OTN在5G承载技术中的应用

山西信息规划设计院有限公司 高 欣

随着5G用户数的激增，对5G承载技术提出了新的要求，承载技术的提升能为5G用户提供一个低延时、高传输容量的高带宽传输网络。OTN是光传送网的缩写，是电网络向全光网络过渡的最佳方案，兼具光口和电口的优点，在4G承载技术向5G承载技术过渡时，能提供100G、200G以及400G等多种不同带宽的组网方式和超长距离的端到端传输，真正提高5G承载技术的传输容量。光传送网能完成路由的更新以及5G业务数据的数据重选和分发，切实保证5G网络数据的各项性能指标。

1 5G网络承载技术

综合5G网络的各项使用场景，主要有三种承载要求。第一个是eMBB，就是大流量移动宽带业务，需要实现大的带宽和容量，并具备快速分组转发的能力。第二是URLLC，主要应用于无人驾驶领域，保证较低的延时，这就需要承载技术具备聚合交叉调度与精细的实时访问能力。第三是mMTC，即大规模的物联网，其主要需求是低延时，通常时延要求小于1ms。基于以上三种承载要求，集合了同步数字体系和波分复用优点的OTN技术是5G承载技术中的最佳答案。

1.1 5G承载网设计的影响因素

5G网络和4G网络的组网方式大有不同，4G时代承载网的设计思路仍为传统的网络架构，而5G时代网络的虚拟化和云化部署已得到了广泛的普及。在5G承载核心网络虚拟化和云化部署的大背景下，承载网络的控制平面和用户平面逐步分离，承载网的设计需要从集中模式逐步过渡到分散模式。物理组网设备的复用和资源利用率的最大化是设计时需要考虑的问题。另外基于集中化处理的C-RAN新型无线接入网构架在3/4G时代会显著增加组网的成本，移动网络的运营商较少采用。在5G承载网的设计过程中，需要考虑无线网络资源的管理问题，要在尽量节约成本的同时，考虑整个网络管理的便捷性。不同于3/4G时代，由于带宽和容量的大幅度提高，5G技术使用的频谱覆盖范围较小，在相同单位面积内，需要建立比4G技术更多的基站。基站密度的提高，会使回传网的运行方式发生较大的改变，呈现出更多扁平化的特点。

1.2 5G承载网的具体实现技术

5G承载网的具体设计要求需从物理结构和逻辑结构两方面进行分析。相较于4G时代的物理组网结构来说，5G时代承载网的组网由有源天线处理单元（AAU）、分布式单元（DU）和集中单元（CU）三级结构组成，实则对4G时代的有源天线处理单元（AAU）和把BBU(基带处理单元)二层结构进行了细化。5G传送网架构图分为三段，一为前传，即AAUDU；二为中传，即DU-CU；三为回传，即CU-核心网。在前传的承载方案中，既有光纤直联方案，也有无源WDM方案，当然运用较多的是有源OTN方案和超低时延OTN。在中传和回传的方案中，因需要组网方式灵活、成本较低、运营和维护方便，通常均使用OTN技术。

2 OTN技术介绍

OTN即光传送网兼具SDH和WDM的优点，光传送网的层次结构自下而上依次为：物理介质层、光传输段层、光复用段层、光通道层和客户(电路)层，其层次结构满足ITU-T6.805中关于传输网的要求。OTN技术既具有DWDM的超大容量带宽，又能像SDH一样能便捷的操作和管理，可提供端到端的全透明宽带大粒子传输。由于5G网络注重容量、时延和稳定性，这就要求使用的技术必须符合上述特征。针对5G网络的大容量需求，OTN可以通过大颗粒的带宽复用以及经过加大处理的超大容量传输带宽来满足。在降低5G网络的长距离传输时延方面，主要采取了对节点进行改进的方法，将DSP、FEC等电层信号进行处理，从源头上降低传输的时延，取得了很好的效果。5G通信时代对网络的稳定性要求颇高，需要很强的网络开销管理和监控能力。OTN通过自身提供的六层嵌套串行连接监控功能，以及ODUk交叉、OTN帧结构和多维度可重构ROADM的引入，最终实现端到端和各段之间性能瓶颈的监控，为5G网络的稳定性保驾护航。

OTN的保护方式主要分为五种，第一是主备方式的点到点链路，这种保护方式较为传统，即在主通信光纤发生故障时，切换至备用光纤。第二是光层保护方式，即1:1方式，就是由一个工作系统和一个备用保护系统组成保护网络，实现光层的冗余。第三是光链路保护方式，即1+1方式，也是由工作系统和备用保护系统组成。第四是资源共享保护方式，即M:N模式，这种模式的好处在于备用系统的数量可以小于工作系统的数量，能实现备用系统的复用。第五是核心传输网的自愈环网保护恢复技术，该技术全程无需人工干预，可通过判断发现替代路由并重新建立连接，在较短的时间内保证业务的恢复。当然虽然OTN有着诸多优点，但是也缺少相关的标准，导致建设规范难以统一，亟需完善。

3 OTN在5G承载技术中的应用实例

3.1 OTN在5G承载技术前传中的应用

在5G承载技术的前传中，光纤直联方案、有源OTN方案和超低时延OTN均有应用案例。光纤直联方案较为简单，就是将所有组网设备的AAU和DU通过光纤直接连接。但是这种方案最大的缺点就是会消耗大量的光纤资源，以5G承载网的实际经验来说，一般一个5G基站需要划分成三个小区单元，如果采用光纤直联的模式，至少需要布置三对光纤跳线。在4G/5G的过渡期，基站还需要考虑4G尾纤的问题，每个基站的光纤数量实际更多。经过测算，5G承载网的实际光纤数量将达到4G时代的十倍左右，这是5G承载网建设过程中一笔不小的开支。有源OTN方案在部署时需要考虑WDM对前传信号共享光纤资源的支持，在组网设计时，配置合适的OTN和WDM设备。这种方案可以让不同规模大小的承载网进行灵活组网，其单通道带宽可达到200G，并且能够兼容4G/5G制式的前传，当然最重要的是此方案的安全性和可靠性较强。但是该方案的成本较高，可通过提高生产工艺来解决。超低时延OTN是在常规有源OTN方案的基础上，优化FIFO缓存以及减少了非必要功能模块，另外对OTN成帧结构和映射封装方式进行了改进，并且通过新型的调制编码结合色散光域的可调补偿以及电域均衡等技术，增加OTN在40Gb/s及其以上大容量配置下的组网间距。

3.2 OTN在5G承载技术中传以及回传中的应用

5G网络中，CU和DU共同组成了4G时代的BBU，CU与DU之间的通信传输一般采用环形网络的模式。这种模式具有灵活的交叉组网能力，适用于不同容量不同系统的融合，可对基站进行单独的扩展和升级，最终达到最优容量的配置。另外出现了E-OTN即集成分组增强功能的OTN，它能在一定范围内使整个5G系统使用更加灵活，并能实现CU和DU站点信息的采集与DU站点信息的汇聚。

在5G承载技术中，要实现城域网之间的大容量、稳定传输，回传技术颇为关键，使用OTN技术，除实现各类承载信息的互联互通外，还能实现双链路高速连接和独立调度。E-OTN技术的使用能大幅提高5G回传过程中的承载能力，增大L0-L1之间的传输容量，降低其传输时延，并且能让数据在L2-L3之间实现灵活的转发和数据量的聚合。一般来说，城域网的汇聚层带宽一般根据成本的预算设计在500-1000G区间内。L0光层组网选用C波段N×25G/100G型号密集型光波复用设备，因为此方案的成本相对较低。电路层的组网则选用OTN的点对点分波单元路径连接。当然这其中也会存在一些问题，如传输距离在15km以上时，就会产生色散，那么需要对色散进行补偿。在组网成本的降低方面，可以应用PAM4和DMT技术，其核心是使用单波100G技术。当汇聚层带宽下降至100-200G区间时，光层组网时就可以选取的O-band4/8×25G型号光波复设备，这样能显著降低建设的成本。在核心层的设计中，可使用具有智能调度算法的控制平面，让5G承载技术中实现端到端的部署并且资源实现灵活的调配及复用，让链路路由得到实时的保护，确保5G承载技术的稳定性。在回传中，为了让网络的稳定性和灵活性得到提高，也会采用OTN分组增强的方案。将无线接入网IP化，最终实现现OTN+IPRAN网络架构模式。

结语：在5G承载技术中使用OTN的方案不仅可以同时满足5G组网中大带宽、大容量、低延时、高稳定性的传送要求，更具有组网的灵活性和管理的便捷性。在5G承载技术的设计过程中，需要平衡成本、工期和技术三方面影响因素，选择最适合项目本身的5G承载技术。虽然OTN技术优点众多且不断发展，但仍有需要问题需要不断的摸索，只有不断的尝试才能使5G承载技术更加成熟。