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xWDM方案在5G前传中的对比分析

光模块是5G网络中实现光电相互转换的基础单元,广泛应用于无线及传输设备,是5G建设的重要部分。5G大规模建设的资金压力导致成本敏感,而光模块成本在5G前传部分设备中的占比高达50%以上。业界纷纷开展5G光模块的低成本方案研究,取得了长足进展,涌现出多种解决方案。

光模块是5G网络中实现光电相互转换的基础单元,广泛应用于无线及传输设备,是5G建设的重要部分。5G大规模建设的资金压力导致成本敏感,而光模块成本在5G前传部分设备中的占比高达50%以上。业界纷纷开展5G光模块的低成本方案研究,取得了长足进展,涌现出多种解决方案。

5G前传都要求至少12个波长通道,因此三大运营商的方案,都以实现12波为目的。基于建设成本、功能实现等多方面的综合考虑,在实践中选择半有源型场景已经成为业内共识。而在半有源方案中根据实现波长的不同,也存在4种方案。

  • CWDM:参考ITU-T G.694.2,通道间隔为20 nm,支持18个波长;
  • DWDM:参考ITU-T G.698.4(原G.metro),通道间隔为100GHz和50GHz,支持40/80个波长;
  • LWDM:参考IEEE 802.3,通道间隔为800 GHz,扩展后支持12个波长;
  • MWDM:基于CWDM的波长进行左右偏移,采用非均匀的波长间隔,支持12个波长。

xWDM方案在5G前传中的对比分析

基于高带宽应用场景, 以及中国移动2.6 GHz频谱160 MHz带宽和中国联通、中国电信共建共享方案200MHz频谱带宽的需求,在前传解决方案中单个基站需要12个波长。基于这些新的应用需求,对4种WDM技术方案进行分析。

25Gbit/s CWDM方案

CWDM有18个波长选择,但是中间的6波由于早期光纤存在水峰效应,产业链供给相对空白。25Gbit/s CWDM方案中的前6波(1270nm-1370nm)可采用无制冷DML激光器和PIN探测器的低成本配置,并且具有成熟的产业链支持,具有非常大的优势,可以很好地满足6波基站需求。

不过,在面临12波应用需求时,CWDM方案的后6波(1470nm-1570nm)色散代价较大,需要采用EML激光器或APD探测器来保证相同的链路功率预算;因此,在面临12波的应用需求时,该方案在成本控制上有较大难度,或者部分波长没有成熟的产业链支持。

针对25Gbit/s CWDM方案,易飞扬推出了25G CPRI CWDM SFP28系列光收发模块。共有12个CWDM通道,包括前6波扩展级系列和后6波工业级系列,传输距离最高可达10km。

25Gbit/s DWDM方案

25Gbit/s DWDM方案包括两种不同的实现手段:一是采用波长可调谐光模块,该方案具有端口无关、波长自适应等优点,波长可调谐范围包括6波、12波、20波和40波等,一款光模块可以满足所有应用场景的需求,但可调谐光模块的高成本成为其推广、应用于5G前传的瓶颈。业界现在也在积极开发低成本的窄带可调光模块,目前相关产品还处于验证阶段。

二是采用固定波长光模块,该方案可以支持48波/96波,但整体运行维护更加复杂。DWDM波长处于色散代价较高的区域,激光器仅能使用EML激光器方案,成本较高。其低成本的窄带可调方案仍处于验证阶段,无法在短时间内推向市场。

易飞扬的工业级25G CPRI DWDM SFP28系列光收发模块采用的便是方法二中的固定波长方案,可选44个DWDM通道,传输距离最高可达10km。

25 Gbit/s LWDM方案

25 Gbit/s LWDM方案中的波长色散代价很小,采用PIN探测器接收就能很好地解决10 km甚至15 km的传输,但是目前LWDM方案仅有8个波长较为成熟。中国联通、中国电信共建共享5G基站,共站频谱带宽达到200MHz,需要12波的解决方案,为此业内推出过多种方案,例如LWDM+CWDM混合、LWDM等距扩展配置等,最终选择按照800GHz通道间隔上下扩展实现。

虽然在工温应用中,需要TEC控温来实现波长稳定,但此配置的8个波长激光器的产业链成熟。4个新扩展波长激光器,有一个借用25 Gbit/s CWDM 1291nm,其余3个可在原有LWDM波长基础上扩展得到,因此在芯片技术方面不会有太多问题。但也需要产业链上游重新设计芯片,也存在规模化与成本之间的博弈。目前,中国电信正在组织产业链上下游进行LWDM的研讨和开发,初步预计将在2020年下半年完成在网的测试验证。

而易飞扬的25G CPRI LWDM SFP28系列光收发模块有9个LAN-WDM通道,传输距离高达40km,可满足部分25 Gbit/s LWDM方案需求。

25 Gbit/s MWDM方案

MWDM是中等波分复用。这是中国移动的最爱,随着它的半有源前传方案(也称Open WDM)一起提出的。

25 Gbit/s MWDM方案在CWDM方案的前6波成熟产品的基础上,通过将这6波分别向左或右平移波长,从原有的6波扩展成12波。MWDM方案可以借鉴CWDM方案中DML激光器的成熟设计经验及工艺控制手段,激光器芯片的设计和制造难度不大,但是芯片重新设计的成本需要时间与规模化的应用来降低,器件设计也需要增加TEC温控来控制波长漂移,这是MWDM方案必须面对的问题。目前,中国移动正在组织产业链上下游进行MWDM技术方案及器件的研讨和开发。

这种方案既重用了CWDM的产业链,也能够满足中国移动自己的10km前传距离需求,同时也节约了大量的光纤资源,可谓一举多得。

针对25 Gbit/s MWDM方案,易飞扬25G CPRI MWDM SFP28系列光收发模块也即将推出,可满足所有12个通道选择,传输距离最高可达10km。

xWDM方案在5G前传中的对比分析
不同的xWDM技术各有优缺点,当前主要的技术方向是6通道采用6波长CWDM配置;12通道采用12波长MWDM/LWDM配置;DWDM波长可调谐方案因为具有端口无关、波长自适应特性等其他方案无法取代的优点,所以后续如果低成本可调谐激光器技术成熟,DWDM方案也将是比较合适的选择。

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