華為：5G前傳3.0技術白皮書（25頁）.pdf

1、文檔版本 01 (2020-09-08) i 文檔版本 01 (2020-09-08) i 目 錄 1 5G 前傳進入 3.0 時代 . 21 5G 前傳進入 3.0 時代 . 2 2 5G 前傳 3.0 驅動力 . 32 5G 前傳 3.0 驅動力 . 3 2.1 5G C-RAN 架構變化與 5G 品質業務發展矛盾驅動 . 3 2.1.1 5G C-RAN 架構變化故障點分析 . 3 2.1.2 5G C-RAN 現網故障點分析 . 5 2.1.3 5G C-RAN 現網可用度評估及提升手段分析 . 6 2.2 5G 網絡末梢海量模塊和光纜主動運維驅動 . 6 2.3 5G 2.1 5G

2、C-RAN 架構變化與 5G 品質業務發展矛盾驅動 . 3 2.1.1 5G C-RAN 架構變化故障點分析 . 3 2.1.2 5G C-RAN 現網故障點分析 . 5 2.1.3 5G C-RAN 現網可用度評估及提升手段分析 . 6 2.2 5G 網絡末梢海量模塊和光纜主動運維驅動 . 6 2.3 5G 綜合業務接入驅動 . 8 綜合業務接入驅動 . 8 3 5G 前傳 3.0 目標方案 . 103 5G 前傳 3.0 目標方案 . 10 3.1 半有源 5G 前傳方案架構 . 10 3.2 前傳網絡 99.99%業務可用度 . 11 3.3 前傳網絡可管可控 . 11 3.4 容量提升

3、光纖更省 . 12 3.5 多業務承載能力 . 13 4 5G 前傳 3.0 關鍵技術 . 15 3.1 半有源 5G 前傳方案架構 . 10 3.2 前傳網絡 99.99%業務可用度 . 11 3.3 前傳網絡可管可控 . 11 3.4 容量提升光纖更省 . 12 3.5 多業務承載能力 . 13 4 5G 前傳 3.0 關鍵技術 . 15 4.1 制冷型模塊 . 15 4.2 調頂檢測技術 . 16 4.2.1 多載波調幅 . 17 4.2.2 單載波調幅 . 18 4.3 光層倒換技術 . 18 4.4 OTDR 4.1 制冷型模塊 . 15 4.2 調頂檢測技術 . 16 4.2.1

4、多載波調幅 . 17 4.2.2 單載波調幅 . 18 4.3 光層倒換技術 . 18 4.4 OTDR 精準定位技術 . 19 精準定位技術 . 19 5 5G 前傳 3.0 產業支撐 . 215 5G 前傳 3.0 產業支撐 . 21 6 總結與展望 . 226 總結與展望 . 22 A 縮略語 . 23A 縮略語 . 23 rQqNoPrRsPnMtMoMrMnNrObRaO8OmOnNnPrRfQoPoOfQrQsP8OrQrRwMoPrNNZqRvN 文檔版本 01 (2020-09-08) 2 15G 前傳進入 3.0 時代 5G 前傳進入 3.0 時代 5G 是國家新基建戰略最熱

5、門的領域，中國基礎網絡先行建設的思路，在 5G 中發揮的 淋漓盡致，“寧可路等車，不能讓車等路”的比喻是非常形象的。 2020 年 5G 建設會取得很大的進展，預計到 2020 年年底我國會部署超過 60 萬基站， 據不完全的統計，目前在 30 多個行業，有 300 多種 5G 商用的應用案例，尤其是在媒 體直播、遠程醫療、智能制造、智慧礦山、智能港口等新興領域的應用非常成功，在 整個抗疫過程中也發揮了非常積極的作用。 從整個 5G 生態，和 5G 的全生命周期來看，中國的 5G 才剛剛開始，一方面基站數離 預計總量 500 萬還有很大的距離，目前的幾百種應用離使能千行百業，尤其是 4 個 9

6、，甚至 5 個 9 的高可靠性應用來說，5G 才剛剛起步。 5G 網絡，大量采用 BBU 集中的 C-RAN 的方式進行部署，5G 前傳是 5G 網絡最重要的 部分之一。隨著 5G 建設的快速推進，5G 前傳方案也在快速迭代，已經經歷了前傳 1.0 和 2.0 時代，正在進入 5G 前傳 3.0 時代： 前傳 1.0（2018H2） ：采用光纖直驅方案。利用現網空閑光纖資源滿足了快速開 站的訴求，但因為光纖消耗大，現網存在光纖不足問題； 前傳 1.0（2018H2） ：采用光纖直驅方案。利用現網空閑光纖資源滿足了快速開 站的訴求，但因為光纖消耗大，現網存在光纖不足問題； 前傳 2.0（2019

7、H2） ：采用純無源 CWDM 方案。一定程度緩解了光纖不足的困 難，加速了 5G 基站的開通，但改方案無管理和運維手段，故障定位困難，同時無 法為 5G 2B 及重要 2C 業務提供網絡保護； 前傳 2.0（2019H2） ：采用純無源 CWDM 方案。一定程度緩解了光纖不足的困 難，加速了 5G 基站的開通，但改方案無管理和運維手段，故障定位困難，同時無 法為 5G 2B 及重要 2C 業務提供網絡保護； 前傳 3.0（2020H1） ：采用半有源方案。隨著站點增加、5G 業務的上線、運維 矛盾逐漸凸顯；同時 5G VR/AR 及 2B 行業品質業務逐漸部署，主動運維和業務保 護驅動了半有

8、源解決方案的出現和成熟，5G 前傳網絡建設進入半有源建設的 3.0 時代。 前傳 3.0（2020H1） ：采用半有源方案。隨著站點增加、5G 業務的上線、運維 矛盾逐漸凸顯；同時 5G VR/AR 及 2B 行業品質業務逐漸部署，主動運維和業務保 護驅動了半有源解決方案的出現和成熟，5G 前傳網絡建設進入半有源建設的 3.0 時代。 文檔版本 01 (2020-09-08) 3 2 5G5G 前傳前傳 3.03.0 驅動力驅動力 5G 前傳 3.0 是 5G 建設的必經階段和必然需求，主要驅動來自三個方面，一是 5G C- RAN 架構變化與 5G 品質業務發展矛盾驅動，二是 5G 網絡末梢

9、海量模塊和光纜主動 運維驅動；三是 5G 綜合業務接入驅動。 2.1 5G C-RAN 架構變化與架構變化與 5G 品質業務發展矛盾驅動品質業務發展矛盾驅動 5G 網絡面向千行百業，傳統業務一般要求 99%99.9%可用度，而 5G 品質業務如 2C VR/AR 以及 2B 醫療和工業控制等要求 99.9999.999%可用度，前傳光纖直驅和純無 源 CWDM 方案業務可用度較低，普遍 99%甚至達不到 99%，無法支撐 5G VR/AR 及 2B 行業應用業務的發展。 2.1.1 5G C-RAN 架構變化故障點分析架構變化故障點分析 4G 時代，典型采用 D-RAN 架構，RRU 和 BB

10、U 間灰光光纖直驅，距離在 100m 以 內；BBU 以上回傳接入層采用環型組網，基站間光纜穿越光交采用熔纖方式，站間光 纖距離 12km。 5G 時代，典型采用 C-RAN 架構，BBU 集中放置到 BBU 集中機房，AAU 和 BBU 間采 用灰光光纖直驅或者彩光互聯，AAU 和 BBU 間采用配線和主干光纜 P2P 組網，一般 會經過配線光交和主干光交 3 個跳接點，光纖距離一般不超過 10km，BBU 回傳接入 層采用環型組網，光纜穿越光交采用熔纖方式，站間光纖距離一般不超過 10km。 文檔版本 01 (2020-09-08) 4 無論是 D-RAN 還是 C-RAN 組網模式，BB

11、U 以上都采用成環保護，光纜經過光交都采 用熔纖方式，因此 BBU 以上接入層組網故障點是類似的，主要差異點還是在 BBU 到 RRU/AAU 前傳組網的變化導致的故障點，主要故障點來源于光纖、光模塊、合分波 器，主要分析結論如下： 1 D-RAN 灰光直驅：灰光直驅：潛在故障點最少，因距離在主要 100M 以內，光模塊不存在預 算不足問題； 2 C-RAN 無源彩光：無源彩光：潛在故障點最多，因距離拉遠需要增加考慮光模塊鏈路預算不 足故障點，同時因為在遠端站點和局端機房都增加了合分波器，因此光纖故障點倍 增，同時還需要考慮合分波器端口和臟污故障點； 3 C-RAN 灰光直驅：灰光直驅：故障點

12、數量介于 D-RAN 灰光直驅和 C-RAN 無源彩光之間。 文檔版本 01 (2020-09-08) 5 2.1.2 5G C-RAN 現網故障點分析現網故障點分析 5G C-RAN 架構無源彩光和 C-RAN 灰光直驅原理上故障點比 D-RAN 架構多，現實組 網是否也是如此？為此選擇典型省份做現網分析，分析的方法都是從無線網管系統上 采集 1 個月時長的告警信息，分析單網元（單基站）告警數量和平均故障處理時間。 A ?。菏。?G 采用采用 D-RAN，5G 采用采用 C-RAN，單網元告警量，單網元告警量 5G 是是 4G 的的 10 倍，單倍，單故障故障 平均處理時長平均處理時長 5G

13、 是是 4G 的的 2.5 倍。倍。 具體故障數量統計如下： 具體故障類型占比統計如下： 從告警類型分析：從告警類型分析：單網元告警量單網元告警量 5G 是是 4G 的的 10 倍倍。5G AAU 集成天線單元，駐 波告警大幅降低；故障點主要集中 BBU CPRI 接口，5G 相比 4G 增加近 1 倍；5G BBU CWDM 彩光模塊故障率為 4G 灰光模塊故障率的 5.7 倍； 文檔版本 01 (2020-09-08) 6 從告警平均處理時長：從告警平均處理時長：單單故障故障平均處理時長平均處理時長 5G 是是 4G 的的 2.5 倍倍。5G BBU CPRI 接口異常告警增加到 4G 的

14、 4.12 倍，5G 射頻單元 CPRI 接口異常告警增加到 4G 的 2.87 倍。 通過 A 省實際現網的告警分析，說明 5G 接入網 C-RAN 無源彩光和 C-RAN 灰光直驅 故障點比 D-RAN 組網多既符合理論分析，也符合現網真實情況，采用光纖直驅和無源 彩光構建的 5G C-RAN 前傳網絡可靠性非?？皯n。 2.1.3 5G C-RAN 現網可用度評估及提升手段分析現網可用度評估及提升手段分析 BBU-AAU 接口導致的業務不可用率=（告警總時長*影響業務的告警比例）/ (站點 數量*30 天*24 小時) 5G 業務可用度=1- BBU-AAU 接口導致的業務不可用率 以 A

15、 省為例，即使 10%的 BBU-AAU 告警影響業務，5G 因前傳段導致業務不可用率 高于 1.43%，也就是說 5G 業務的可用度最高也不超過 98.57%，不滿足 5G 品質業務 可靠性要求。 為提升 5G 前傳網絡業務可用度，5G 前傳 3.0 方案必須從故障數量和恢復時長上同時 優化，要將優化到 4G D-RAN 的水平，才能滿足 99.9%最低可用度要求： 故障數量減少故障數量減少：比無源 CWDM 更可靠方案，鏈路余量更高，監控鏈路提前排障， 最好提供保護路徑等； 恢復時長縮短恢復時長縮短：前傳鏈路監控，無線傳輸一次定界，遠端近端一次定位，一次上 站修復。 2.2 5G 網絡末梢

16、海量模塊和光纜主動運維驅動網絡末梢海量模塊和光纜主動運維驅動 接入光纜歸屬傳輸團隊負責，在 4G 時代，多以 PTN/IPRAN 設備組環，接入纜在傳輸 管理系統是可視的，5G 時代，C-RAN 建設光纖直驅和純無源 CWDM 部署后，接入纜 文檔版本 01 (2020-09-08) 7 成為了啞資源，傳輸人員定位問題需要拿著儀表到現場定位，5G 運維模式從 4G 主動 運維退化為落后的人工現場排障方式。 挑戰 1：傳輸域需要專門設置 5G C-RAN 現場運維團隊，人員 OpeX 高。末梢光纜類 似海量毛細血管，未來全國 400500 萬 5G 基站，即使 300 萬站采用前傳，平均前傳 光

17、纜 2km，也有 600 萬公里，繞地球 150 圈；前傳光模塊數量也非常龐大，預計達到 3000 萬支。按照 100200 基站設置 1 個運維人員，300 萬基站需要設置 1.53 萬運 維人員，人員開支至少每月在 12 億 RMB； 挑戰 2：故障定位時間長，影響 5G 2C&2B 業務客戶體驗甚至流失客戶。接入光纜因 為城區地鐵、高鐵、樓宇建設，經常光纜被挖斷，整個前傳路徑非常復雜，且無網管 監控，就是啞資源，網絡排障非常困難，出現問題需要逐段排查，經常需要在無線和 傳輸之間來回確認，在遠端站點和近端站點之間來回更換模塊、跳纖才能定位。從 A 省的排障經驗來看，定位了一個近端光纖異常的

18、問題花了 9 小時，定位了一個主干光 纖駐波反射嚴重的問題花了 15 天。平均來看，C-RAN 無源前傳排障時長相比 D-RAN 故障排查時間增加一倍，基本一天只能恢復一個站點業務。 文檔版本 01 (2020-09-08) 8 為了減少運維人員，降低故障定位時間，5G 前傳 3.0 引入必須引入主動運維監控功 能，實現彩光模塊、支路光纖、線路光纖的準確定界，減少運維人員拿儀表來回跑以 及無線與傳輸溝通時間，可以實現與 4G D-RAN 架構相當的運維效率和運維人員配 置。 2.3 5G 綜合業務接入驅動綜合業務接入驅動 隨著綜合接入區的建設推進，接入層一張光纜網絡服務于綜合業務接入，不僅包括

19、傳 統的家寬、5G 移動外還有運營商主要價值增長的專線業務。因此一張光纜網一網多用 外，接入層設備也需要考慮綜合接入能力： 1 大型綜合接入區：BBU 集中機房位于接入光纜的上邊緣，典型在 1015 個無線基 站，要求設備具有政企專線、OLT 回傳、5G 兼顧 4G 前傳等綜合接入能力： 2 小型綜合接入區： BBU 集中機房位于接入光纜的下邊緣， 典型在 56 個無線基站， 要求設備在商業樓宇、政府、醫院、園區等具有政企專線、5G 兼顧 4G 前傳等綜合 接入能力； 3 縣鄉波分綜合接入：末梢設備要求考慮 Mini-OLT 和前傳綜合接入，局端機房設備 要求考慮線縣鄉 5G 回傳拉遠綜合接入

20、。 近期多個省份針對接入多業務的發展，已經在光纜規劃和設備能力要求上開始探索： 文檔版本 01 (2020-09-08) 9 B ?。嚎紤]政企專線和 2B 業務發展，針對接入光纜做綜合接入改造，要求主干光交上 行光纜具備東西向路由，針對 5G 前傳和政企專線部署主干光纜保護方案； C ?。横槍h端機房 C-RAN 改造后，遠端機房接入專線需要重新疏導，需要把專線業 務接入前傳設備。 文檔版本 01 (2020-09-08) 10 3 5G5G 前傳前傳 3.03.0 目標方案目標方案 為了滿足 5G 品質業務 99.99%99.999%要求，提升 5G C-RAN 海量光纖和模塊主動 運維能力

21、，實現 5G 綜合業務接入演進，5G 前傳 3.0 的目標方案是半有源 5G 前傳方 案。相比純無源 CWDM，半有源 5G 前傳方案在業務可用度、可管可控、波長容量及 多業務接入四大能力上增強和提升。 3.1 半有源半有源 5G 前傳方案架構前傳方案架構 半有源 5G 前傳方案架構包括 5 大核心部件： 1 彩光模塊：彩光模塊： 匹配 AAU 全室外應用，要求-4085工業級模塊，匹配極寒極熱環境 可靠性要求；支持調頂 OAM，實現模塊狀態監控；10km 鏈路性能，具備模塊臟 污、松動鏈路性能容忍能力。 2 遠端無源合分波：遠端無源合分波： 匹配分纖箱和室外綜合柜-4070環境溫度可靠性要求

22、， 滿足抱 桿、掛墻等室外部署 IP65 防水防塵要求； 3 局端有源設備：局端有源設備：提供 5G 前傳、4G 前傳、政企專線、OLT 回傳等綜合業務接入； 4 局端監控板：局端監控板：提供合分波線路及支路、光模塊故障監控，支持線路 1+1 保護； 5 網絡管理系統：網絡管理系統：提供前傳網絡網絡拓撲管理、實現線路光纜、支路光纜、模塊性能 和告警管理。 文檔版本 01 (2020-09-08) 11 3.2 前傳網絡前傳網絡 99.99%業務可用度業務可用度 半有源 5G 前傳方案瞄準關鍵部件、網絡鏈路、設備形態全面提升網絡業務可用度。 1 部件級可靠性保證：部件級可靠性保證： a) 彩光模

23、塊內置 TEC，匹配工溫要求，又能保證模塊高性能； b) 合分波器支持工業級應用，IP65 防護等級。 2 鏈路級可靠性保證：鏈路級可靠性保證： a) 實時線路性能監控； b) 光模塊狀態全監控； c) 50ms 線路保護倒換。 3 系統級可靠性保證：系統級可靠性保證： a) 電源、主控、風扇 1+1 保護，局端設備可用率 99.999%； b) 局端監控&合分波單板，設備掉電不影響合分波業務。 3.3 前傳網絡可管可控前傳網絡可管可控 半有源 5G 前傳方案實現了 4 級故障運維管理機制，前傳網絡故障可遠程快速定界， 直接定位是模塊、尾纖和干線問題；一次上站修復，大幅縮短業務中斷時長。傳輸和

24、 無線專業維護界面清晰，減少了無線和傳輸專業多次溝通過程，提升了運維效率。 文檔版本 01 (2020-09-08) 12 4 級故障運維管理機制實現如下目標： 1) 模塊級監控：提供了超過 10 種性能、告警監控，故障主動告警； 2) 波長級監控：通過調頂信息實現波長的監控，能夠區分遠端和近端波長信息； 3) 光纖級監控：通過支路和主干光纖的染色功能，能夠一次定位到局端還是遠端的主 干路、支路光纖異常； 4) 網絡級監控：借助集中部署的 SDN 控制器和網管系統，實現全網性能的收集、管 理和監控。未來基于大數據和 AI 的分析，能夠為 5G 網絡的優化部署、性能調優、 網絡性能，甚至末端光纜

25、的管理都提供了更大的可能。 3.4 容量提升光纖更省容量提升光纖更省 中移動 2.6G 5G 雙模站、中國電信和中國聯通 3.5G 共建共享站需要考慮 6*25G eCPRI 前傳接口承載，如果考慮 BBU 機房最大接入 20 個基站，不同前傳承載方案光纖需求 差異明顯： 文檔版本 01 (2020-09-08) 13 1 光纖直驅：每基站 12 芯光纜，主干光纜需要 240 芯光纜； 2 純無源 CWDM：6:1 光纖收斂，每基站 2 芯光纜，主干光纜需要 40 芯光纜； 3 半有源：12:1 光纖收斂，每基站 1 芯光纜，主干光纜需要 20 芯光纜。 5G C-RAN 架構下光纖直驅方案對

26、現網接入光纜挑戰非常大，基本上接入主干纜都需 要鋪設，采用純無源和半有源可以極大節省光纜，但半有源通過 12:1 光纜收斂，可以 實現 1 站 1 芯以后，接入主干光纜相比純無源光纜纖芯減少 50%。根據 D 省調研情況 看，光纖直驅下所有區域主干光纜都要重新鋪設；純無源 CWDM 下，3 個區無需鋪設 光纜的場景比例分別約為 10%/50%/80%，半有源下比例提升為 50%/60%/100%。 更為重要的是，半有源線路光纜減少 50%后，部署基站階段，主干光纜纖芯調測時間 減半，開站更快；后期運維階段，線路光纜發生故障的概率也最大減少 50%。 另外，同等數量的主干光纜纖芯下，純無源 CW

27、DM（6:1）保護改造還需要鋪設光 纜，半有源（12:1）可以支撐保護配置。 3.5 多業務承載能力多業務承載能力 半有源 5G 前傳滿足多業務承載主要通過幾個層面來滿足： 1 局端設備：提供 5G 前傳、4G 前傳、政企專線、OLT 回傳等綜合業務接入； 文檔版本 01 (2020-09-08) 14 2 彩光模塊： 25G 光模塊需要考慮多速率和多類型兼容， 提供 25G eCPRI、 25G ETH、 10G ETH、CPRI 28、CPRI 10、STM-1/4/16/64、OTU0/1/2 等多業務接入； 3 單纖波長容量提升：除了覆蓋 5G 12 波 25G 以外，還需要考慮 4G 10G 及專線等 多業務接入的波長需求。 文檔版本 01 (2020-09-08) 15 4 5G5G 前傳前傳 3.03.0 關鍵技術關鍵技術 5G 前傳 3.0 半有源方案實現前傳網絡可管、可控、可靠主要得益于制冷型模塊、調頂 檢測、光層倒換、OTDR 等幾個關鍵技術。 4.1 制冷型制冷型模塊模塊 為了支撐 AAU 室外應用，光模塊需要具備-4085殼溫能力，確保在極寒極熱環境下 光模塊波長漂移不超過合分波器通帶寬度，達到前傳網絡穩定的鏈路性能，當前成熟 的技術是在光模塊內增加 TEC 器件，類似一個光模塊空調器件，確保外界環境溫度變 化過