Page 25 - 网络电信2021年6月刊上

截至2020年，中国电信已经建成了覆盖全国所有本地网、 将延续5G的C-RAN方案，6G移动前传将进一步提升速率和提高性
包含5大区域的骨干ROADM网络，这是我国WDM技术应用水平从点
到点传输向网状组网迈出的重要一步。过去三年ROADM网络建设
运营的实践经验证明了光层调度组网能力对提升互联网性能和
生存性具有不可替代的价值。
2.4G/5G/6G广义无线网络的光承载技术
无线网络是催生光通信技术蓬勃发展的又一个重要动力，
特别是进入4G和5G时代以后，移动前传(Mobile Front-Haul，
MFH)成为光通信特别是光模块市场的一个重要增长点。所谓前传
是伴随着无线接入网(Radio Access Network，RAN)的基带部分
和射频部分的分离部署而产生的：基带部分(4G的BBU、5G的DU/
CU)集中部署在运营商机房，有利于降低基站的工程难度和维护
成本，并且为跨站协同提供了便利；射频部分(5G的RRU、5G的
AAU)部署在基站铁搭，通过移动前传系统连接基带部分。这种分
离的架构称为C-RAN(Centralized RAN，集中式RAN)，与之相对
应一体化架构称为D-RAN(Distributed RAN，分布式RAN)。
前传接口是RAN设备的内部接口，一般是模拟信号直接采样
的数字信号，因此对带宽、时延、抖动等性能要求较高，而且
通常每个载频、每个扇区都要独立前传接口。随着我国的4G和
5G基站数量快速跃居世界首位，我国的移动前传市场规模在全
球首屈一指，催生一个具有鲜明中国特色的移动前传光通信市
场。特别是进入5G时代以后，随着网络提速带来的前传光模块
速率提升(单载频、单扇区25Gb/s)以及载频扩展带来的前传光
模块数量增加(160MHz/200MHz载频需要2×25Gb/s)，引发了光
通信技术在这个细分市场的多项创新，特别是第一次将WDM技术
[8]
引入到了网络的边缘层 。
目前各运营商4G和5G的移动前传已商用的WDM方案以粗波
分复用(CWDM)为主，面向未来演进提出了多种技术方案，本文
不展开叙述，但希望从中引发WDM技术在接入网和城域边缘层的
技术路线的讨论。通过分析5G前传以及20G/50G PON的技术路线
可以发现，绝大部分方案都选择了O波段(1260~1360nm)的WDM技
术，其中CWDM技术由于采用20nm波道间隔，部分波长可能超过O
波段范围。O波段在单模光纤中处于低色散且损耗较小的区域，
传统上可作为客户侧光信号的工作窗口。25Gb/s和50Gb/s信号
选用O波段的主要原因是色散代价较小，可以保证25Gb/s NRZ及
50Gb/s PAM4信号10km甚至更长的传输距离，无需色散补偿。
但是随着客户侧业务速率提升，也开始引入WDM技术，例如IEEE
定义的100GE-LR4和100GE-ER4接口就采用O波段800GHz间隔的
LWDM(Lan WDM)。中国电信提出将O波段800GHz间隔的LWDM(同时
符合ITU-T对DWDM的定义)作为5G前传的解决方案，并和中国移
动及众多国内外合作伙伴一起在ITU-T推动了聚焦O波段WDM技术
标准化的G.owdm标准的立项。
随着DSP技术的成熟，业内还有一种将O波段WDM系统的单波
长提升到100Gb/s的努力，例如100GLambda MSA组织正在研究的
400GE-LR4/LR方案就计划采用4波长、800GHz间隔的O波段WDM技
术通过4x100Gb/s PAM4信号实现400GE业务接口。因此在光网络
的接入层和城域边缘层，O波段WDM技术是一种非常值得关注的
高性价比方案。5G方兴未艾之时，6G已经提上日程。6G时代提
出了空天地海一体化的宏远目标，光通信技术至少在两个方面
发挥重要作用。第一个作用是6G无线蜂窝网络的承载，预计还
网络电信 二零二一年六月
能要求，要求光通信技术继续提供高性价比的WDM承载方案。第
二个作用是6G卫星通信的星际通信和星地通信，特别是星际通
信，光通信几乎是唯一可行的解决方案。
卫星通信，特别是低轨卫星通信技术可以与成熟的无线
蜂窝通信技术形成有效互补，成为6G规划的空天地海一体化通
信宏远目标的重要组成部分，特别在中美两国成为一个重要热
点。美国SpaceX公司是商用低轨卫星通信业务的领头羊，根据
公开媒体报道，早在2020年9月就已经成功在轨道上测试了星链
(Starlink)卫星的星际激光通信，并且在2021年1月发射的10枚
星链卫星中正式部署了星际激光通信设备。
星际激光通信对卫星通信系统带来两大显著进步。第一是
提升覆盖能力，没有星际通信的卫星是独立的存在，参考无线蜂
窝网络的概念，地面站可以比作BBU，卫星相当于RRU，由于BBU
和RRU星地中继要求，两者的距离和角度都受到限制；有了星际
通信的卫星则可以自行中继，有效扩展覆盖范围，理论上可以实
现全球覆盖。第二是降低连接时延，没有星际通信情况下，任何
两个客户之间的通信都需要通过地面站转接，如果不在同一个地
面站覆盖范围内，还需要多个地面站转接，星际通信可以大大减
少地面站转接次数和距离，从而显著降低时延。根据公开媒体报
道，SpaceX公司的目标是在完全星际互联的星链网络中实现8毫
秒超低时延，这将大大超过目前海缆光纤系统的传输时延水平。
3.面向数据中心的光通信技术
数据中心是最近五年流量增长最快、驱动光通信技术进一
步发展的最重要动力。早在2018年，Cisco公司在做全球云指数
(Global Cloud Index，GCI)研究和编制中，就给出了目标2021
年的全球数据流量流向预测，指出到2021年全球超过85%的流量
是数据中心内部和中心之间的东西向流量，只有不到15%是用户
[9]
访问数据中心的南北向流量 。
图4还给出了东西向流量的进一部细化分布预测，其中数据
中心内部流量占大头，占到整个互联网流量的71.5%，数据中心
互联(DCI)的流量占小头，但是也已经接近了整个南北向流量的
占比(13.6%VS14.9%)。过去几年光通信市场变化的格局也印证了
这一点，中美两国的互联网企业同时也是云服务的主要供应商，
在光传输网络建设规模和水平方面直逼传统电信运营商，特别是
美国的互联网企业已经超越了传统电信运营商成为国际海缆传输
系统和国内长途传输系统的主要建设需求方。下面从数据中心内
部和数据中心之间两个方面来分析对光通信技术的影响。
第一，数据中心内部。在数据中心内部流量爆发式增长
的驱动下，数据中心市场已经成为光模块市场发展和技术进步
的第一推动力，无论是速率还是规模，都已经远远超越了传统
电信网络市场。最近几年电信网络市场光模块发展的一个重要
方向就是研究如何借鉴和重用数据中心光模块技术，借助数据
中心光模块的海量需求降低电信市场光模块的成本。例如移动
前传的10Gb/s和25Gb/s光模块相当一部分重用了数据中心光模
块技术，电信设备的100GE和未来400GE光模块的技术要求也越
来越与数据中心要求趋同。数据中心内部光通信发展近期的热
点是板上光通信，包括板上光子联合体(Consortium for On-
Board Optics，COBO)、光电合封(Co-Packaged Optics，CPO)
等。这项技术涉及到芯片、工艺、硅光、高速电接口等多项技
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