2019年6月6日工信部正式發放5G牌照，意味著我國5G建設將進入一個快速上升期。每當新一代移動通信技術開始部署時，人們常常會有疑問：它是否會取代固定接入？從網絡接入、網絡承載和網絡架構三大角度看，光接入與5G有各自不同的特點和適用場景，光接入能夠對5G網絡提供承載，二者協同互補，提供高速率和廣覆蓋，此外，固移融合、云網融合將成為光接入與5G的共同趨勢。

 

光接入與5G的關系

事實上，光接入與5G有不同的特點和定位。

從速率角度看，對于光接入，10G-EPON系統下行速率10Gbit/s，上行速率10Gbit/s或1Gbit/s；XG-PON系統下行速率10Gbit/s，上行速率2.5Gbit/s；單用戶速率與ONU（家庭網關）設備接口類型、數量及設備轉發能力相關，下行具備數千兆的接入能力。反觀5G，IMT-2020提出的目標為峰值速率20Gbit/s、用戶體驗速率100Mbit/s（如圖1所示）。事實上，對于Sub 6G頻段、100MHz帶寬，無法實現20Gbit/s的峰值速率；考慮8流，峰值頻譜效率30bit/Hz，得到峰值速率理論值為3Gbit/s（從實際測試情況看，單小區峰值速率在8流時可接近3Gbit/s，在理想條件下實現更高流數時可達10Gbit/s；單用戶速率（2T4R終端）取決于無線環境，可達數百兆、甚至超過1Gbit/s）。

IMT-2020關鍵能力目標

從時延角度看，對于光接入（TDM PON系統），下行時延<1ms，上行時延<1.5ms。對于5G，3GPP標準（TR38.913）提出無線網用戶面單向時延（DL/UL）目標值，eMBB為4ms，uRLLC為0.5ms。基于R15標準的系統僅能實現4ms左右的時延，無法實現IMT-2020提出1ms（如圖1所示）的目標。超低時延需空口新機制，甚至新頻段（目前3.5GHz為TDD，FDD更有利于降低時延）。盡管如此，由于5G核心網支持邊緣計算，從網絡架構上降低時延，有可能實現端到端時延10ms以內，與4G網絡相比明顯降低，已經能夠滿足多數業務的需求。

從覆蓋場景看，光接入更適合覆蓋室內。而5G主要覆蓋室外，目前室內覆蓋方案需進一步研究。對于商務樓，5G室內分布系統無法重用3G/4G（模擬系統），需新建（數字系統）；而對于居民樓，建設室分系統成本高，室外基站覆蓋室內效果有限。另外，國外5G發展初期應用于光纖無法覆蓋的場景，提供固定無線接入，但這不適用于中國。

從發展階段的成熟度看，10G-EPON標準于2009年發布，XG-PON標準于2010年發布，設備已成熟并規模部署；而5G R15版本NSA（Option 3）于2017年12月發布，R15版本 SA（Option 2）于2018年6月發布，設備和網絡還處于發展初期。

從目標客戶群看，光接入的客戶以家庭為主，中小企業為輔。5G的目標客戶重點是To B、To C，盈利難。

光接入與5G各有特點，其關系不是互相替代，而是協調發展、實現寬帶廣覆蓋。光接入可穩定地提供高性能，已覆蓋上億家庭用戶和大量中小企業用戶，具備提供千兆速率的能力；5G可提供遠高于4G的性能，適合于室外等用戶移動場景以及垂直行業難以采用有線方式的場景，而且能夠快速靈活地提供臨時性覆蓋需求。行業應合理利用光接入和5G兩種手段，建設光寬+5G雙千兆網絡，打造智能連接基礎設施。光接入和5G的協調發展，需要共同促進高帶寬業務應用的發展，如4K/8K高清視頻、云VR、云游戲等。光接入和5G的協調發展，需要推動固移融合的技術發展和網絡部署，在光纜、局所、DC（邊緣DC）、承載網等方面充分共享資源。

PON技術對5G前傳的支撐

光接入作為一種網絡接入方式，與5G是協同互補的關系；同時，光接入作為一種承載方式，能夠在5G承載中發揮作用。其中，N×25Gbit/s WDM PON承載5G前傳的eCPRI信號（25Gbit/s）就是一個典型案例。AAU與DU之間的點對點光纖直連是一種簡單易行的方式，但在光纜資源不足的場景，就需要采用基于波分復用的技術。N×25Gbit/s WDM PON系統架構如圖2所示。

N×25Gbit/s WDM PON系統架構

中國電信積極推動相關行業標準制定，提出了既切合網絡需求、產業現狀，又能經濟合理、易于實現的技術指標。其中，最大光纖距離為10km，鏈路預算14dB，上下行均采用C Band波長（單纖雙向），系統包括20通道、14通道兩種規格。ONU可以是獨立設備，也可以基于SFP內置于AAU中；其基本要求是“無色”，通常基于可調激光器實現。以20通道系統為例，采用一芯光纖（不考慮引入纖）即可承載6個基站/18個AAU（其余2通道備用），而點對點方式（一般為雙纖雙向）需要36芯光纖，因此，該系統能夠有效節省光纖，在光纖資源緊張的場景實現快速部署。

5G驅動網絡重構及對光接入的啟示

SDN、NFV技術的發展，帶來了開放、開源、通用、白盒、虛擬化、微服務、自動化、智能化、迭代式開發、灰度升級等一系列新理念、新思路、新方法，促進了CT與IT的深度融合。5G網絡架構的設計融入了IT、NFV、SDN技術的理念和思路，與4G相比發生了根本性變革。5G網絡成為NFV、SDN落地和規模部署的最佳機遇、最主要場景，將有力推動NFV、SDN技術的不斷成熟，推動網絡架構重構的持續深化。

5G網絡架構如圖3所示，其主要特點是：第一，5G核心網實現了控制與轉發的完全分離，用戶面網元為UPF，控制面的主要網元包括AMF、SMF、AUSF、UDM、PCF、NRF、NSSF、NEF等。第二，5G核心網的控制面采用服務化架構，網絡功能（NF）細分和模塊化，可獨立演進、按需部署、獨立擴容，NF間以總線方式相聯系，每個NF接口以API方式呈現，供其它多個NF調用；“點對點”接口方式相比靈活性更強、擴展性更好。

5G網絡架構

轉控分離、SBA架構有利于5GC采用NFV方式，基于NFVI提供的虛機、容器等方式部署，利用MANO實現網元（網絡功能）的自動化、智能化編排管理，最終實現網絡功能按需定制，靈活支持不同業務場景和需求。5GC的控制面以計算功能為主，對轉發性能要求不高，可以虛擬化，并基于通用服務器、采用軟件加速技術實現。5GC的用戶面（UPF）由于對轉發性能，包括吞吐量、時延要求較高，其具體實現方式主要有三種：通用服務器+軟件加速方式、通用服務器＋智能網卡（硬件加速）方式和基于專用硬件的方式。綜合考慮性能與通用性，通用服務器＋智能網卡（硬件加速）方式是未來的重點發展方向，應大力推動智能網卡的異廠商通用。

5G無線網（NG-RAN）中，AAU采用專用硬件。對于CU、DU，現階段比較成熟的是二者合設并基于專用硬件實現，以簡化部署和維護，降低時延。隨著技術的發展，CU、DU虛擬化方面也有不少研究和方案。由于無線接入網與光接入網有一定的相似性，這方面的進展作為他山之石，值得借鑒。日本新興移動運營商Rakuten的4G網絡采用無線網、核心網完全虛擬化的方式，并已規模部署，5G網絡也準備引入虛擬化的DU、CU。由于5G DU的復雜度大大增加，基于智能網卡的方案是方向。當然，這些方案都處于發展初期，后續還需對性能、功耗、成本等因素進行綜合評估。

近年來，在國際上光接入網架構的演進方面也有很多探索。例如，BBF提出了 Cloud CO架構（TR-384）；同時，引入BAA，并成立開源項目，主要面向基于專用硬件（PNF）的設備，基于標準模型對接入設備進行兩級抽象，形成技術無關、廠商無關的模型，構建抽象業務參數與物理參數的映射。AT&T率先提出CO重構（CORD），并以固移融合為目標，基于同一架構實現R-CORD、M-CORD和E-CORD。AT&T主導了OLT硬件抽象（VOLTHA），并進行開源，用于向上層（如SDN-C）屏蔽PON技術細節（如T-CONT、GEM port、OMCI等），將PON設備抽象為可編程的以太網交換機。近期ONF啟動了固移融合的COMAC項目，提出PON與移動網絡的接入控制融合、固移核心網用戶面融合的方案。

就目前來看，光接入網架構的演進是一個長期的過程，很可能與下一代PON技術引入相結合。

圖4是光接入網一種可能的演進架構。OLT存在無法虛擬化的部分（pOLT），包含OLT用戶面以及對實時性要求較高的控制功能；基于SDN的集中管理是必要的，而且是管控一體的，非實時性控制功能虛擬化實現（vOLT），并與SDNC結合集中部署；OLT新功能的引入可以在vOLT/SDN-C實現，也可能通過SDN-C北向接口在更高層面實現。由于OLT虛擬化還是個長期的過程，近期應重點推動PON YANG模型的標準化。中國電信積極參與BBF WT-383、WT-385項目，主導WT-431、SD-418項目，同時制定PON YANG模型企業標準，推動控制器和PON設備對YANG1.1版本（RFC 7950）的支持。

光接入網一種可能的演進架構

OLT哪些功能適合虛擬化，需綜合考慮性能、成本、集成度、功耗等因素，并結合機房位置、條件等因素考慮。圖5為固移融合的邊緣云的一種可能架構，OLT在其中的作用有多種可能性，例如，專用硬件（PNF）、專用硬件+虛擬化（PNF+VNF）、專用硬件并內置擬化基礎設施（PNF+NFVI）等。應積極儲備接入局所作為未來超低時延、固移融合邊緣DC的能力。

OLT與固移融合的邊緣云

光接入下一步的發展

在5G等移動通信發展的同時，光接入技術也在持續推進中。目前，10G PON技術（含10G-EPON/XG-PON）已經規模部署，下一步應如何演進？需要回答的兩個關鍵問題是，采用單波長還是多波長？每波長什么速率合適，25Gbit/s或50Gbit/s，還是100Gbit/s？這方面，產業界的不同國家的運營商、廠商、專家提出了許多不同觀點。

中國已成為世界上規模最大的寬帶接入市場，有必要也有能力提出適合國情的技術演進路徑。考慮到設備成本和維護難度，單波長系統更優。25Gbit/s對現有的10Gbit/s提升有限，而100Gbit/s實現難度太大，50Gbit/s最為合適。經過中國電信與國內運營商、廠商、研究單位等聯合推動，經過激烈討論，50G TDM PON于2018年在ITU-T成功立項。

目前，下一代PON總體要求（G.hsp.req）的研究不斷推進，也取得一些初步共識。50G TDM PON速率（DS/US）包括50G/10G，50G/25G，50G/50G三種。在波長選擇方面，下行為1342nm ±2nm，上行仍然待定。其基本思路為：選擇O-band以降低ONU成本；在同一PON口下僅考慮兩代技術共存，不考慮三代共存，以節省波長資源；同一代技術的不同速率以TDM方式共存，相鄰代技術以WDM方式共存；考慮到不同運營商的演進路徑不同，不同代的上行波長交替使用1260~1280nm、1290~1310nm窗口。對中國而言，50G TDM PON僅考慮與XG-PON（或10G-EPON）在一個PON口下共存，重用GPON上行波長（1290~1310nm窗口）。