Page 25 - 网络电信2019年11月刊下
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光    通    信

                1、低成本的O-bandCWDM彩光光模块                            分复用（CWDM/LWDM）、波片/阵列波导光栅（AWG）、光子集成
                前传网除了光纤以外，还需要使用CPRI/eCPRI接口的光模                   电路/平面波导电路（PIC/PLC）、单纤双向（BiDi/非BiDi）、
            块或光设备。由于5G前传是室外应用，因此需要可以野外安装                         灰光/彩光、室内/室外等标准光模块的灵活选择配置，来满足
            的工业级（-40℃～85℃）光模块。目前为实现更宽温度范围                        各种速率、各种传输距离和各种线路功率预算的指标要求。
            的光模块技术方案主要有商业级（0℃～70℃）25Gbit/s直调                         2、两端全无源的低成本双星形WDM架构
            （DML）芯片带制冷封装方式，优点是对激光器芯片要求低，缺                            5G前传的高速光纤连接需求让运营商普遍面临接入光缆匮
            点是增加了功耗与成本。直接采用工业级的25Gbit/sDML芯片，                    乏的痛点，而已在干线和核心网络广泛使用的WDM系统能够在
            优点是封装简单、功耗成本低，缺点是工业级激光器芯片工艺                          单根光纤上就可非常简单地提供40波，甚至多达96波的波长通
            实现困难（如掺铝量子阱材料生长）。                                    道。因此我们完全可以顺理成章地将WDM技术引入到前传网中，
                针对25Gbit/s的高速光模块，各主流器件和光模块厂家都                    让WDM为前传网简单、快速地提供大量波长通道（相当于提供了
            在尝试基于10Gbaud的DML（直接调制激光器）工温芯片，以超                     大量的虚拟光纤），这样就可以大大节约前传网的接入光纤使
            频方式来低成本地实现25Gbit/s的高速收发光模块。其基本思                      用量，解决运营商接入光纤匮乏的痛点问题。
            路都是利用更复杂的电调制解调技术来降低模块对激光器物理                              针对光纤直驱需要消耗大量光纤资源的问题，我们提出了
            带宽的要求或减少激光器的使用数量来降低成本的。一种方法                          面向5G前传的低成本的新型WDM设备的原理架构，如图2所示。
            就是利用四电平脉冲幅度调制（PAM-4）技术实现1个周期传输                       为了降低成本，该创新方案首先采用无中继放大、无色散补偿
            2bit信息，相对于非归零码（NRZ）的1个周期传输1bit信息来                    模块（DCM）、无中间光分插复用器（OADM）跳接的设计思路，
            说倍频了一倍。另外就是使用更高阶的调制技术或多种调制技                          核心架构采用两端全无源的双星型组网拓扑。
            术混合使用，例如华为采用离散调音技术（DMT）来实现单波                          图2 两端全无源的双星形纯透传直连的WDM直驱结构
            100Gbit/s的光模块。
                目前市场上可成熟规模使用的、符合O-band CWDM中心波长
            分配表（如表1所示）要求的前6个波的25Gbit/s光模块最新的
            市场价格已降低到400元/个，而同样速率工作于C-band的光模
            块价格却仍在3000元/个以上，由此可见使用O-band  CWDM光模
            块构建的波分系统的成本优势是非常明显的。
                如表1所示，我们创新设计的全无源、有保护的O-band
            CWDM型5G前传产品，就采用CWDM在O-band的前6个工作波长的彩
            光光模块，并以这6个波长为单位进行堆叠，通过模块化设计，
            可以提供超低成本的6波、12波、18波和24波等5G前传网光模块
            解决方案。
             表1 O-band CWDM的中心波长分配
                                                                     在两端全无源的双星形WDM方案中，在AAU一侧直接采用彩
                                                                 光模块（6波、12波、18波）和无源合分波器件，无源合分波器
                                                                 不需要带电工作，完全可以部署在野外的分纤箱、接头盒和光
                                                                 交箱等处。
                                                                     在基带站点DU侧，也全部采用彩光模块，由无源合分波器
                                                                 进行波长复用/解复用，实现AAU到DU对应波长的连接。
                                                                     该方案的突出特点就是在线路侧只需1根工作纤芯，对主
                                                                 干光纤资源消耗极低。而且远端系统无需供电，具备室外部署
                                                                 能力。可以实现点到点、环网、星型和链型等多种组网场景需
                                                                 求。但该方案有一个麻烦点就是每个汇聚方向所使用的波长必
                                                                 须要按固定顺序排列，两端所使用的光模块是一一对应的，因
                采用标准化、模块化架构，使得设备可实现低成本灵活配
                                                                 此需要全WDM系统统一规划。
            置，例如实现1个基站1根光纤的前传多方向汇聚。这种配置模
                                                                     前传WDM双星形直驱设备是典型的点对点的拓扑结构，它去
            式完全匹配5G前传需要（S111配置需要6个光方向收发），能够
                                                                 除掉了光网络单元设备和光线路终端设备，也让光传送网、分
            以6波为单位将分散在多个基站位置点的高速光连接在综合业务
                                                                 组传送网和切片分组网等设备的电层处理成为多余。
            接入点进行多方向的大汇聚、大集中，是构造C-RAN大集中的最
                                                                     WDM双星形结构的上下行传输均使用独立的、不同颜色的透
            佳方案。
                                                                 明波长通道，不需要进行任何专门的MAC层协议处理，通道之间
                另一方面，可以共享在数据中心商用规模巨大的、成熟
                                                                 不需要带宽的动态分配，故系统的复杂度大大降低，传输效率
            的光模块产业链，可以通过光电二极管/雪崩二极管（PIN/
                                                                 也得到了大幅提高。在提供更高带宽的高速直连通道的同时，
            APD）、直接调制激光器/电吸收调制激光器（DML/EML）、非归
                                                                 传输时延也是所有前传方案中最低的。
            零码/脉冲幅度4电平调制（NRZ/PAM4）、粗波分复用/局域网波
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