1、文档版本 01 (2020-09-08) i 文档版本 01 (2020-09-08) i 目 录 1 5G 前传进入 3.0 时代 . 21 5G 前传进入 3.0 时代 . 2 2 5G 前传 3.0 驱动力 . 32 5G 前传 3.0 驱动力 . 3 2.1 5G C-RAN 架构变化与 5G 品质业务发展矛盾驱动 . 3 2.1.1 5G C-RAN 架构变化故障点分析 . 3 2.1.2 5G C-RAN 现网故障点分析 . 5 2.1.3 5G C-RAN 现网可用度评估及提升手段分析 . 6 2.2 5G 网络末梢海量模块和光缆主动运维驱动 . 6 2.3 5G 2.1 5G

2、C-RAN 架构变化与 5G 品质业务发展矛盾驱动 . 3 2.1.1 5G C-RAN 架构变化故障点分析 . 3 2.1.2 5G C-RAN 现网故障点分析 . 5 2.1.3 5G C-RAN 现网可用度评估及提升手段分析 . 6 2.2 5G 网络末梢海量模块和光缆主动运维驱动 . 6 2.3 5G 综合业务接入驱动 . 8 综合业务接入驱动 . 8 3 5G 前传 3.0 目标方案 . 103 5G 前传 3.0 目标方案 . 10 3.1 半有源 5G 前传方案架构 . 10 3.2 前传网络 99.99%业务可用度 . 11 3.3 前传网络可管可控 . 11 3.4 容量提升

3、光纤更省 . 12 3.5 多业务承载能力 . 13 4 5G 前传 3.0 关键技术 . 15 3.1 半有源 5G 前传方案架构 . 10 3.2 前传网络 99.99%业务可用度 . 11 3.3 前传网络可管可控 . 11 3.4 容量提升光纤更省 . 12 3.5 多业务承载能力 . 13 4 5G 前传 3.0 关键技术 . 15 4.1 制冷型模块 . 15 4.2 调顶检测技术 . 16 4.2.1 多载波调幅 . 17 4.2.2 单载波调幅 . 18 4.3 光层倒换技术 . 18 4.4 OTDR 4.1 制冷型模块 . 15 4.2 调顶检测技术 . 16 4.2.1

4、多载波调幅 . 17 4.2.2 单载波调幅 . 18 4.3 光层倒换技术 . 18 4.4 OTDR 精准定位技术 . 19 精准定位技术 . 19 5 5G 前传 3.0 产业支撑 . 215 5G 前传 3.0 产业支撑 . 21 6 总结与展望 . 226 总结与展望 . 22 A 缩略语 . 23A 缩略语 . 23 rQqNoPrRsPnMtMoMrMnNrObRaO8OmOnNnPrRfQoPoOfQrQsP8OrQrRwMoPrNNZqRvN 文档版本 01 (2020-09-08) 2 15G 前传进入 3.0 时代 5G 前传进入 3.0 时代 5G 是国家新基建战略最热

5、门的领域，中国基础网络先行建设的思路，在 5G 中发挥的 淋漓尽致，“宁可路等车，不能让车等路”的比喻是非常形象的。 2020 年 5G 建设会取得很大的进展，预计到 2020 年年底我国会部署超过 60 万基站， 据不完全的统计，目前在 30 多个行业，有 300 多种 5G 商用的应用案例，尤其是在媒 体直播、远程医疗、智能制造、智慧矿山、智能港口等新兴领域的应用非常成功，在 整个抗疫过程中也发挥了非常积极的作用。 从整个 5G 生态，和 5G 的全生命周期来看，中国的 5G 才刚刚开始，一方面基站数离 预计总量 500 万还有很大的距离，目前的几百种应用离使能千行百业，尤其是 4 个 9

6、，甚至 5 个 9 的高可靠性应用来说，5G 才刚刚起步。 5G 网络，大量采用 BBU 集中的 C-RAN 的方式进行部署，5G 前传是 5G 网络最重要的 部分之一。随着 5G 建设的快速推进，5G 前传方案也在快速迭代，已经经历了前传 1.0 和 2.0 时代，正在进入 5G 前传 3.0 时代： 前传 1.0（2018H2） ：采用光纤直驱方案。利用现网空闲光纤资源满足了快速开 站的诉求，但因为光纤消耗大，现网存在光纤不足问题； 前传 1.0（2018H2） ：采用光纤直驱方案。利用现网空闲光纤资源满足了快速开 站的诉求，但因为光纤消耗大，现网存在光纤不足问题； 前传 2.0（2019

7、H2） ：采用纯无源 CWDM 方案。一定程度缓解了光纤不足的困 难，加速了 5G 基站的开通，但改方案无管理和运维手段，故障定位困难，同时无 法为 5G 2B 及重要 2C 业务提供网络保护； 前传 2.0（2019H2） ：采用纯无源 CWDM 方案。一定程度缓解了光纤不足的困 难，加速了 5G 基站的开通，但改方案无管理和运维手段，故障定位困难，同时无 法为 5G 2B 及重要 2C 业务提供网络保护； 前传 3.0（2020H1） ：采用半有源方案。随着站点增加、5G 业务的上线、运维 矛盾逐渐凸显；同时 5G VR/AR 及 2B 行业品质业务逐渐部署，主动运维和业务保 护驱动了半有

8、源解决方案的出现和成熟，5G 前传网络建设进入半有源建设的 3.0 时代。 前传 3.0（2020H1） ：采用半有源方案。随着站点增加、5G 业务的上线、运维 矛盾逐渐凸显；同时 5G VR/AR 及 2B 行业品质业务逐渐部署，主动运维和业务保 护驱动了半有源解决方案的出现和成熟，5G 前传网络建设进入半有源建设的 3.0 时代。 文档版本 01 (2020-09-08) 3 2 5G5G 前传前传 3.03.0 驱动力驱动力 5G 前传 3.0 是 5G 建设的必经阶段和必然需求，主要驱动来自三个方面，一是 5G C- RAN 架构变化与 5G 品质业务发展矛盾驱动，二是 5G 网络末梢

9、海量模块和光缆主动 运维驱动；三是 5G 综合业务接入驱动。 2.1 5G C-RAN 架构变化与架构变化与 5G 品质业务发展矛盾驱动品质业务发展矛盾驱动 5G 网络面向千行百业，传统业务一般要求 99%99.9%可用度，而 5G 品质业务如 2C VR/AR 以及 2B 医疗和工业控制等要求 99.9999.999%可用度，前传光纤直驱和纯无 源 CWDM 方案业务可用度较低，普遍 99%甚至达不到 99%，无法支撑 5G VR/AR 及 2B 行业应用业务的发展。 2.1.1 5G C-RAN 架构变化故障点分析架构变化故障点分析 4G 时代，典型采用 D-RAN 架构，RRU 和 BB

10、U 间灰光光纤直驱，距离在 100m 以 内；BBU 以上回传接入层采用环型组网，基站间光缆穿越光交采用熔纤方式，站间光 纤距离 12km。 5G 时代，典型采用 C-RAN 架构，BBU 集中放置到 BBU 集中机房，AAU 和 BBU 间采 用灰光光纤直驱或者彩光互联，AAU 和 BBU 间采用配线和主干光缆 P2P 组网，一般 会经过配线光交和主干光交 3 个跳接点，光纤距离一般不超过 10km，BBU 回传接入 层采用环型组网，光缆穿越光交采用熔纤方式，站间光纤距离一般不超过 10km。 文档版本 01 (2020-09-08) 4 无论是 D-RAN 还是 C-RAN 组网模式，BB

11、U 以上都采用成环保护，光缆经过光交都采 用熔纤方式，因此 BBU 以上接入层组网故障点是类似的，主要差异点还是在 BBU 到 RRU/AAU 前传组网的变化导致的故障点，主要故障点来源于光纤、光模块、合分波 器，主要分析结论如下： 1 D-RAN 灰光直驱：灰光直驱：潜在故障点最少，因距离在主要 100M 以内，光模块不存在预 算不足问题； 2 C-RAN 无源彩光：无源彩光：潜在故障点最多，因距离拉远需要增加考虑光模块链路预算不 足故障点，同时因为在远端站点和局端机房都增加了合分波器，因此光纤故障点倍 增，同时还需要考虑合分波器端口和脏污故障点； 3 C-RAN 灰光直驱：灰光直驱：故障点

12、数量介于 D-RAN 灰光直驱和 C-RAN 无源彩光之间。 文档版本 01 (2020-09-08) 5 2.1.2 5G C-RAN 现网故障点分析现网故障点分析 5G C-RAN 架构无源彩光和 C-RAN 灰光直驱原理上故障点比 D-RAN 架构多，现实组 网是否也是如此？为此选择典型省份做现网分析，分析的方法都是从无线网管系统上 采集 1 个月时长的告警信息，分析单网元（单基站）告警数量和平均故障处理时间。 A 省：省：4G 采用采用 D-RAN，5G 采用采用 C-RAN，单网元告警量，单网元告警量 5G 是是 4G 的的 10 倍，单倍，单故障故障 平均处理时长平均处理时长 5G

13、 是是 4G 的的 2.5 倍。倍。 具体故障数量统计如下： 具体故障类型占比统计如下： 从告警类型分析：从告警类型分析：单网元告警量单网元告警量 5G 是是 4G 的的 10 倍倍。5G AAU 集成天线单元，驻 波告警大幅降低；故障点主要集中 BBU CPRI 接口，5G 相比 4G 增加近 1 倍；5G BBU CWDM 彩光模块故障率为 4G 灰光模块故障率的 5.7 倍； 文档版本 01 (2020-09-08) 6 从告警平均处理时长：从告警平均处理时长：单单故障故障平均处理时长平均处理时长 5G 是是 4G 的的 2.5 倍倍。5G BBU CPRI 接口异常告警增加到 4G 的

14、 4.12 倍，5G 射频单元 CPRI 接口异常告警增加到 4G 的 2.87 倍。 通过 A 省实际现网的告警分析，说明 5G 接入网 C-RAN 无源彩光和 C-RAN 灰光直驱 故障点比 D-RAN 组网多既符合理论分析，也符合现网真实情况，采用光纤直驱和无源 彩光构建的 5G C-RAN 前传网络可靠性非常堪忧。 2.1.3 5G C-RAN 现网可用度评估及提升手段分析现网可用度评估及提升手段分析 BBU-AAU 接口导致的业务不可用率=（告警总时长*影响业务的告警比例）/ (站点 数量*30 天*24 小时) 5G 业务可用度=1- BBU-AAU 接口导致的业务不可用率 以 A

15、 省为例，即使 10%的 BBU-AAU 告警影响业务，5G 因前传段导致业务不可用率 高于 1.43%，也就是说 5G 业务的可用度最高也不超过 98.57%，不满足 5G 品质业务 可靠性要求。 为提升 5G 前传网络业务可用度，5G 前传 3.0 方案必须从故障数量和恢复时长上同时 优化，要将优化到 4G D-RAN 的水平，才能满足 99.9%最低可用度要求： 故障数量减少故障数量减少：比无源 CWDM 更可靠方案，链路余量更高，监控链路提前排障， 最好提供保护路径等； 恢复时长缩短恢复时长缩短：前传链路监控，无线传输一次定界，远端近端一次定位，一次上 站修复。 2.2 5G 网络末梢

16、海量模块和光缆主动运维驱动网络末梢海量模块和光缆主动运维驱动 接入光缆归属传输团队负责，在 4G 时代，多以 PTN/IPRAN 设备组环，接入缆在传输 管理系统是可视的，5G 时代，C-RAN 建设光纤直驱和纯无源 CWDM 部署后，接入缆 文档版本 01 (2020-09-08) 7 成为了哑资源，传输人员定位问题需要拿着仪表到现场定位，5G 运维模式从 4G 主动 运维退化为落后的人工现场排障方式。 挑战 1：传输域需要专门设置 5G C-RAN 现场运维团队，人员 OpeX 高。末梢光缆类 似海量毛细血管，未来全国 400500 万 5G 基站，即使 300 万站采用前传，平均前传 光

17、缆 2km，也有 600 万公里，绕地球 150 圈；前传光模块数量也非常庞大，预计达到 3000 万支。按照 100200 基站设置 1 个运维人员，300 万基站需要设置 1.53 万运 维人员，人员开支至少每月在 12 亿 RMB； 挑战 2：故障定位时间长，影响 5G 2C&2B 业务客户体验甚至流失客户。接入光缆因 为城区地铁、高铁、楼宇建设，经常光缆被挖断，整个前传路径非常复杂，且无网管 监控，就是哑资源，网络排障非常困难，出现问题需要逐段排查，经常需要在无线和 传输之间来回确认，在远端站点和近端站点之间来回更换模块、跳纤才能定位。从 A 省的排障经验来看，定位了一个近端光纤异常的

18、问题花了 9 小时，定位了一个主干光 纤驻波反射严重的问题花了 15 天。平均来看，C-RAN 无源前传排障时长相比 D-RAN 故障排查时间增加一倍，基本一天只能恢复一个站点业务。 文档版本 01 (2020-09-08) 8 为了减少运维人员，降低故障定位时间，5G 前传 3.0 引入必须引入主动运维监控功 能，实现彩光模块、支路光纤、线路光纤的准确定界，减少运维人员拿仪表来回跑以 及无线与传输沟通时间，可以实现与 4G D-RAN 架构相当的运维效率和运维人员配 置。 2.3 5G 综合业务接入驱动综合业务接入驱动 随着综合接入区的建设推进，接入层一张光缆网络服务于综合业务接入，不仅包括

19、传 统的家宽、5G 移动外还有运营商主要价值增长的专线业务。因此一张光缆网一网多用 外，接入层设备也需要考虑综合接入能力： 1 大型综合接入区：BBU 集中机房位于接入光缆的上边缘，典型在 1015 个无线基 站，要求设备具有政企专线、OLT 回传、5G 兼顾 4G 前传等综合接入能力： 2 小型综合接入区： BBU 集中机房位于接入光缆的下边缘， 典型在 56 个无线基站， 要求设备在商业楼宇、政府、医院、园区等具有政企专线、5G 兼顾 4G 前传等综合 接入能力； 3 县乡波分综合接入：末梢设备要求考虑 Mini-OLT 和前传综合接入，局端机房设备 要求考虑线县乡 5G 回传拉远综合接入

20、。 近期多个省份针对接入多业务的发展，已经在光缆规划和设备能力要求上开始探索： 文档版本 01 (2020-09-08) 9 B 省：考虑政企专线和 2B 业务发展，针对接入光缆做综合接入改造，要求主干光交上 行光缆具备东西向路由，针对 5G 前传和政企专线部署主干光缆保护方案； C 省：针对远端机房 C-RAN 改造后，远端机房接入专线需要重新疏导，需要把专线业 务接入前传设备。 文档版本 01 (2020-09-08) 10 3 5G5G 前传前传 3.03.0 目标方案目标方案 为了满足 5G 品质业务 99.99%99.999%要求，提升 5G C-RAN 海量光纤和模块主动 运维能力

21、，实现 5G 综合业务接入演进，5G 前传 3.0 的目标方案是半有源 5G 前传方 案。相比纯无源 CWDM，半有源 5G 前传方案在业务可用度、可管可控、波长容量及 多业务接入四大能力上增强和提升。 3.1 半有源半有源 5G 前传方案架构前传方案架构 半有源 5G 前传方案架构包括 5 大核心部件： 1 彩光模块：彩光模块： 匹配 AAU 全室外应用，要求-4085工业级模块，匹配极寒极热环境 可靠性要求；支持调顶 OAM，实现模块状态监控；10km 链路性能，具备模块脏 污、松动链路性能容忍能力。 2 远端无源合分波：远端无源合分波： 匹配分纤箱和室外综合柜-4070环境温度可靠性要求

22、， 满足抱 杆、挂墙等室外部署 IP65 防水防尘要求； 3 局端有源设备：局端有源设备：提供 5G 前传、4G 前传、政企专线、OLT 回传等综合业务接入； 4 局端监控板：局端监控板：提供合分波线路及支路、光模块故障监控，支持线路 1+1 保护； 5 网络管理系统：网络管理系统：提供前传网络网络拓扑管理、实现线路光缆、支路光缆、模块性能 和告警管理。 文档版本 01 (2020-09-08) 11 3.2 前传网络前传网络 99.99%业务可用度业务可用度 半有源 5G 前传方案瞄准关键部件、网络链路、设备形态全面提升网络业务可用度。 1 部件级可靠性保证：部件级可靠性保证： a) 彩光模

23、块内置 TEC，匹配工温要求，又能保证模块高性能； b) 合分波器支持工业级应用，IP65 防护等级。 2 链路级可靠性保证：链路级可靠性保证： a) 实时线路性能监控； b) 光模块状态全监控； c) 50ms 线路保护倒换。 3 系统级可靠性保证：系统级可靠性保证： a) 电源、主控、风扇 1+1 保护，局端设备可用率 99.999%； b) 局端监控&合分波单板，设备掉电不影响合分波业务。 3.3 前传网络可管可控前传网络可管可控 半有源 5G 前传方案实现了 4 级故障运维管理机制，前传网络故障可远程快速定界， 直接定位是模块、尾纤和干线问题；一次上站修复，大幅缩短业务中断时长。传输和

24、 无线专业维护界面清晰，减少了无线和传输专业多次沟通过程，提升了运维效率。 文档版本 01 (2020-09-08) 12 4 级故障运维管理机制实现如下目标： 1) 模块级监控：提供了超过 10 种性能、告警监控，故障主动告警； 2) 波长级监控：通过调顶信息实现波长的监控，能够区分远端和近端波长信息； 3) 光纤级监控：通过支路和主干光纤的染色功能，能够一次定位到局端还是远端的主 干路、支路光纤异常； 4) 网络级监控：借助集中部署的 SDN 控制器和网管系统，实现全网性能的收集、管 理和监控。未来基于大数据和 AI 的分析，能够为 5G 网络的优化部署、性能调优、 网络性能，甚至末端光缆

25、的管理都提供了更大的可能。 3.4 容量提升光纤更省容量提升光纤更省 中移动 2.6G 5G 双模站、中国电信和中国联通 3.5G 共建共享站需要考虑 6*25G eCPRI 前传接口承载，如果考虑 BBU 机房最大接入 20 个基站，不同前传承载方案光纤需求 差异明显： 文档版本 01 (2020-09-08) 13 1 光纤直驱：每基站 12 芯光缆，主干光缆需要 240 芯光缆； 2 纯无源 CWDM：6:1 光纤收敛，每基站 2 芯光缆，主干光缆需要 40 芯光缆； 3 半有源：12:1 光纤收敛，每基站 1 芯光缆，主干光缆需要 20 芯光缆。 5G C-RAN 架构下光纤直驱方案对

26、现网接入光缆挑战非常大，基本上接入主干缆都需 要铺设，采用纯无源和半有源可以极大节省光缆，但半有源通过 12:1 光缆收敛，可以 实现 1 站 1 芯以后，接入主干光缆相比纯无源光缆纤芯减少 50%。根据 D 省调研情况 看，光纤直驱下所有区域主干光缆都要重新铺设；纯无源 CWDM 下，3 个区无需铺设 光缆的场景比例分别约为 10%/50%/80%，半有源下比例提升为 50%/60%/100%。 更为重要的是，半有源线路光缆减少 50%后，部署基站阶段，主干光缆纤芯调测时间 减半，开站更快；后期运维阶段，线路光缆发生故障的概率也最大减少 50%。 另外，同等数量的主干光缆纤芯下，纯无源 CW

27、DM（6:1）保护改造还需要铺设光 缆，半有源（12:1）可以支撑保护配置。 3.5 多业务承载能力多业务承载能力 半有源 5G 前传满足多业务承载主要通过几个层面来满足： 1 局端设备：提供 5G 前传、4G 前传、政企专线、OLT 回传等综合业务接入； 文档版本 01 (2020-09-08) 14 2 彩光模块： 25G 光模块需要考虑多速率和多类型兼容， 提供 25G eCPRI、 25G ETH、 10G ETH、CPRI 28、CPRI 10、STM-1/4/16/64、OTU0/1/2 等多业务接入； 3 单纤波长容量提升：除了覆盖 5G 12 波 25G 以外，还需要考虑 4G 10G 及专线等 多业务接入的波长需求。 文档版本 01 (2020-09-08) 15 4 5G5G 前传前传 3.03.0 关键技术关键技术 5G 前传 3.0 半有源方案实现前传网络可管、可控、可靠主要得益于制冷型模块、调顶 检测、光层倒换、OTDR 等几个关键技术。 4.1 制冷型制冷型模块模块 为了支撑 AAU 室外应用，光模块需要具备-4085壳温能力，确保在极寒极热环境下 光模块波长漂移不超过合分波器通带宽度，达到前传网络稳定的链路性能，当前成熟 的技术是在光模块内增加 TEC 器件，类似一个光模块空调器件，确保外界环境温度变 化过