C-RAN傳輸承載技術(shù)解決方案的應(yīng)用研究

譚 立

（中國移動通信集團廣東有限公司 陽江分公司，廣東 陽江 529500）

1 C-RAN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和對傳輸承載的要求

C-RAN是基于集中化處理、協(xié)作式無線電以及實時云計算構(gòu)架的綠色無線接入網(wǎng)構(gòu)架。其在通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，可以實現(xiàn)無線基站BBU與RRU之間的傳輸承載，以通用公共無線接口為基礎(chǔ)完成數(shù)據(jù)信息的鏈路傳送。C-RAN將通用公共無線接口（Common Public Radio Interface，CPRI）用于拉遠傳輸，需要實現(xiàn)BBU的集中化與協(xié)作化等目標(biāo)。CPRI技術(shù)指標(biāo)要求如表1所示。

表1 CPRI技術(shù)指標(biāo)要求

由于C-RAN對傳輸指標(biāo)要求較高，目前GE PTN傳輸接入網(wǎng)和GPON傳輸網(wǎng)絡(luò)都無法滿足其傳輸?shù)募夹g(shù)指標(biāo)要求。

光纖直連的白光直驅(qū)方式是最直接的傳輸方式，可滿足C-RAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路的各項技術(shù)指標(biāo)，實現(xiàn)有效的傳輸承載。而且該技術(shù)采用的是點對點的傳輸方式，其傳輸組網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，相應(yīng)的傳輸設(shè)備光模塊技術(shù)成熟且生產(chǎn)成本較低。該模式也存在明顯的缺點，點對點的傳輸方式需要用到的光纖資源較多，這種非級聯(lián)的實現(xiàn)方式以大量光纖資源的消耗為基礎(chǔ)。新建拉遠基站傳輸示意如圖1所示，對于GSM和TD-SCDMA C-RAN，以白光直驅(qū)方案來實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路的傳輸承載，若按每個站址包含3個RRU來計算，每個RRU占用一對或兩對裸光纖，即每個BBU與RRU之間需要連接一對裸光纖，每個BBU連接至3個RRU，則共需3～6對裸光纖。這種點對多點的連接方式相對于C-RAN組網(wǎng)方式，其接入點與基帶池之間對裸光纖對需求為C-RAN組網(wǎng)方式的3～6倍。隨著建設(shè)規(guī)模的增加，對傳輸網(wǎng)絡(luò)的資源消耗將大幅增加[1-5]。

2 面向C-RAN的傳輸承載技術(shù)

2.1 級聯(lián)的白光直驅(qū)解決方案

2.1.1 技術(shù)概述

級聯(lián)的白光直驅(qū)解決方案是通過采用級聯(lián)的方式，以光電光變換為技術(shù)依托，將RRU實現(xiàn)串行連接，實現(xiàn)級聯(lián)。通過這種方式，多個站址之間的連接可以通過一對裸光纖的共享來實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈接的傳輸承載。白光直驅(qū)方式示意如圖2所示，該方案目前可實現(xiàn)18級GSM RRU級聯(lián)，即6個GSM基站可共用1對裸光纖實現(xiàn)傳輸承載需求。BBU與RRU的CPRI白光接口仍是以白光直驅(qū)方式通過點對點方式建立光纖傳輸鏈路。

圖2 白光直驅(qū)方式示意圖

2.1.2 技術(shù)優(yōu)劣勢及適用場景

目前，級聯(lián)的白光直驅(qū)解決方案可做到18級GSM RRU級聯(lián)，即6個GSM基站共用1對裸光纖，滿足C-RAN組網(wǎng)傳輸?shù)募夹g(shù)指標(biāo)要求。其在BBU與RRU之間傳輸?shù)陌坠饨涌谌允且园坠庵彬?qū)方式實現(xiàn)，通過點對點方式建立傳輸鏈路，但相比白光直驅(qū)方案而言可大大節(jié)省傳輸?shù)墓饫w資源。級聯(lián)的白光直驅(qū)解決方案沒有使用傳輸設(shè)備，其依靠通用公共無線接口協(xié)議實現(xiàn)傳輸?shù)腛AM和保護等機制，實現(xiàn)的形式相對簡單，因此當(dāng)需進行級聯(lián)的站址較多時，其故障定位、性能檢測以及保護倒換能力等相對較弱。另外，級聯(lián)的白光直驅(qū)解決方案對TD-SCDMA和TD-LTE C-RAN多站址級聯(lián)還不能實現(xiàn)有效支持。主要適用場景為光纖資源豐富的短距離C-RAN傳輸[6-8]。

2.2 彩光直驅(qū)解決方案

2.2.1 技術(shù)介紹

彩光直驅(qū)解決方案采用粗波分復(fù)用（Coarse Wavelength Division Multiplexing，CWDM）方式實現(xiàn)，BBU與RRU兩端分別采用彩光模塊，實現(xiàn)不同的波長復(fù)用到同一光纖內(nèi)進行傳輸，波長復(fù)用和解復(fù)用均采用無源光模塊設(shè)備。

六波無源CWDM波分復(fù)用器的6個波長通道分別是為14 271 nm、1 291 nm、1 311 nm、1 331 nm、1 351 nm以及1 371 nm，能夠?qū)崿F(xiàn)將6個CWDM通道波長的光信號復(fù)用到1根光纖中傳輸。由于CWDM器件的光路可逆原理，設(shè)備同樣能實現(xiàn)與之相反的波長解復(fù)用的功能。另外，還有八波無源CWDM波分復(fù)用器。彩光技術(shù)的組網(wǎng)拓?fù)淙鐖D3所示。

圖3 彩光直驅(qū)方式示意圖

2.2.2 技術(shù)優(yōu)劣勢及適用場景

彩光技術(shù)可以更有效地利用光纖的帶寬資源，避免光纖重復(fù)鋪設(shè)，節(jié)約成本。采用該技術(shù)的設(shè)備，具有即插即用、體積小、易安裝以及低插入損耗等優(yōu)點，實現(xiàn)光纜1∶6（另有1∶8）擴容的同時，不會影響原雙纖傳輸系統(tǒng)的光口傳輸性能。此外，其無源的特點可幫助運營商實現(xiàn)“零運維”，同時可以承載多種業(yè)務(wù)類型。彩光直驅(qū)解決方案采用粗波分復(fù)用方式實現(xiàn)，對設(shè)備精度要求高，實現(xiàn)成本相對較高，而且當(dāng)涉及波長數(shù)較多時，建設(shè)和維護難度也較大。由于彩光直驅(qū)解決方案可以承載多種業(yè)務(wù)，適合光纜安全情況良好和直連RRU≤4個的普通業(yè)務(wù)的承載以及光纖和管道資源緊張的地區(qū)[9]。

2.3 波分解決方案

2.3.1 技術(shù)介紹

波分解決方案是在BBU與RRU之間增加WDM、OTN設(shè)備進行數(shù)據(jù)鏈路的傳輸承載，在BBU和RRU兩端仍分別采用普通的光模塊。實質(zhì)上是在傳輸鏈路上增加了波長轉(zhuǎn)換單元（Optical Transponder Unit，OTU）和復(fù)用解復(fù)用設(shè)備，實現(xiàn)多路波長的光信號在同一根光纖中進行傳輸，示意如圖4所示。

圖4 波分方式示意圖

對于光纖資源緊張的場景或者對于長傳輸距離的場景，波分解決方案具有多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问剑绛h(huán)形、鏈形以及環(huán)帶鏈等，并且可以支持多種無線制式，對專線和PON等業(yè)務(wù)的傳輸承載上能提供有效的支持。

2.3.2 技術(shù)優(yōu)劣勢及適用場景

波解決方案一方面可以大幅減少光纖資源的消耗，另一方面可實現(xiàn)大規(guī)模的C-RAN組網(wǎng)方式。此外，波分設(shè)備作為獨立的傳輸承載平臺，可滿足GE/10GE帶寬和大顆粒傳輸需求，為大帶寬業(yè)務(wù)提供有效支撐。但需要增加獨立WDM/OTN傳輸設(shè)備，整體建設(shè)成本造價較高。主要適用于光纖和管道資源緊張、長距離傳輸?shù)膽?yīng)用場景以及大規(guī)模的C-RAN組網(wǎng)方式[10]。

2.4 UniPON承載解決方案

2.4.1 技術(shù)介紹

UniPON是WDM和PON兩種技術(shù)方式的融合，以此實現(xiàn)對點對多點傳輸需求的支持。在C-RAN組網(wǎng)中應(yīng)用UniPON承載解決方案時，BBU與RRU之間需增加WDM/OTN設(shè)備下沉到接入層。而增加PON技術(shù)即可實現(xiàn)射頻信號的傳輸承載，還可以實現(xiàn)寬帶業(yè)務(wù)的傳輸承載。UniPON承載解決方案的傳輸拓?fù)淙鐖D5所示。

圖5 UniPON方式示意圖

2.4.2 技術(shù)優(yōu)劣勢及適用場景

UniPON承載解決方案是在BBU與RRU之間增加PON技術(shù)實現(xiàn)傳輸承載，實現(xiàn)有線與無線傳輸?shù)娜诤希丝梢怨?jié)省主干光纖資源外，還可最大化復(fù)用現(xiàn)有PON網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，大幅降低建設(shè)成本投入。但C-RAN網(wǎng)絡(luò)對光傳輸質(zhì)量要求較高，當(dāng)采用UniPON承載解決方案時，現(xiàn)有的PON網(wǎng)絡(luò)光功率等指標(biāo)可能達不到C-RAN的傳輸指標(biāo)要求，需要對原有的PON網(wǎng)絡(luò)進行改造。另外，PON網(wǎng)絡(luò)一般是采用星型結(jié)構(gòu)的方式進行組網(wǎng)，安全性相對較差，傳輸線路故障會中斷業(yè)務(wù)，缺乏傳輸保護機制。主要適用于已有PON網(wǎng)絡(luò)覆蓋，且對安全性要求不高的應(yīng)用場景。

2.5 單纖雙向承載解決方案

2.5.1 技術(shù)介紹

單纖雙向承載解決方案是在BBU與RRU之間采用單纖雙向模塊。其所使用的WDM技術(shù)使得纖芯使用情況減半，PSDU可以將已有的1 310 nm或者1 550 nm的雙纖雙向點對點傳輸系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為單纖雙向方式傳輸。單纖雙向承載方式如圖6所示。

圖6 單纖雙向傳輸方式示意圖

2.5.2 技術(shù)優(yōu)劣勢及適用場景

該技術(shù)對業(yè)務(wù)信號完全透明，可接入任何速率的業(yè)務(wù)，可實現(xiàn)1 310 nm波長或者1 550 nm波長的單纖雙纖轉(zhuǎn)換功能。而且無源產(chǎn)品即插即用，無需配置，維護簡單，體積小，易安裝。此外具有低插入損耗、高隔離度、低偏振敏感性以及高回波損耗等特點，光學(xué)性能指標(biāo)優(yōu)良，不影響光信號的傳輸質(zhì)量。但增加了光纜路由故障點。主要適用于光纖資源不足且站點的重要性不高的場景。

2.6 SuperLink光纖優(yōu)化設(shè)備承載技術(shù)

2.6.1 技術(shù)介紹

SuperLink光纖優(yōu)化設(shè)備是一種有源的光纖復(fù)用設(shè)備，基于ASIC專用芯片，消除高速數(shù)據(jù)信號傳輸過程中的抖動和干擾，并對信號進行放大，實現(xiàn)原需16條光纖的多種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。在兩條光纖上有效傳輸，傳輸容量最高可至80 G。SuperLink 方式示意如圖7所示。

圖7 SuperLink方式示意圖

SuperLink光纖優(yōu)化設(shè)備可承載多種業(yè)務(wù)的單獨或混合傳輸，主要包括以下6點。一是BBU+RRU的LTE組網(wǎng)；二是PTN設(shè)備間的互連傳輸；三是以太網(wǎng)業(yè)務(wù)傳輸；四是GPON網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸；五是跨海光纜的優(yōu)化利用；六是大客戶專線業(yè)務(wù)傳輸。

2.6.2 技術(shù)優(yōu)劣勢及適用場景

該技術(shù)節(jié)約纖芯資源，傳輸容量大，可承載CPRI數(shù)據(jù)，支持PTN設(shè)備間的傳輸，滿足傳輸性能指標(biāo)的同時還可放大信號。但設(shè)備成本相對較高，設(shè)備安裝需要考慮取電問題，增加維護難度。主要適用于直連RRU＞4個的業(yè)務(wù)或重要業(yè)務(wù)的承載，其安全性較高，并且業(yè)務(wù)擴展能力強，可用在光纖和管道資源緊張地區(qū)。

3 傳輸承載方式選擇分析

綜合上述6種傳輸承載技術(shù)方式的技術(shù)可行性和方案的優(yōu)缺點，對于不同的應(yīng)用場景，應(yīng)根據(jù)技術(shù)要求和經(jīng)濟效益性進行擇優(yōu)選擇。

3.1 承載技術(shù)的選擇思路

擇優(yōu)選擇可以按照以下步驟實施。一是分析6種承載技術(shù)在實施時的可行性和它們各自的優(yōu)、缺點，不可行的技術(shù)在后面計算投資成本時便不予考慮；二是計算出可行技術(shù)方案的投資成本，分析對比成本投入的多少，作為參考；三是結(jié)合投資和技術(shù)優(yōu)缺點，得出最佳承載方案；四是單獨分析考慮管道資源不可再生等極端情況。

3.2 經(jīng)濟效益評估模型

總投資成本=管道成本+光纜成本+設(shè)備成本，其中管道成本=新建管道投資+利舊管道成本分?jǐn)偅饫|成本=新建光纜投資+利舊光纜布放投資+利舊光纜附加成本分?jǐn)偅O(shè)備成本=新增設(shè)備的投資。

通過經(jīng)濟效益評估模型進行經(jīng)濟性比較，節(jié)約的光纜資源成本比新增設(shè)備投資大時采用新技術(shù)，反之則采用光纖直連的白光直驅(qū)傳輸承載技術(shù)方式。

4 結(jié) 論

傳輸承載作為實現(xiàn)C-RAN架構(gòu)的基礎(chǔ)，其要滿足BBU集中化后對纖芯的大量需求，傳送網(wǎng)需要提前做好規(guī)劃，特別是BBU集中放置的中心機房的規(guī)劃和配套主干/配線的使用和建設(shè)。

上述的幾種傳輸承載技術(shù)解決方案各有優(yōu)缺點，它們都可以節(jié)約主干纖芯資源，其中SuperLink和彩光直驅(qū)更適合未來LTE的承載。具體的傳輸承載技術(shù)方案的選擇需要綜合考慮不同應(yīng)用場景對技術(shù)性能的要求和經(jīng)濟效益，并根據(jù)占用光纖資源對網(wǎng)絡(luò)健康度的影響等因素進行擇優(yōu)選用。