Page 12 - 网络电信2023年4月刊
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WDM传输技术发展伊始，业界就一直在研究光层交换技术，                          随着DSP技术的成熟，业内还有一种将O波段WDM系统的单波
            但是由于全光波长变换和光信息直接处理等技术的缺失，目前                          长提升到100Gb/s的努力，例如100G  Lambda  MSA组织正在研究
            在光网络层实现的依旧是波长颗粒的光层调度，最重要的设备                          的400GE-LR4/LR方案就计划采用4波长、800GHz间隔的O波段WDM
            基础是可重构光分插复用设备(Reconfigurable  Optical  Add-          技术通过4x100Gb/s  PAM4信号实现400GE业务接口。因此在光网
            Drop  Multiplexer，ROADM)。我国第一张全光调度的省际骨               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
            干网络——中国电信长江中下游地区ROADM网络于2017年建成                      的高性价比方案。
            [7]，截至2020年，中国电信已经建成了盖全国所有本地网、包                          5G方兴未艾之时，6G已经提上日程。6G时代提出了空天地
            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                     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
            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                       用。第一个作用是6G无线蜂窝网络的承载，预计还将延续5G的
            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                          C-RAN方案，6G移动前传将进一步提升速率和提高性能要求，要
            存性具有不可替代的价值。                                         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
                3.2 4G/5G/6G广义无线网络的光承载技术                         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
                无线网络是催生光通信技术蓬勃发展的又一个重要动力，                        几乎是唯一可行的解决方案。
            特别是进入4G和5G时代以后，移动前传(Mobile  Front-Haul，                  卫星通信，特别是低轨卫星通信技术可以与成熟的无线
            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                        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
            传是伴随着无线接入网(Radio Access Network，RAN)的基带部             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
            分和射频部分的分离部署而产生的：基带部分(4G的BBU、5G的                      点。美国SpaceX公司是商用低轨卫星通信业务的领头羊，根据
            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                       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
            维护成本，并且为跨站协同提供了便利；射频部分(5G的RRU、                       (Starlink)卫星的星际激光通信，并且在2021年1月发射的10枚
            5G的AAU)部署在基站铁搭，通过移动前传系统连接基带部分。                       星链卫星中正式部署了星际激光通信设备。
            这种分离的架构称为C-RAN(Centralized  RAN，集中式RAN)，                 星际激光通信对卫星通信系统带来两大显著进步。第一是
            与之相对应一体化架构称为D-RAN(Distributed  RAN，分布式               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
            RAN)。                                                蜂窝网络的概念，地面站可以比作BBU，卫星相当于RRU，由于
                前传接口是RAN设备的内部接口，一般是模拟信号直接采样                      BBU和RRU星地中继要求，两者的距离和角度都受到限制；有了
            的数字信号，因此对带宽、时延、抖动等性能要求较高，而且                          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
            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                         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
            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                         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
            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                          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
            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                         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。
            速率提升(单载频、单扇区25Gb/s)以及载频扩展带来的前传光                      根据公开媒体报道，SpaceX公司的目标是在完全星际互联的星
            模块数量增加(160MHz/200MHz载频需要2×25Gb/s)，引发了光               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
            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                        的传输时延水平。
            引入到了网络的边缘层[8]。                                           3.3 面向数据中心的光通信技术
                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                        数据中心是最近五年流量增长最快、驱动光通信技术进一
            复用(CWDM)为主，面向未来演进提出了多种技术方案，本文不                       步发展的最重要动力。早在2018年，Cisco公司在做全球云指数
            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                        (Global Cloud Index，GCI)研究和编制中，就给出了目标2021
            术路线的讨论。通过分析5G前传以及20G/50G  PON的技术路线可                  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
            以发现，绝大部分方案都选择了O波段(1260~1360nm)  的WDM技                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
            术，其中CWDM技术由于采用20nm波道间隔，部分波长可能超过O                     访问数据中心的南北向流量[9]。
            波段范围。                                                    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
                O波段在单模光纤中处于低色散且损耗较小的区域，传统                        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
            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                   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
            波段的主要原因是色散代价较小，可以保证25Gb/s  NRZ及50Gb/                 占比(13.6%VS14.9%)。过去几年光通信市场变化的格局也印证
            s  PAM4信号10km甚至更长的传输距离，无需色散补偿。但是随                    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
            着客户侧业务速率提升，也开始引入WDM技术，例如IEEE定义的                      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，
            100GE-LR4和100GE-ER4接口就采用O波段800GHz间隔的LWDM(Lan         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
            WDM)。中国电信提出将O波段800GHz间隔的LWDM(同时符合ITU-T               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
            对DWDM的定义)作为5G前传的解决方案，并和中国移动及众多                       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
            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                     影响。
            G.owdm标准的立项。

                                                       网络电信 二零二三年四月                                            13
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