CPRI承載方案及性能指標(biāo)分析

解文明（江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司，江蘇南京210019）

0 引言

移動前傳網(wǎng)絡(luò)（Fronthaul）指BBU 與RRU 之間的網(wǎng)絡(luò)。在LTE建設(shè)初期，BBU與RRU之間通常以裸光纖直連方式為主，從而導(dǎo)致光纖資源消耗嚴(yán)重、擴(kuò)容困難等一系列問題。除光纖直連方案外，許多設(shè)備廠商、運營商和標(biāo)準(zhǔn)組織相繼提出了多種前傳的解決方案，主要包括無源合分波+彩光模塊、有源OTN/WDM、WDM-PON等。

1 C PR I承載技術(shù)介紹

目前CPRI鏈路承載以光纖直驅(qū)方案為主，可以采用RRU級聯(lián)、單纖雙向等手段節(jié)省纖芯。同時業(yè)界也提出了采用WDM/OTN、WDM-PON 承載方案，提高光纖資源使用效率，以解決在多種網(wǎng)絡(luò)共存局面的情況下纖芯資源面臨的挑戰(zhàn)。

1.1 光纖直連方案

光纖直連方案是目前使用最多、最簡單的CPRI承載方案，1 個LTE 基站需要部署3 個以上RRU（1 個RRU 需要1 對光纖，總共需要3 對以上光纖），光纖資源消耗巨大，可以通過以下方式節(jié)省光纖資源。

1.1.1 RRU級聯(lián)

在BBU 集中設(shè)置、主設(shè)備具備條件的情況下，RRU 拉遠(yuǎn)建設(shè)可以通過級聯(lián)方式進(jìn)行，采用n 級級聯(lián)后纖芯需求量為級聯(lián)前的1/n。

同物理站同制式同頻段扇區(qū)間級聯(lián)，即將同一個物理站址上同制式同頻段的不同扇區(qū)RRU 通過級聯(lián)方式僅占用1對纖芯與BBU相連（見圖1）。

圖1 同物理站同制式同頻段扇區(qū)間RRU級聯(lián)示意圖

除高鐵或者線性專網(wǎng)覆蓋場景外，一般原則上不允許對跨物理站址的RRU 進(jìn)行級聯(lián)。針對不同的場景，可以采用不同的級聯(lián)方案。在目前條件下，同物理站、同頻段、同制式扇區(qū)間的RRU 級聯(lián)是比較常用的一種級聯(lián)方式。

1.1.2 單纖雙向

為了節(jié)省纖芯資源，目前可以采用單纖雙向方案解決。單纖雙向是指雙方向的數(shù)據(jù)信號采用不同的波長在同一根光纖中傳送。該方案可以節(jié)省一半的纖芯資源，因此可在RRU級聯(lián)基礎(chǔ)上進(jìn)一步減少一半纖芯需求。

該方案要求BBU/RRU 側(cè)均需配置具備單纖雙向能力的光模塊。由于雙方向模塊各需增加一個波長選擇濾波器，以透過發(fā)送波長、折射接收波長，成本較單纖單向光模塊會有所增加，增加20%～30%（見圖2）。

圖2 單纖雙向通信原理

目前主流光模塊廠商均已能提供單纖雙向的CPRI 光模塊，規(guī)格主要包括10 km 和15 km 2 種，相對而言，10 Gbit/s 光模塊更加成熟。主流無線設(shè)備廠商的LTE基站設(shè)備均可支持CPRI單纖雙向光模塊。

1.2 CPRI over WDM/OTN

WDM 方案利用波分復(fù)用特性，將多個CPRI 鏈路采用不同的波長承載，然后再復(fù)用到一根光纖中，達(dá)到節(jié)省纖芯資源的目的。WDM方案有2種實現(xiàn)方案，具體如下。

1.2.1 無源分光器+彩光模塊方案

基站的CPRI采用彩光模塊，通過無源的合分波濾波器實現(xiàn)波分復(fù)用，無需配置傳輸承載設(shè)備。CPRI彩光方案網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 無源分光器+彩光模塊方案網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

CPRI彩光方案目前尚處于應(yīng)用初期，均由模塊廠商提供，而目前基站廠商尚不支持，基站對CPRI 接口狀態(tài)無法監(jiān)測管理，同時由于彩光模塊波長問題增加了維護(hù)難度。

1.2.2 WDM/OTN設(shè)備承載方案

WDM/OTN 設(shè)備承載方案采用小型化的WDM/OTN 承載設(shè)備實現(xiàn)CPRI 鏈路的承載。由于BBU 和RRU 通過WDM/OTN 設(shè)備實現(xiàn)CPRI 連接，BBU/RRU設(shè)備只需采用短距光模塊即可。WDM/OTN 設(shè)備承載具備環(huán)形等組網(wǎng)能力，因此可以為CPRI鏈路提供保護(hù)機(jī)制（見圖4）。

圖4 WDM/OTN設(shè)備承載方案網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

WDM/OTN設(shè)備承載方案有下述2種實現(xiàn)方案。

a）成幀方案，即將CPRI 信號映射到OTN 幀結(jié)構(gòu)后再轉(zhuǎn)換成彩光信號實現(xiàn)波分復(fù)用，基于OTN的網(wǎng)絡(luò)管理能力和保護(hù)功能都比較完善。信號封裝到OTN幀可支持更好的管理，可監(jiān)視線路誤碼，可以在誤碼越限導(dǎo)致業(yè)務(wù)體驗變差時觸發(fā)倒換。同時由于成幀操作，絕對時延和時延精度指標(biāo)會有所劣化。

1.3 C PR IoverW D M -PO N

WDM-PON 采用波長獨立方案，不同波長通道可采用不同協(xié)議、速率、碼型，用來承載不同的業(yè)務(wù)。WDM-PON方案本質(zhì)上是利用波分復(fù)用技術(shù)達(dá)到節(jié)省纖芯的目的。

WDM-PON 方案與WDM 方案最大的區(qū)別是采用了無色光模塊關(guān)鍵技術(shù)，光模塊可以自行調(diào)整合適的波長。OLT 發(fā)出所有波長的廣播輪詢，ONU 接到哪個口，就會收到哪個AWG 口濾過來的波長，收到哪個波長就自我調(diào)節(jié)到哪個波長上，換一個AWG 口后，就會收到另一個波長的信號，那么就把DFB激光器調(diào)節(jié)到另一個波長。近期隨著CPRI 承載和用戶帶寬需求的迅速增長，各個運營商都開始考慮把WDM-PON 作為承載CPRI信號的技術(shù)方案之一，WDM-PON承載方案網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖5所示。

圖5 WDM-PON承載方案網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在性能上，CPRI 承載要求遠(yuǎn)高于普通用戶接入，因此WDM-PON需簡化協(xié)議及封裝流程，以滿足CPRI對于時延、抖動的需求。對CPRI信號可采用直接透傳方式，或?qū)PRI信號做簡單處理后封裝進(jìn)以太網(wǎng)幀方式進(jìn)行傳輸。目前WDM-PON 承載CPRI 的技術(shù)方案仍處于起步階段，尚未推出商用產(chǎn)品。

2 C PR I承載方案指標(biāo)驗證

2.1 C PR I承載方案測試內(nèi)容

RRU到BBU之間為10 km的G.652光纖，組網(wǎng)（見圖6）及主要驗證內(nèi)容如下。

a）WDM/OTN/WDM-PON 承載CPRI 業(yè)務(wù)長期誤碼率性能，驗證WDM/OTN/WDM-PON 承載CPRI業(yè)務(wù)的長期誤碼率是否滿足指標(biāo)要求。

圖6 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

b）承載無線業(yè)務(wù)性能，驗證CPRI 承載方案對無線業(yè)務(wù)是否有影響。

c）光纖線路故障時告警功能，驗證在線路故障時相應(yīng)的告警功能是否正常。

d）雙向時延指標(biāo)，驗證承載CPRI 業(yè)務(wù)的雙向時延指標(biāo)是否滿足要求。

e）雙向時延精度指標(biāo)，驗證承載CPRI 業(yè)務(wù)的雙向時延精度指標(biāo)是否滿足要求。

名師的成長與成名主要靠教師自身的努力進(jìn)取，但也離不開學(xué)校的發(fā)展平臺和有意識、有計劃的培育，因此，學(xué)校要把名師培育作為師資隊伍建設(shè)的一項重要工作來抓，強(qiáng)化頂層設(shè)計和統(tǒng)籌謀劃，形成有利于名師干事創(chuàng)業(yè)、成長發(fā)展的良好機(jī)制。

2.2 C PR IoverW D M /O TN/W D M -PO N方案驗證

2.2.1 長期誤碼率

在BBU側(cè)承載設(shè)備的CPRI接口連接CPRI測試儀表，在對應(yīng)的RRU 側(cè)承載設(shè)備的CPRI 業(yè)務(wù)單板客戶側(cè)光口環(huán)回。預(yù)期結(jié)果為24 h的誤碼率<10-12。

CPRI over WDM/OTN方案測試結(jié)果：24 h無誤碼。

CPRI over WDM-PON方案測試結(jié)果：24 h無誤碼。

2.2.2 無線業(yè)務(wù)性能

BBU 側(cè)采用實際設(shè)備（與傳輸設(shè)備異廠家）配合，EPC 側(cè)采用實際設(shè)備配合。業(yè)務(wù)正常運行后，記錄RRU 的無線信號質(zhì)量性能（EVM 等指標(biāo)）。改用光纖直連，重復(fù)測試無線性能指標(biāo)，對比有傳輸設(shè)備和無傳輸設(shè)備時的無線性能。

測試結(jié)果：采用WDM/OTN/WDM-PON 設(shè)備承載后，EVM值變化不大，無線業(yè)務(wù)不受影響。

2.2.3 線路故障時告警功能

光纖線路故障時告警功能測試，驗證RRU環(huán)網(wǎng)中線路故障時承載網(wǎng)絡(luò)上相應(yīng)的告警功能是否正常。

CPRI over WDM/OTN 方案測試結(jié)果：能出現(xiàn)PWR_LOW、LOF、LOS告警。

CPRI over WDM-PON 方案測試結(jié)果：只有LOS告警，信號中斷。

2.2.4 雙向時延（Round Trip Delay）

在BBU側(cè)承載設(shè)備的CPRI接口連接CPRI測試儀表，在對應(yīng)的RRU 側(cè)承載設(shè)備的CPRI 業(yè)務(wù)單板客戶側(cè)光口環(huán)回，記錄時延。預(yù)期結(jié)果為雙向時延應(yīng)優(yōu)于5 μs（不含線纜）。測試結(jié)果如下。

CPRI over WDM 測試結(jié)果：直接將CPRI信號轉(zhuǎn)為彩光后實現(xiàn)波分復(fù)用傳送，雙向時延小于0.5 μs。

CPRI over OTN 測試結(jié)果：將CPRI 信號作為客戶信號封裝到ODU 幀中，然后再進(jìn)行波分復(fù)用的傳送，開啟FEC功能時雙向時延小于26 μs，關(guān)閉FEC功能時雙向時延小于12 μs。

CPRI over WDM-PON 測試結(jié)果：雙向時延小于0.34 μs。

2.2.5 雙向時延精度（Round Trip Delay Accuracy）

在BBU側(cè)承載設(shè)備的CPRI接口連接CPRI測試儀表，在對應(yīng)的RRU 側(cè)承載設(shè)備的CPRI 業(yè)務(wù)單板客戶側(cè)光口環(huán)回。啟動CPRI儀表的測試，測試30 ms，記錄時延的最大值和最小值；預(yù)期結(jié)果為雙向時延精度應(yīng)優(yōu)于±16.276 ns。測試結(jié)果如下。

CPRI over WDM測試結(jié)果：時延精度小于0.4 ns。

CPRI over OTN測試結(jié)果：時延精度小于6.2 ns。

CPRI over WDM-PON 測試結(jié)果：時延精度小于0.2 ns。

3 C PR I承載方案性能指標(biāo)分析

現(xiàn)網(wǎng)選用了CPRI over WDM/OTN 方案和CPRI over WDM-PON方案，驗證內(nèi)容包括：光纖線路故障時的告警功能、CPRI 業(yè)務(wù)長期誤碼率性能、雙向時延及雙向時延精度、保護(hù)倒換性能，并與光纖直連方式進(jìn)行對比，對比結(jié)果如表1所示。

CPRI over WDM/OTN方案支持CPRI 1/2/3/4/5/6/7/8/9，而CPRI over WDM-PON 方案目前僅支持CPRI 1/2/3，帶寬指標(biāo)不能滿足2.5 Gbit/s 以上的CPRI 要求。WDM 與WDM-PON 設(shè)備雙向時延均很小（小于0.5 μs），而OTN 設(shè)備受成幀影響，引入一定處理時延，時延較大（小于12 μs），開啟FEC會更大（小于26 μs）。術(shù)方案存在的不足是未來前傳承載所需要研究的重點。

表1 CPRI承載方案性能指標(biāo)對比表

［1］ CPRI SpecificationV6.1［S/OL］.［2015-07-25］.http://www.cpri.info/spec.html.

［2］ 周巧玲，田宇興，陳東進(jìn).WDM-PON在移固融合發(fā)展中的優(yōu)勢分析［J］.移動通信，2015（1）：87-90.

［3］ 汪靈杰，王建利，張傲，等.WDM-PON 的無色ONU技術(shù)［J］.光通信研究，2009（6）：14-16.

［4］ 蔣郁，劉偉平，陳舜兒.淺析WDM-PON 及多波長光源的發(fā)展趨勢［J］.光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù)，2008（1）：4-5.

［5］ 李福昌.LTE網(wǎng)絡(luò)BBU集中化部署關(guān)鍵解決方案［J］.郵電設(shè)計技術(shù)，2014（10）：1-5.

［6］ 劉磊. LTE 中BBU 集中放置關(guān)鍵技術(shù)研究［J］. 郵電設(shè)計技術(shù)，2014（11）：41-44.

［7］ 霍曉莉.BBU集中部署時CPRI鏈路承載方案［J］.電信科學(xué)，2015（8）：167-171.

［8］ 王會濤，趙勇. C-RAN 承載方案分析［EB/OL］.［2015-07-17］.http://www.zte.com.cn.

［9］ 王昌廷，韓冬梅.C-RAN 傳輸解決的新思路［J］.通信世界，2015（6）：8-10.

［10］余征然.面向C-RAN的傳輸承載方式的探討［J］.郵電設(shè)計技術(shù)，2012（4）：5-8.