OTN在5G承載技術中的應用

山西信息規劃設計院有限公司 高 欣

隨著5G用戶數的激增，對5G承載技術提出了新的要求，承載技術的提升能為5G用戶提供一個低延時、高傳輸容量的高帶寬傳輸網絡。OTN是光傳送網的縮寫，是電網絡向全光網絡過渡的最佳方案，兼具光口和電口的優點，在4G承載技術向5G承載技術過渡時，能提供100G、200G以及400G等多種不同帶寬的組網方式和超長距離的端到端傳輸，真正提高5G承載技術的傳輸容量。光傳送網能完成路由的更新以及5G業務數據的數據重選和分發，切實保證5G網絡數據的各項性能指標。

1 5G網絡承載技術

綜合5G網絡的各項使用場景，主要有三種承載要求。第一個是eMBB，就是大流量移動寬帶業務，需要實現大的帶寬和容量，并具備快速分組轉發的能力。第二是URLLC，主要應用于無人駕駛領域，保證較低的延時，這就需要承載技術具備聚合交叉調度與精細的實時訪問能力。第三是mMTC，即大規模的物聯網，其主要需求是低延時，通常時延要求小于1ms。基于以上三種承載要求，集合了同步數字體系和波分復用優點的OTN技術是5G承載技術中的最佳答案。

1.1 5G承載網設計的影響因素

5G網絡和4G網絡的組網方式大有不同，4G時代承載網的設計思路仍為傳統的網絡架構，而5G時代網絡的虛擬化和云化部署已得到了廣泛的普及。在5G承載核心網絡虛擬化和云化部署的大背景下，承載網絡的控制平面和用戶平面逐步分離，承載網的設計需要從集中模式逐步過渡到分散模式。物理組網設備的復用和資源利用率的最大化是設計時需要考慮的問題。另外基于集中化處理的C-RAN新型無線接入網構架在3/4G時代會顯著增加組網的成本，移動網絡的運營商較少采用。在5G承載網的設計過程中，需要考慮無線網絡資源的管理問題，要在盡量節約成本的同時，考慮整個網絡管理的便捷性。不同于3/4G時代，由于帶寬和容量的大幅度提高，5G技術使用的頻譜覆蓋范圍較小，在相同單位面積內，需要建立比4G技術更多的基站。基站密度的提高，會使回傳網的運行方式發生較大的改變，呈現出更多扁平化的特點。

1.2 5G承載網的具體實現技術

5G承載網的具體設計要求需從物理結構和邏輯結構兩方面進行分析。相較于4G時代的物理組網結構來說，5G時代承載網的組網由有源天線處理單元（AAU）、分布式單元（DU）和集中單元（CU）三級結構組成，實則對4G時代的有源天線處理單元（AAU）和把BBU(基帶處理單元)二層結構進行了細化。5G傳送網架構圖分為三段，一為前傳，即AAUDU；二為中傳，即DU-CU；三為回傳，即CU-核心網。在前傳的承載方案中，既有光纖直聯方案，也有無源WDM方案，當然運用較多的是有源OTN方案和超低時延OTN。在中傳和回傳的方案中，因需要組網方式靈活、成本較低、運營和維護方便，通常均使用OTN技術。

2 OTN技術介紹

OTN即光傳送網兼具SDH和WDM的優點，光傳送網的層次結構自下而上依次為：物理介質層、光傳輸段層、光復用段層、光通道層和客戶(電路)層，其層次結構滿足ITU-T6.805中關于傳輸網的要求。OTN技術既具有DWDM的超大容量帶寬，又能像SDH一樣能便捷的操作和管理，可提供端到端的全透明寬帶大粒子傳輸。由于5G網絡注重容量、時延和穩定性，這就要求使用的技術必須符合上述特征。針對5G網絡的大容量需求，OTN可以通過大顆粒的帶寬復用以及經過加大處理的超大容量傳輸帶寬來滿足。在降低5G網絡的長距離傳輸時延方面，主要采取了對節點進行改進的方法，將DSP、FEC等電層信號進行處理，從源頭上降低傳輸的時延，取得了很好的效果。5G通信時代對網絡的穩定性要求頗高，需要很強的網絡開銷管理和監控能力。OTN通過自身提供的六層嵌套串行連接監控功能，以及ODUk交叉、OTN幀結構和多維度可重構ROADM的引入，最終實現端到端和各段之間性能瓶頸的監控，為5G網絡的穩定性保駕護航。

OTN的保護方式主要分為五種，第一是主備方式的點到點鏈路，這種保護方式較為傳統，即在主通信光纖發生故障時，切換至備用光纖。第二是光層保護方式，即1:1方式，就是由一個工作系統和一個備用保護系統組成保護網絡，實現光層的冗余。第三是光鏈路保護方式，即1+1方式，也是由工作系統和備用保護系統組成。第四是資源共享保護方式，即M:N模式，這種模式的好處在于備用系統的數量可以小于工作系統的數量，能實現備用系統的復用。第五是核心傳輸網的自愈環網保護恢復技術，該技術全程無需人工干預，可通過判斷發現替代路由并重新建立連接，在較短的時間內保證業務的恢復。當然雖然OTN有著諸多優點，但是也缺少相關的標準，導致建設規范難以統一，亟需完善。

3 OTN在5G承載技術中的應用實例

3.1 OTN在5G承載技術前傳中的應用

在5G承載技術的前傳中，光纖直聯方案、有源OTN方案和超低時延OTN均有應用案例。光纖直聯方案較為簡單，就是將所有組網設備的AAU和DU通過光纖直接連接。但是這種方案最大的缺點就是會消耗大量的光纖資源，以5G承載網的實際經驗來說，一般一個5G基站需要劃分成三個小區單元，如果采用光纖直聯的模式，至少需要布置三對光纖跳線。在4G/5G的過渡期，基站還需要考慮4G尾纖的問題，每個基站的光纖數量實際更多。經過測算，5G承載網的實際光纖數量將達到4G時代的十倍左右，這是5G承載網建設過程中一筆不小的開支。有源OTN方案在部署時需要考慮WDM對前傳信號共享光纖資源的支持，在組網設計時，配置合適的OTN和WDM設備。這種方案可以讓不同規模大小的承載網進行靈活組網，其單通道帶寬可達到200G，并且能夠兼容4G/5G制式的前傳，當然最重要的是此方案的安全性和可靠性較強。但是該方案的成本較高，可通過提高生產工藝來解決。超低時延OTN是在常規有源OTN方案的基礎上，優化FIFO緩存以及減少了非必要功能模塊，另外對OTN成幀結構和映射封裝方式進行了改進，并且通過新型的調制編碼結合色散光域的可調補償以及電域均衡等技術，增加OTN在40Gb/s及其以上大容量配置下的組網間距。

3.2 OTN在5G承載技術中傳以及回傳中的應用

5G網絡中，CU和DU共同組成了4G時代的BBU，CU與DU之間的通信傳輸一般采用環形網絡的模式。這種模式具有靈活的交叉組網能力，適用于不同容量不同系統的融合，可對基站進行單獨的擴展和升級，最終達到最優容量的配置。另外出現了E-OTN即集成分組增強功能的OTN，它能在一定范圍內使整個5G系統使用更加靈活，并能實現CU和DU站點信息的采集與DU站點信息的匯聚。

在5G承載技術中，要實現城域網之間的大容量、穩定傳輸，回傳技術頗為關鍵，使用OTN技術，除實現各類承載信息的互聯互通外，還能實現雙鏈路高速連接和獨立調度。E-OTN技術的使用能大幅提高5G回傳過程中的承載能力，增大L0-L1之間的傳輸容量，降低其傳輸時延，并且能讓數據在L2-L3之間實現靈活的轉發和數據量的聚合。一般來說，城域網的匯聚層帶寬一般根據成本的預算設計在500-1000G區間內。L0光層組網選用C波段N×25G/100G型號密集型光波復用設備，因為此方案的成本相對較低。電路層的組網則選用OTN的點對點分波單元路徑連接。當然這其中也會存在一些問題，如傳輸距離在15km以上時，就會產生色散，那么需要對色散進行補償。在組網成本的降低方面，可以應用PAM4和DMT技術，其核心是使用單波100G技術。當匯聚層帶寬下降至100-200G區間時，光層組網時就可以選取的O-band4/8×25G型號光波復設備，這樣能顯著降低建設的成本。在核心層的設計中，可使用具有智能調度算法的控制平面，讓5G承載技術中實現端到端的部署并且資源實現靈活的調配及復用，讓鏈路路由得到實時的保護，確保5G承載技術的穩定性。在回傳中，為了讓網絡的穩定性和靈活性得到提高，也會采用OTN分組增強的方案。將無線接入網IP化，最終實現現OTN+IPRAN網絡架構模式。

結語：在5G承載技術中使用OTN的方案不僅可以同時滿足5G組網中大帶寬、大容量、低延時、高穩定性的傳送要求，更具有組網的靈活性和管理的便捷性。在5G承載技術的設計過程中，需要平衡成本、工期和技術三方面影響因素，選擇最適合項目本身的5G承載技術。雖然OTN技術優點眾多且不斷發展，但仍有需要問題需要不斷的摸索，只有不斷的嘗試才能使5G承載技術更加成熟。