eCPRI或自定义CPRI接口等。实际部署时，前传网络将根据基站数量、位置和传输距离等，灵活采用链型、树形或环网等结构。中传是面向5G新引入的承载网络层次，在承载5G承载组网及功能需求网络实际部署时城域接入层可能同时承载中传和前传业务。随着CU和DU归属关系由相对固定向云化部署的方向发展，中传也需要支持面向云化应用的灵活承载。5G回传网络实现CU和核心网、CU和CU之间等相关流量的承载，由接入、汇聚和核心三层构成。考虑到移动核心网将由4G演进的分组核心网发展为5G新核心网和移动边缘计算等，同时核心网将云化部署在省干和城域核心的大型数据中心，MEC将部署在城域汇聚或更低位置的边缘数据中心。因此，城域核心汇聚网络将演进为面向5G回传和数据中心互联统一承载的网络。另外，承载网络可根据业务实际需求提供相应的保护、恢复等生存性机制，包括光层、L1、L2和L3等，以支撑5G业务的高可靠性需求。
下面我们进入到本篇的核心部分，即前传、中传、回传的承载方案以及对光器件/光模块、光通信设备、光纤光缆的需求。
先看承载方案，前传方面BBU和AAU之间的连接方案主要有裸纤直驱、无源WDM和有源WDM/OTN方案。裸纤直驱方案顾名思义，就是BBU与每个AAU的端口全部采用光纤点到点直连组网，这种方案实现简单，但对光纤资源消耗很多，只适用于光纤资源充足的区域。无源波分方案采用波分复用（WDM）技术，将彩光模块安装在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。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方案和无源密集波分方案。相比裸纤直驱方案，无源波分方案虽然能够节省光纤资源，但也存在一定的局限性一是波长通道数受限，虽然粗波分复用技术标准定义了16个通道，但考虑到色散问题，用于5G前传的无源CWDM方案只能利用前几个通道，波长数量有限，可扩展性较差。二是波长规划复杂， 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。三是运维困难，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。四是故障定位困难，无源WDM方案出了故障后，难以具体定界出问题的责任方。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。最后一个方案是有源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技术共享光纤资源，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。除了节约光纤以外，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和电层保护等，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。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。据市场预测，前传方案中有15%使用无源波分方案，15%使用有源波分/OTN方案。
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。城域OTN网络架构包括骨干层、汇聚层和接入层。城域OTN网络架构与5G中传/回传的承载需求是匹配的。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、专用芯片、DSP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。基于OTN的5G中传/回传承载方案可以细分为两种组网方式，一是分组增强型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承载架构。二是端到端分组增强型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，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。
接下来看下承载网的带宽需求。1）单基站承载带宽需求：出现10GE/25GE接口。典型5G低频单基站的峰值带宽达到5Gbps量级，高频单基站的峰值带宽达到15Gbps量级，考虑低频和高频基站共同部署，或高频基站单独部署情况，单基站将需要2×10GE或25GE的承载带宽，如果基站配置的参数提升，带宽需求还会相应增加。2）回传带宽需求。按照业务流量较长期增长考虑，对于接入层、汇聚层和核心层不同承载层面的带宽收敛比为8:4:1，这里两个模型，模型1是汇聚层节点环形组网，DRAN接入环节点个数为8，CRAN小集中节点个数为3个，汇聚环节点个数为4，每对汇聚节点下挂6个接入环，核心环节点个数为4，每对核心节点带8个汇聚环；模型2是汇聚层节点口字型上连组网，DRAN接入环节点个数为8个，CRAN小集中节点个数为3，汇聚双节点口字型上连，每对汇聚节点下挂6个接入环，核心环节点个数为4，每对核心节点下挂16对汇聚设备。因此，对于DRAN方式，承载接入环需具备25/50Gbps带宽能力，汇聚/核心层需具备N×100/200/400Gbps带宽能力；CRAN小集中时对承载网络提出接入环50Gbps（节点数增加后可到100Gbps）量级、汇聚和核心层N×100/200/400Gbps量级的带宽需求，CRAN大集中时承载网络提出接入、汇聚和核心层N×100/200/400Gbps量级的带宽需求。3）中传带宽需求。中传主要实现DU和CU之间的流量承载，相当于回传网络中接入层流量带宽需求4）前传带宽需求。前传的带宽需求与CU和DU物理层分割的位置密切相关，范围为几Gbps-几百Gbps，因此对于5G前传，需要根据实际的站点配置选择合理的承载接口和承载方案，目前业界对于采用大于10Gbps的接口，即25Gbps、N×25Gbps速率接口, 对应的组网带宽将为25Gbps、50Gbps、N×25/50Gbps或100Gbps的方案关注度较高。
了解了整个传输承载网的带宽需求，相应后续的光模块、光设备等需求也就可以据此测算出来。参考众多券商的研究测算成果，前传所需的光模块测算较为简单，一个DU对3个AAU，每个AAU两个光模块，其中假设70%使用光纤（灰光模块）、20%使用ODN（灰光模块）、10%使用无缘WDM（彩光模块），在参考25G灰光模块价格、25G彩光模块价格等参数就可以测算出前传对光模块的需求，大约在200-250亿元左右。中传和回传方面，接入层收敛比8：1、汇聚层收敛比4:1、城域核心层收敛比2:1、核心层收敛比1:1，且接入层采用10G/25G光模块、汇聚层采用100G光模块、核心层采用200G/400G光模块，测算出中传回传对光模块的需求在400亿元左右。同理，光设备的需求也基于上述原理进行预测，5G时代OTN整体市场规模约在1500亿元左右。光纤方面，预计平均每个宏基站前传所需光纤约2km，基站光缆芯数为48芯，每段中传和回传所需光纤为0.5km，光纤复用率为60%，测算得出5G光纤光缆总投资在450亿元左右。