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面向C-RAN的5G前傳方案研究

時間:2019-08-01 08:58:32

摘要:本文介紹C-RAN布置架構,分析了5G前傳接口的傳輸指標要求及端口數量需求,提出了滿足5G前傳接口需求的幾種前傳方案,在對各種方案的技術特點進行分析后,提出了當前應對5G前傳采取的措施。

關鍵詞:C-RAN,5G;前傳;接口需求

 

相對于4G無線接入網(RAN)的基帶處理單元(BBU)和射頻拉遠單元(RRU)2級結構,5GRAN通常采用集中單元(CU)、分布單元(DU)和有源天線單元(AAU)3級結構。相應地,傳輸將演變為前傳、中傳和回傳3級結構,通常將DU和AAU間的電路傳輸稱為前傳。

5GRAN的部署方式分為分布式無線接入網(C-RAN)和集中式無線接入網(D-RAN),5G接入網云化將推動CU、DU和AAU分離的大規模C-RAN部署。此時DU堆疊在中心機房如4G的BBU集中機房),AAU分布在遠端。由于5G的前傳對傳輸的要求比較高,因此,5G前傳方案的可行性就顯得尤為重要。


一、5G前傳的接口需求

5G商用初期,AAU將主要利用現有RRU的物理站址,而DU也部署在BBU集中機房,因此5G前傳應綜合考慮5G和4G混合承載的需求。前傳的典型接口為CPRI(N*10Gbit/s或1個100Gbit/s)、ecPRI(25GE端口),時延小于100μm。

前傳接口的數量則和運營商運營的頻段有關,以某運營商為例,其4G和5G共址站可能便用的頻段及端口數如表1所示,大多數情況下1個宏站4G的端口需求為6或9個,5G端口需求為3或6個。

5G前傳表1.png

表1 4G和5G的共址站可能使用的頻段及端口數

二、5G前傳方案分析

滿足5G前傳接口需求的前傳方案主要有光纖直連方案、無源WDM方案、有源WDM方案和WDM-PON方案。

1、光纖直連方案

光纖直連方案是將DU的端口與AAU的端口釆用光纖直接連接的方式。通常每個AAU與DU的連接需要2芯,當DU和AAU采用BiDi(單芯雙向)光模塊時,連接的光纖數為1芯。

光纖直連方案組網結構簡單,接人方使,但即便部分采用單芯雙向方案,依然需消耗大量纖芯資源,通常每個4G和5G共址站需要24~35芯。按每個站新建24芯光纜3km、光纜每公里造價0.8萬元(利用現有管道或桿路資源布放)估算,光繢投資約2.4萬元。

由于DU與AAU間的光纖網絡一般是結構復雜的光分配網(ODN),故DU和AAU的光功率預算除考慮光纜線路的長度外,還要考慮光鏈路中活接頭的數量。典型場景下(DU和AAU間光鏈路長度5km,8個活接頭)DU和AAU設備的光功率預算宜不小于8DB。

2.2無源WDM方案

無源WDM方案釆用WDM技術,將DU至不同AAU的電路采用不同的波長合路到一根光纖中傳輸。例如一個S111站共3個AAU,DU至AAU的收發端口數共6個,在DU側和AAU側各采用1個6路的光終端復用器(OTM)就可以將DU和AAU間的收發信號合路到一根光纖中傳輸,如圖1所示。由于OTM是無源器件,故各業務端口光模塊需采用不同的波長,即彩光模塊。

5G前傳圖1.png

圖1 無源WDM前傳方案

該方案中,OTM是無源器件,價格并不高。但由于需要將原有DU和AAU的光模塊替換成彩光模塊,從而增加了彩光模塊的成本。按每個站含6個RRU、3個AAU估算,總造價約5萬元。

采用無源WDM方案時庫注意以下幾點。

⑴同一合/分波系統中,DU側每個彩光模塊的波長是不同的,使用時需和AAU側一一對應,維護中需要為每一波長的彩光模塊留有備件,可能會增加維護的難度。

(2)適用于5G前傳的25Gbit/s彩光模塊產業鏈的發展目前還不明確,在5G商用初期價格可能較貴。

(3)OTM有一定的插損(每個約3DB),彩光模塊的光功率預算應在光纖直連方案的基礎上再加上OTM的插損。

2.3有源WDM方案

有源WDM方案分為兩種:傳統WDM方案和低成本WDM方案。

傳統WDM方案是在傳統匯聚/接人層波分(DWDM或CWDM)設備的碁礎上,增加了可與AAU安裝在一起的戶外遠端設備。該方案雖可支持環形組網,但由于從DU到AAU的光纜線路難以成環,實際應用中將主要以鏈型組網為主.該方案的成本較高,要解決一個S111站的傳輸,設備投資高達5萬元。若提供更多的設備端口,則造價會進一歩提高。

低成本WDM方案采用離散多載波(DMT)算法,用低速的光器件傳輸高速的信號,從而大大減少了設備成本。例如傳統WDM設備傳送10個10GE的信號需要通過10個10Gbit/s光模塊合波成1個100Gbit/s。而低成本的WDM方案則采用2個10Gbit/s光模塊,通過DMT算法使每個光模塊傳送50Gbit/s的信號,再將2個50Gbit/s信號合波成1個100Gbit/s,如圖2所示。與傳統DWDM/CWDM方案相比,低成本WDM方案可使光模塊的使用量減少數倍,從而使設備的成本減少一半以上。

5G前傳圖2.png

圖2 傳統WDM與低成本WDM方案中光信號的合路方式 

2.4WDM-PON方案

WDM-PON采用WDM技術,在OLT與陣列波導光柵(AWG)間將多個波長復用在一根光纖上傳輸,從而節省OLT與AWG間的光纖資源。WDM-PON前傳方案的拓撲結構如圖3所示。WDM-PON可充分利用現有ODN資源,避免光纜線路的重復建設,降低5G網絡部署成本,快速完成5G網絡的覆蓋。

5G前傳圖3.png

圖3 WDM-PON前傳方案的拓撲結構 

WDM-PON技術出現雖然較早,由于缺少必要的應用,技術的發展及產業化進程一直比較緩慢。當前,隨著5G前傳需求的提出,WDM-PON關鍵技術的相關標準正在進一步完善,但WDM-PON技術實現難度較高、器件的成熟度較低、設備成本較高,近期難以成為主流傳輸技術。

2.5幾種前傳方案的比較

以上共介紹了4種用于5G前傳的技術,不同前傳方案的優缺點對比如表2所示。

5G前傳表2.png

表2 幾種前傳方案的比較

3結束語

通過對以上4種可用于5G前傳技術的對比分析,可得出以下結論。

(1)光纖直連方案對纖芯的消耗量難常大,但總體建維成本并不高。

(2)無源波分方案總體建設成本雖不高,但受制于25Gbit/s光模塊產業鏈的發展,在5G發展初期的應用會受到限制。

(3)各種有源方案均具有較強的OAM功能,可靠性高。但在5G發展的初期,WDM-PON技術不成熟,傳統有源WDM設備價格則較高。低成本的波分方案設備成本相對較低,但在AAU數量較少的場景下單端口的造價依然較高。

綜上所述,合理的光纜纖芯儲備對5G快速建網和持續發展起重要的作用。當前應對5G前傳,在需要新建光纜的段落預留充足的纖芯資源依然是最好的選擇。

 

 

 

參考文獻

[1]IMT-2020(5G)推進組.5G承載需求白皮書[S].

[2]IMT—2020(5G)推進組.5G承載網絡架構和技術方案白皮書[S].

[3]吳萬紅,趙玉祥,莫寒.面向5G的下一代前傳網絡接口及承載方案分析[J].電信技術,2017(8).

[4]劉方森,王建,王仔強,等.面向5G的C-RAN技術與C-RAN規劃案例分析[J].電信工程技術與標準化,2018[3].




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