半有源5G 前傳技術(shù)研究與試驗(yàn)

［晁夫君 馬嘉斌 王文浩 孫軍亮 劉陽］

1 引言

在5G 浪潮下，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)蓬勃發(fā)展?！?G 商用，承載就緒”，一張高質(zhì)量的承載網(wǎng)絡(luò)是“5G 改變社會(huì)”的有力支撐。5G 前傳作為承載網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，前傳方案的選擇直接影響運(yùn)營商的投資成本和建設(shè)效率，采用哪種前傳方案是當(dāng)下運(yùn)營商面臨的課題。

2 前傳方案分析

首先我們對5G 前傳網(wǎng)的演變架構(gòu)進(jìn)行研究，剖析在5G RAN 及EPC 重構(gòu)下的5G 前傳網(wǎng)。如圖1 所示，5G時(shí)代核心網(wǎng)從骨干網(wǎng)下沉到城域，4G 下EPC 重構(gòu)成5G下城域核心的New Core 和匯聚層及更低的MEC；5G 時(shí)代，CloudBBU 又重構(gòu)為DU 分布單元和CU 集中單元，有時(shí)CU&DU 也可合設(shè)，這就是CRAN 架構(gòu)。5G 前傳網(wǎng)就是指集中DU 與AAU 間、或集中CU&DU 與AAU 間的承載網(wǎng)絡(luò)。

圖1 前傳網(wǎng)演變架構(gòu)

從光纖資源分析，5G 前傳建設(shè)基站數(shù)量相比4G 時(shí)代將提升兩到三倍。如果只用光纖直驅(qū)方式，將會(huì)給現(xiàn)網(wǎng)的光纜資源造成很大壓力。從建設(shè)成本來看，5G 前傳設(shè)備成本較高，需保障客戶投資、提升承載效率。運(yùn)維方面，5G 前傳涉及梳理巨大的DU、AAU，考慮到這些設(shè)備的安裝、開通、升級(jí)等，必須關(guān)注承載產(chǎn)品的維護(hù)效率和成本。在5G 無線接入網(wǎng)絡(luò)部署策略引導(dǎo)下，5G 無線接入的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和承載需要面臨較大改變，因此需要分析前傳方案，降低5G 前傳建設(shè)、維護(hù)成本，提高部署運(yùn)營效率。另外5G 前傳對承載網(wǎng)的帶寬和時(shí)延均提出更為嚴(yán)苛的要求，5G 前傳目前優(yōu)先使用25 Gbit/s 的eCPRI 接口，時(shí)延要求低于100 微秒。

以上可以看出，5G 前傳技術(shù)對運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和維護(hù)意義重大，前傳方案的選擇尤為重要。

目前主要的前傳方案包括：傳統(tǒng)的光纖直驅(qū)方案、無源WDM 方案、半源WDM 方案和有源OTN 承載方案。從技術(shù)、成本、運(yùn)維和時(shí)延幾方面對幾種前傳方案比較如表1 所示。

表1 前傳方案分析表

通過對上面幾種方案的對比，透析幾種前傳技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)如表2 所示。

表2 前傳方案優(yōu)缺點(diǎn)透析表

盡管以上4 種前傳方案均能滿足5G 前傳帶寬、時(shí)延、傳輸距離等性能指標(biāo)要求，但4 種前傳方案技術(shù)特點(diǎn)不同，使得方案的建設(shè)成本、建設(shè)難度和維護(hù)成本等方面均有差異。

整個(gè)5G 新的增長點(diǎn)主要來源于前傳，5G 業(yè)務(wù)場景對前傳網(wǎng)絡(luò)提出了高可靠、易部署、高性能、省光纖、大容量、智運(yùn)維的六大品質(zhì)承載需求，盡管無源波分實(shí)現(xiàn)大量可部署，但是從網(wǎng)絡(luò)的可靠性、可維性以及帶寬慣性來看，半有源WDM 是未來網(wǎng)絡(luò)建設(shè)焦點(diǎn)，是5G 前傳的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)趨勢。

綜合比較目前隨著5G網(wǎng)絡(luò)部署規(guī)模擴(kuò)大，尤其是CRAN 架構(gòu)模式的逐步規(guī)模應(yīng)用，基于半有源WDM 的前傳方案更適合當(dāng)前的5G網(wǎng)絡(luò)需求。

3 半有源5G 前傳技術(shù)研究

如圖2 所示，半有源WDM 承載方案是在AAU 側(cè)使用彩光模塊，通過將多個(gè)不同波長的通道業(yè)務(wù)經(jīng)過無源合分波器復(fù)用后在一根光纖中進(jìn)行傳輸，DU 側(cè)采用有源WDM 設(shè)備將前傳的彩光信號(hào)進(jìn)行解復(fù)用，從而實(shí)現(xiàn)5G前傳。

圖2 半有源WDM 承載方案

從運(yùn)營管理分析，通過光信號(hào)復(fù)用與解復(fù)用實(shí)現(xiàn)光纖通道的擴(kuò)容，節(jié)省纖芯資源。同時(shí)對AAU 的彩光模塊進(jìn)行全方位的管理和監(jiān)控，解決了光纖直驅(qū)前傳方案光纜資源不可視和無源前傳方案不可管理和監(jiān)控的難題，運(yùn)維效率和故障處理及時(shí)率將大幅提升。有效解決5G 前傳網(wǎng)絡(luò)纖芯資源過快消耗、網(wǎng)絡(luò)可靠性和運(yùn)維難題，助力運(yùn)營商為廣大個(gè)人和行業(yè)客戶提供高品質(zhì)5G 產(chǎn)品和服務(wù)。

從運(yùn)維主體進(jìn)行分析，半有源承載維護(hù)界面容易劃分、更清晰，如圖3 所示。

圖3 半有源WDM 維護(hù)界面

若由無線負(fù)責(zé)前傳運(yùn)維，則前傳作為RAN 的一部分。延續(xù)當(dāng)前無線傳統(tǒng)前傳運(yùn)維方式，即免承載維護(hù)（免開通、免監(jiān)控），“無源波分+彩光”的半有源承載方案比較適合，無線維護(hù)人員只需要掌握簡單無源合分波知識(shí)，消除了有源前傳承載方案對維護(hù)能力要求高、需要無線運(yùn)維人員具備豐富跨專業(yè)的維護(hù)能力難題。

若由承載負(fù)責(zé)前傳運(yùn)維，則前傳作為回傳網(wǎng)的延伸。承載運(yùn)維方式可以分為前傳獨(dú)立運(yùn)維和前傳回傳統(tǒng)一運(yùn)維兩種模式，前者適合前傳規(guī)模較大，后者適合前傳規(guī)模較??；統(tǒng)一運(yùn)維則根據(jù)前傳承載方案將運(yùn)維納入相應(yīng)的專業(yè)網(wǎng)進(jìn)行運(yùn)維，比如OTN、IPRAN；從無線業(yè)務(wù)端到端角度，前傳回傳統(tǒng)一運(yùn)維具備業(yè)務(wù)維護(hù)端到端的一致性優(yōu)點(diǎn)。

從產(chǎn)業(yè)鏈的狀態(tài)分析，在運(yùn)營、設(shè)備、芯片、模塊、測試各環(huán)節(jié)廠商的共同推動(dòng)下半有源5G 前傳產(chǎn)品也已經(jīng)邁入成熟期，綜合考慮25G 速率模塊，建議使用MWDM波長，優(yōu)先具備12 波傳輸能力，且性能優(yōu)異，性價(jià)比高；10G 及以下速率模塊，建議使用傳統(tǒng)的CWDM 波長，產(chǎn)業(yè)鏈成熟，價(jià)格便宜；濾波器基本和速率無關(guān)，同樣波長的25G 速率和10G 速率可共用濾波器。

4 前傳方案實(shí)驗(yàn)

目前山東電信已經(jīng)建設(shè)了帶PD 檢測的半有源實(shí)驗(yàn)局，方案如圖4 所示。

圖4 前傳方案實(shí)驗(yàn)方案

AAU 側(cè)無源盒式設(shè)備采用中興的OD60A 設(shè)備：集成濾波器，重量輕，符合IP65 防水防塵要求，支持壁掛、抱柱等多種安裝方式。

有 源WDM 設(shè) 備 采 用CX66A/DX62 設(shè) 備，配 備MWDM 濾波器和光模塊。

使用MWDM 波段，可滿足12 波25G 需求。近端濾波器帶PD 檢測功能，高性價(jià)比滿足光層性能監(jiān)測。本次測試選用6 波25G 解決S111 模型前傳。

前傳監(jiān)測板卡提供擴(kuò)展口1 380 nm～1 620 nm，可級(jí)聯(lián)成熟的CWDM 濾波器，實(shí)現(xiàn)25G 和10G 的業(yè)務(wù)混傳。提供6/12 個(gè)MWDM 通道，并提供單通道功率監(jiān)測。

現(xiàn)場進(jìn)行了如下條目測試，測試圍繞5G 前傳單站接入6×25G 典型模型的光接口指標(biāo)、波道鏈路余量、保護(hù)功能、異廠家互通、多業(yè)務(wù)接入等多方面展開，共涉及15項(xiàng)測試項(xiàng)，如表3 所示。

表3 前傳試驗(yàn)測試表

測試由承載和無線專業(yè)共同實(shí)施，采用獨(dú)立運(yùn)維模式。測試結(jié)果顯示：12 波單纖雙向測試中，波道鏈路余量均大于8.5 dB，保護(hù)倒換時(shí)間小于50 ms；12 波25G 光模塊光接口指標(biāo)、12 波單纖雙向合分波光接口指標(biāo)均滿足5G 前傳覆蓋要求。

5 結(jié)束語

通過針對4 種前傳技術(shù)在技術(shù)、成本、運(yùn)維和時(shí)延幾方面的比較，結(jié)合現(xiàn)場半有源實(shí)驗(yàn)局的功能、性能測試，驗(yàn)證了半有源5G 前傳方案可運(yùn)營、可管理、成本可控，半有源前傳方案可作為5G 前傳技術(shù)的首選。