移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)中傳輸方案需求及應(yīng)用探討

沈世奎，王光全（中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院，北京100048）

0 前言

隨著智能終端的快速普及和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，移動(dòng)業(yè)務(wù)呈指數(shù)增長，意味著運(yùn)營商的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)面臨著更大的傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的壓力；因此運(yùn)營商需要不斷增大移動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò)的傳送帶寬和基站數(shù)量，來滿足迅速增加的最終用戶需求。由于高頻段無線信號的衰耗增加和基站新建站址的獲取困難，LTE/LTEA 網(wǎng)絡(luò)在覆蓋上面臨更多的問題，尤其是在城區(qū)范圍。為了提高無線接入業(yè)務(wù)的終端用戶體驗(yàn)，需要進(jìn)一步增加移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋和數(shù)據(jù)容量，因此需要更多不同類型基站，包括宏基站、拉遠(yuǎn)站、小微基站和室分等。

BBU 池組化是無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展重要方向，可將基帶資源集中起來，在不同BBU 間動(dòng)態(tài)分配無線資源，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)協(xié)同（CoMP）、自適應(yīng)負(fù)載均衡、聯(lián)合調(diào)度和干擾消除等，最終實(shí)現(xiàn)頻譜資源利用率和網(wǎng)絡(luò)容量的提升［1-2］。

基帶池架構(gòu)與傳統(tǒng)無線接入網(wǎng)架構(gòu)有很大不同，同時(shí)也引入新的技術(shù)挑戰(zhàn)，其中通過寬帶靈活的BBU與RRU 間接口實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、低誤碼、低延遲的無線信號傳輸就是主要關(guān)鍵技術(shù)?；鶐С丶軜?gòu)主要由3部分組成（見圖1）。

a）分布式無線網(wǎng)絡(luò)：由遠(yuǎn)端無線射頻（RRU）和天線組成，分布式的遠(yuǎn)端射頻單元提供了一個(gè)高容量、廣覆蓋的無線網(wǎng)絡(luò)，可大范圍高密度使用。

圖1 基帶池網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

b）光傳輸網(wǎng)絡(luò)（即移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)）：高帶寬、低延遲的光傳輸網(wǎng)絡(luò)將所有基帶處理單元和遠(yuǎn)端射頻單元連接起來。

c）集中式基帶處理池：由高性能處理器組成，集中式的基帶處理大大減少了基站站址中機(jī)房需求，并使資源聚合和大范圍協(xié)作無線收發(fā)技術(shù)成為可能［3-4］。

基帶池架構(gòu)打破了BBU和RRU間固定連接關(guān)系，每個(gè)RRU 不再屬于任何一個(gè)BBU 實(shí)體，每個(gè)RRU 發(fā)送或接收信號的處理都可以在BBU 基帶池內(nèi)高性能處理器上完成，這樣系統(tǒng)將具有最大的靈活性。

本文主要探討了BBU 池組化架構(gòu)中移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求，重點(diǎn)分析比較了不同傳輸解決方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最后給出了BBU池組化部署過程中移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)的不同傳輸解決方案的應(yīng)用場景建議。

1 移動(dòng)前傳應(yīng)用需求分析

由分布式RRU和集中式BBU組成的基帶池構(gòu)架，需要在RRU 和BBU 間傳輸未經(jīng)處理的無線信號（IQ信號），因此BBU 和RRU 間的移動(dòng)前傳鏈路提出了一些新的挑戰(zhàn)，要滿足無線信號對帶寬和延遲的苛刻要求［5-6］，同時(shí)還從安裝維護(hù)管理、業(yè)務(wù)安全性等方面提出了要求。

1.1 帶寬及容量需求

S111 站3 個(gè)扇區(qū)，共3 個(gè)RRU，CPRI 帶寬與無線頻譜帶寬、載波數(shù)和MIMO有關(guān)，不同載波和天線配置下的CPRI 帶寬如表1 所示，當(dāng)前FDD LTE 以4.9G/2.5G為主，TD LTE以9.8G為主［3］。

表1 前傳網(wǎng)絡(luò)帶寬需求

隨著LTE/LTE-A 部署演進(jìn)中逐步引入載波聚合（CA）技術(shù)，根據(jù)部署頻段不同，對移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)中CPRI接口提出了更高的帶寬需求［7-8］。

對于Intra-band 連續(xù)載波聚合方式，現(xiàn)網(wǎng)基本無需改造，僅需進(jìn)行軟件升級，如果采用寬頻RRU 則數(shù)量無變化，但其容量（CPRI 端口速率）加倍，若采用級聯(lián)方式，則級聯(lián)支持?jǐn)?shù)量相應(yīng)減半；對于Inter-band CA，則采用2 個(gè)獨(dú)立的RRU，因此需新增另外一個(gè)頻段的RRU 及基帶板；對于Intra-band CA，兩頻點(diǎn)采用不同的RRU，RRU數(shù)量亦會(huì)加倍。

因此同站址載波聚合實(shí)施后，RRU數(shù)量理論上會(huì)根據(jù)載波類型和數(shù)量成倍增加，僅按FDD 和TD LTE雙載波聚合估算，每載波3 個(gè)RRU 計(jì)，CA 實(shí)施后每物理站點(diǎn)至少安裝9 個(gè)RRU（WCDMA DC 站3 個(gè)，TD LTE 3 個(gè)，F(xiàn)DD LTE 3 個(gè)），每物理站址則占用至少18芯光纜。一旦規(guī)模部署載波聚合技術(shù)，將對BBU集中的綜合業(yè)務(wù)點(diǎn)出入局纖芯及主干光纜產(chǎn)生極大的壓力。

1.2 保護(hù)機(jī)制需求

在冗余保護(hù)上，光傳輸網(wǎng)絡(luò)在接入網(wǎng)鏈路上可提供可靠的環(huán)路保護(hù)、自動(dòng)倒換以及光纖鏈路管理功能，基帶池架構(gòu)下的移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)提供與之相當(dāng)?shù)目煽啃院凸芾砉δ?。在?dāng)前基帶池構(gòu)架下，集中式BBU支持大量基站站點(diǎn)，連接RRU 和BBU 間的光纖較長，如果每個(gè)RRU和BBU間僅有點(diǎn)對點(diǎn)光纖傳輸，則任意一點(diǎn)光纖故障將導(dǎo)致相應(yīng)RRU 退服。為保證在光纖單點(diǎn)故障條件下RRU 仍可以正常工作，BBU 和RRU間的前傳鏈路應(yīng)具備保護(hù)能力，通過不同管道的主—備光纖路由，實(shí)現(xiàn)前傳鏈路的實(shí)時(shí)備份、容錯(cuò)容災(zāi)。

傳輸系統(tǒng)可以提供保護(hù)倒換機(jī)制，實(shí)現(xiàn)方式包括光層保護(hù)（OLP）和電層保護(hù)（ODUk SNCP），可單向倒換和雙向倒換［9］。

1.3 O A M 功能及網(wǎng)管實(shí)現(xiàn)方式

移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)中引入傳輸設(shè)備后，需具備相應(yīng)的OAM 能力，保障性能監(jiān)控、告警上報(bào)和設(shè)備管理等網(wǎng)絡(luò)功能，且維護(hù)界面清晰；同時(shí)由于移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)位于運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的最底層和邊緣，維護(hù)力量相對較小，因此網(wǎng)絡(luò)管理及控制必須盡量簡單便捷，易于使用。

傳輸設(shè)備網(wǎng)管連接實(shí)現(xiàn)方式主要包括：

a）OSC，外部配置OSC光模塊或者OSC板卡。

b）ESC，通過OTN幀結(jié)構(gòu)中的GCC通道或其他保留字節(jié)來傳輸網(wǎng)管信息。

c）外部DCN，該方案無法應(yīng)用于BBU池組化的移動(dòng)前傳中，因?yàn)槔h(yuǎn)RRU站沒有外部DCN通道。

d）其他方式，例如導(dǎo)頻技術(shù)（pilot tone）。

1.4 設(shè)備形態(tài)及安裝需求

在BBU池組化部署中，RRU設(shè)備形態(tài)和安裝方式較多，包括室內(nèi)型和室外型RRU 設(shè)備，室外型又有掛塔、抱桿和掛墻等多種安裝方式，對于室外型RRU 設(shè)備，相應(yīng)的前傳設(shè)備也需要具備室外安裝形態(tài)，且具備與RRU 相同的室外防護(hù)（防水、防塵、防雷等）和工作環(huán)境（更寬的工作溫度范圍等）要求，這是傳統(tǒng)傳輸設(shè)備所不需要考慮的。另外對于室外型設(shè)備，安裝方式也要求盡量簡化，便于施工操作。

1.5 智能化

光纖直驅(qū)是目前移動(dòng)前傳的主要實(shí)現(xiàn)方案，為了應(yīng)對光纖資源不足而引入的波分復(fù)用傳輸設(shè)備，必須有“類光纖”的特性，不需要過多安裝及維護(hù)人員配置，能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)波長匹配、業(yè)務(wù)及速率匹配等智能化功能。

1.6 多業(yè)務(wù)支持能力

隨著固移融合逐步深入，尤其是國家寬帶戰(zhàn)略的加速，綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)既作為無線寬帶接入機(jī)房又作為固定寬帶接入機(jī)房，因此要求BBU池組化中移動(dòng)前傳解決方案，在支持RRU 接入的同時(shí)，還必須具備綜合業(yè)務(wù)接入能力，尤其是在室內(nèi)型RRU 站（樓宇、園區(qū)），會(huì)同時(shí)存在無線接入需求和固定接入需求（專線用戶等）。

2 不同傳輸解決方案分析

BBU池組化RRU拉遠(yuǎn)后的移動(dòng)前傳方案，目前主要包括光纖直驅(qū)、無源彩光、有源OTN/WDM 和G.met?ro等方案［3，4，10］。

2.1 光纖直驅(qū)方案

在光纖資源充足的情況下，采用光纖直驅(qū)方案是最佳方案，如圖2所示，單個(gè)S111站需要6芯光纖。

圖2 光纖直驅(qū)方案（S111站）

該方案優(yōu)點(diǎn)在于：無需引入傳輸設(shè)備，傳統(tǒng)組網(wǎng)方式，施工和運(yùn)行維護(hù)管理簡單，節(jié)省傳輸投資，滿足CPRI 接口性能要求；缺點(diǎn)在于占用光纖和管道資源多，對接入主干光纜及管道資源壓力大。大量基站都已經(jīng)建設(shè)有接入主干光纜和接入配線光纜，但纖芯數(shù)量無法滿足要求，如采用光纖直驅(qū)方案，將需要新建大量光纜。光纜建設(shè)和管道成本太高，且由于管道資源及施工限制，有些區(qū)域無法再布放光纜。且當(dāng)光纖數(shù)量較多時(shí)，將會(huì)對光纖資源管理造成巨大壓力。

2.2 無源彩光方案

無源彩光波分復(fù)用（WDM）方案，基于彩光模塊和無源合分波板，CWDM/DWDM波長光模塊安裝在無線設(shè)備（BBU 和RRU）上，經(jīng)過CWDM/DWDM 合分波板卡合路后在光纖中傳輸［11］，如圖3所示。

圖3 無源彩光方案

該方案的優(yōu)點(diǎn)在于：通過粗波分復(fù)用技術(shù)，可節(jié)省一定光纖，至少可以滿足3 個(gè)RRU 需求，節(jié)省傳輸投資；采用了無源傳輸設(shè)備（合分波板），不需要供電，施工和維護(hù)簡單，施工周期短，適合室外部署；光模塊直接安裝在無線設(shè)備上，不引入額外有源傳輸設(shè)備和傳輸時(shí)延，可滿足CPRI 接口所有性能要求；同時(shí)對業(yè)務(wù)類型和速率均透明，兼容任意速率。

其缺點(diǎn)在于：由于需要將彩光模塊直接安裝在無線設(shè)備上，目前無線設(shè)備均配置白光模塊，該方案的實(shí)施需要無線廠家配合支持，部分無線廠商不支持，存在一定風(fēng)險(xiǎn)；由于采用固定波長彩光模塊，每個(gè)RRU 都使用不同光波長模塊，因此前期需要做好波長規(guī)劃和管理，為每個(gè)RRU 分配不同波長，導(dǎo)致波長規(guī)劃更加復(fù)雜，同時(shí)增加了光模塊備品備件的數(shù)量和種類；安裝和維護(hù)界面不夠清晰，缺少OAM 機(jī)制，無源合分波板卡無法管理，彩光模塊的波長相關(guān)信息也無法上報(bào)和管理，也無法提供保護(hù)機(jī)制；波長數(shù)量有限，可擴(kuò)展性低，由于無源彩光方案多采用粗波分復(fù)用技術(shù)，波道間隔20 nm，可用波長數(shù)量有限（通常為8波和16波），難以滿足波長較大的需求。

2.3 有源O TN/W D M 方案

該方案在RRU 站點(diǎn)和BBU 機(jī)房配置城域接入型OTN 設(shè)備，通過波分復(fù)用系統(tǒng)來連接BBU 和RRU，多個(gè)RRU可以共享波長或光纖，通過OTN開銷實(shí)現(xiàn)管理和保護(hù)，如圖4所示，客戶側(cè)接口與無線側(cè)接口互聯(lián)，客戶信號需經(jīng)過OTN成幀過程，可細(xì)分為帶端口匯聚和不帶端口匯聚2種，當(dāng)CPRI接口速率小于2.5 Gbit/s時(shí)，可以通過端口匯聚型OTN 板卡（TMUX），將多個(gè)低速CPRI 復(fù)用到10G 波道傳輸，當(dāng)CPRI 接口為10G 時(shí)，直接采用不帶端口匯聚的OTN板卡，線路側(cè)通過CWDM/DWDM波長經(jīng)合分波板卡復(fù)用后在光纖中傳輸。

該方案優(yōu)點(diǎn)在于：可提供豐富的波長資源，節(jié)省大量光纖，滿足大量RRU組網(wǎng)需求；通過傳輸網(wǎng)管，網(wǎng)絡(luò)可管可控，OTN 開銷提供了維護(hù)以及故障診斷能力；可靠性高，支持FEC 等多種保護(hù)機(jī)制。其缺點(diǎn)在于：CPRI over OTN 接口性能是否滿足無線要求待研究；OTN成幀引入額外傳輸時(shí)延，影響RRU拉遠(yuǎn)距離。

圖4 有源OTN/WDM方案

CPRI over OTN 是OTN 方案中最關(guān)鍵及亟須解決的技術(shù)，如何保證無線側(cè)苛刻的性能要求，是在標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)需要考慮的。目前ITU-T SG15 Q11 正在討論G.suppl.CPRI over OTN，暫未達(dá)成一致［12］，還在討論制定中，雖然列出了CPRI 信號的映射方式［13］，但尚有較多問題待解決：CPRI 低速業(yè)務(wù)如何映射復(fù)用到10G 中？是否必須同種業(yè)務(wù)復(fù)用？是否支持多種業(yè)務(wù)的復(fù)用？10G線路速率中是否要有FEC，具體速率多少，基于已有SFP+光模塊，還是其他模塊？OTN 幀是否需要與CPRI 幀同步？CPRI 業(yè)務(wù)信號的維護(hù)信號，OTN 承載時(shí)該如何處理？

2.4 G .metro方案

G.metro方案中，傳輸設(shè)備通過客戶側(cè)接口與無線側(cè)接口互聯(lián)，線路側(cè)接口通過DWDM波長經(jīng)合分波板卡復(fù)用后在光纖中傳輸，客戶側(cè)信號不經(jīng)過OTN成幀過程，通過RRU 側(cè)的可調(diào)激光器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端設(shè)備的端口無關(guān)特性，如圖5所示［14］。

該方案優(yōu)點(diǎn)在于：基于密集波分復(fù)用技術(shù)，可提供豐富的波長資源，節(jié)省大量光纖；通過傳輸網(wǎng)管，網(wǎng)絡(luò)可管可控，可提供維護(hù)以及故障診斷能力；可靠性高，提供保護(hù)機(jī)制，保證傳輸性能；基于端口無關(guān)特性，降低遠(yuǎn)端設(shè)備的配置和維護(hù)要求，提高業(yè)務(wù)開通速度；基于光波長透明承載CPRI，演進(jìn)能力強(qiáng)，可端口升級，支持不同CPRI 速率，支持全業(yè)務(wù)承載。其缺點(diǎn)是：標(biāo)準(zhǔn)化尚未完成，部分技術(shù)細(xì)節(jié)尚待明確。

2.5 傳輸方案比較

從前文分析可知，除光纖直驅(qū)外，移動(dòng)前傳解決方案總體分為2類：有源方案和無源方案，主要區(qū)別在于是否需要在無線側(cè)（BBU 和RRU 側(cè)）安裝有源設(shè)備。有源方案包括：OTN方案和有源WDM方案，需在無線側(cè)安裝OTN 或WDM 設(shè)備；無源WDM 方案：只需在無線側(cè)安裝無源合分波板卡，不需額外供電。2 類方案具體差異如表2所示。

有源方案中，根據(jù)是否對CPRI 信號進(jìn)行OTN 封裝，又可細(xì)分為2類：OTN方案和有源WDM方案，具體差異如表3所示。

圖5 G.metro方案

表2 移動(dòng)前傳不同傳輸方案比較

表3 移動(dòng)前傳有源方案比較

3 應(yīng)用建議

在BBU池組化實(shí)施中，移動(dòng)前傳應(yīng)用解決方案較多，主要是光纖直驅(qū)、無源方案和有源方案3 類，其中光纖直驅(qū)方案，設(shè)備成本最低，在光纖光纜及管道資源暫時(shí)較為豐富且池組化處于規(guī)模較小的初期，是主要的應(yīng)用部署方案；由于部署量少的原因有源方案（OTN和G.metro 等）設(shè)備自身成本較高，而標(biāo)準(zhǔn)化完善尚未完全解決，可作為基礎(chǔ)資源確實(shí)不足且無法敷設(shè)時(shí)的解決方案，待LTE 及后續(xù)無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中基帶池規(guī)模發(fā)展，對光纖光纜資源需求急劇增加，帶寬需要也越來越大時(shí)，有源方案的系統(tǒng)容量大和波道多優(yōu)勢明顯，將成為主要建網(wǎng)方案；而無源彩光方案，介于2 種方案間，既具備光纖直驅(qū)的組網(wǎng)安裝方式（無源、直接安裝在無線設(shè)備中），又具備有源方案的部分優(yōu)勢（少量的波分復(fù)用），但由于系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)能力和系統(tǒng)容量的局限性，僅作為過渡階段方案解決局部光纖資源緊張問題。

根據(jù)運(yùn)營商LTE/LTE-A網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求，對移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)提出相關(guān)建議和需求，并積極推動(dòng)G.metro標(biāo)準(zhǔn)的完善，加快部署應(yīng)用；同時(shí)也需密切關(guān)注BBU 和RRU 間的功能重新劃分及接口標(biāo)準(zhǔn)化工作［15-16］，功能劃分和接口標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)展也對移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用選擇有一定影響。

［1］ 劉思楊.LTE-Advanced 系統(tǒng)中的協(xié)作多點(diǎn)傳輸技術(shù)［J］.電信網(wǎng)技術(shù)，2009（9）：5-9.

［2］ 吳梅，黃帆.協(xié)作式多點(diǎn)傳輸在LTE-Advanced 系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.移動(dòng)通信，2010（10）：43-47.

［3］ CCSA 2012B68 WCDMA/FDD LTE 移動(dòng)通信系統(tǒng)基站基帶池技術(shù)研究［S］.北京：中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)，2012.

［4］ 夏海山.公共通用無線接口（CPRI）協(xié)議的FPGA 實(shí)現(xiàn)［D］.南京：東南大學(xué)，2007.

［5］ CPRI-003 通用無線接口（CPRI）：接口規(guī)范［S/OL］.［2015-08-07］. http://doc.mbalib.com/view/ccd7733bbc15c8b5adc14f75d5a73c ac.htm l.

［6］ Monteiro P P，Viana D，Silva J D，et al. Mobile fronthaul RoF trans?ceivers for C-RAN applications［C］//Transparent Optical Networks（ICTON），2015 17th International Conference on.IEEE，2015.

［7］ 黃翠霞，曹亙.LTE-Advanced 系統(tǒng)中載波聚合技術(shù)性能研究［J］.郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2010（7）：10-15.

［8］ 龔凌，曹華孝.LTE-A 中載波聚合技術(shù)研究進(jìn)展［J］.數(shù)據(jù)通信，2010（2）：29-32.

［9］ YD/T 2713-2014 光傳送網(wǎng)（OTN）保護(hù)技術(shù)要求［S］.北京：人民郵電出版社，2014.

［10］ NGMN Alliance. Backhaul and Fronthaul Evolution［EB/OL］.［2015-08-07］. http://www.ngmn.org/uploads/media/NGMN_RANE V_D4_BH_FH_Evolution_V1.01.pdf.

［11］YD/T xxxx-2015.無線基站BBU 與RRU 互連用SFP SFP+光收發(fā)合一模塊（報(bào)批稿）［S/OL］.［2015-08-07］. http://www.baidu.com/link?url=yO9y5kVPWyqH9RDCkZgWJEPiFiSLh2qkfWDh2q2Bo9G PVEWQb6bM3Bj4u3_7yyHLBbE31ALraCse3dpXiK6IbK&wd=&eqi d=fe94e7b3000ba7da00000002563991a2.

［12］Gorshe Steve.Draft new supplement G.suppl.cpri over otn［S］.ITUT，2015.

［13］ ITU-T G.709 Interfaces for the optical transport network［S/OL］.［2015-08-07］. http://wenku.baidu.com/link?url=OZPDrLVCg4dnB?sO1aTf_wtc_qpZfKjKFJJzrUxhoP- VQ2_5S79suW fm1StAGlqNEJq3 6lHSKB_L8Kf2-6-9Z2_QQuzJfBFVMdg9K874Cm fO.

［14］Guangquan.Wang. Draft new Recommendation G.metro［S］. ITU-T，2015.

［15］中國移動(dòng)研究院.下一代前傳網(wǎng)絡(luò)接口（NGFI）白皮書［EB/OL］.［2015-08-07］.http://www.365pr.net/article_view.asp?id=6747.

［16］Uwe D?tsch，Mark Doll. Quantitative Analysis of Split Base Station Processing and Determination of Advantageous Architectures for LTE［J］.Bell Labs Technical Journal，2013，18（1）：105-128.