UDWDM/HD-WDM在移動前傳網絡中的應用分析

張海燕（科銳安中國技術有限公司，北京100191）

1 M FH 市場驅動與技術挑戰(zhàn)

針對分布式基站及BBU-RRU 間傳輸，傳統(tǒng)的光纖直驅的方式雖然成本低，開通簡便，但是隨著LTE基站規(guī)模增加，光纖直驅方式將占用大量寶貴光纖資源，很難實現(xiàn)中長期可持續(xù)發(fā)展的要求。圖1 示出的是光纖直驅移動前傳。

無論是運營商還是設備供應商，都希望能采用更高效、成本更低的移動前傳方式。越來越多解決方案旨在尋求既滿足移動前傳的基本要求（高帶寬、低時延、接口協(xié)議滿足CPRI 或OBSAI，可選擇的鏈路保護方式），又能控制合理的成本，同時實現(xiàn)設備小型化和低功耗。

圖1 光纖直驅移動前傳

在眾所周知的WDM-PON、CWDM 基礎傳輸格式上，衍生出了許多不同的設備形態(tài)，這些設備形態(tài)對信號對接格式、端口協(xié)議進行了有限的轉化，但是傳輸核心性能是繼承底層的傳輸方式固有的性能。CWDM技術還需要一對光纖，拓撲只能是鏈形或環(huán)形，無法充分利用現(xiàn)有的星形光纖接入網。

圖2 示出的是無源WDM（WDM-PON）；圖3 示出的是有源WDM（CWDM或DWDM）。

圖2 無源WDM（WDM-PON）

圖3 有源WDM（CWDM或DWDM）

這些方案基本上都是將光分波合波器和波長轉換器技術轉化到接入的應用上，無論簡化多少，線路分光器件的引入會帶來光傳輸代價和投資成本的增加，而且系統(tǒng)極限波道數(shù)量和線路很有限，固化鏈形或環(huán)形拓撲不適用接入模式，且無法利用成熟的功率放大技術，應用范圍非常有限。

2 相干檢測技術簡介

在高速長距光傳輸應用中，相干檢測技術的規(guī)模應用充分證明能極大提升光線路的光信噪比耐受度，最重要的是，該技術激發(fā)了城域傳輸技術應用的廣闊思路。

簡而言之，相干檢測技術有點類似檢波收音機原理，即：OLT 端相當于多路發(fā)送端和接收端（多路頻點同時發(fā)送和接收），ONU是單路發(fā)送端接收端（單路特定頻點發(fā)送接收），每個ONU 與OLT 用一對臨近的頻點（50 GHz 頻段內2 個頻點，PCT?-Paired Channel Technology）（見圖4）作為上下行的通信頻點，接收端通過采用特定頻點的本振與接收到的信號拍頻，諧振特性使對應頻點被檢出，非對應頻點被隔離。

相干檢測技術在應用中主要有2 種產品形態(tài)，即超密集波分復用（UDWDM）和高密集波分復用（HDWDM）。

UDWDM特性：采用相干檢測技術，在C波段可以提供1 000個頻率對，每用戶獨立使用一個頻率對，上下行對稱速率1 Gbit/s。

HD-WDM 特性：采用相干檢測技術，在C 波段可以提供100個頻率對，每用戶獨立使用一個頻率對，上下行對稱速率10 Gbit/s?？梢圆捎妙l點捆綁方式向終端用戶提供更高的速率N×10 Gbit/s。

圖5示出的是xDWDM邏輯拓撲結構。

承載HD-WDM 的光纖物理拓撲可以是任意類型，即可以利用PON 光纖接入星形網，也可以利用鏈形或環(huán)形網，比較靈活。

3 相干檢測技術在接入層應用的價值優(yōu)勢

廣泛的物理拓撲適應性：可以說，HD-WDM 或UDWDM 技術繼承了PON 和WDM 各自的優(yōu)點但拋棄了各自的應用局限，物理層信號在光纖媒介中廣播性發(fā)送但選擇性接收，光纖只要可達，業(yè)務就可達，可以應用任意光纖物理拓撲，星形、環(huán)形、鏈形或其他拓撲。

低時延傳輸：移動前傳應用對傳輸時延要求很高，在10 μm 范圍，PCT?-Paired Channel Technology 技術收發(fā)采用獨立的頻點，10G碼流的調制與解調，優(yōu)化的FEC字節(jié)開銷，無復雜的數(shù)字信號處理，所以端到端傳輸時延在微秒級以下。

覆蓋范圍廣：相干接收具有較高諧振增益（或者說接收靈敏度），使得光功率線路衰減代價高達46 dB（接入段距離80 km）；重要的是，因為每個上下行頻率對只占用50 GHz 帶寬，即使只在C 波段應用，分光比也可以達到1∶96，必要時，C波段成熟光放技術可以有效

圖4 PCT?-Paired Channel Technology

4 U D W D M /H D-W D M 與傳統(tǒng)設備的成本對比

圖5 xDWDM邏輯拓撲結構

利用，可以實現(xiàn)超百千米的覆蓋。

網絡扁平化：網絡覆蓋范圍的增加，結合端到端高帶寬特性，原有城域網接入層與匯聚層的分界可以取消，即接入層業(yè)務直接到達核心節(jié)點（OLT接口板卡可以直接插在核心節(jié)點OTN網元上）。

圖6示出的是網絡扁平化趨勢。

上下行速率對稱：PCT?-Paired Channel Technolo?gy采用獨立的上下行頻點，終端用戶的上下行速率是對稱的，上下行速率都可以達到10 Gbit/s。

成本優(yōu)化：因為相干檢測技術替代分光器件，額外插損減少，器件成本也得以降低。另外網絡扁平化帶來匯聚層設備投資和運維成本的減少。由于使用PCT?-Paired Channel Technology，光纖消耗只有一根，或者利用傳統(tǒng)PON的光纖分配網絡，大大減少光纖占用。

在傳統(tǒng)移動前傳方案中，除光纖占用率較高的光纖直驅方式外，CWDM/WDM-PON 都需要使用到彩色光模塊，對于單個RRU 的接入，至少需要一對彩色光模塊，因為傳輸距離、波道數(shù)量不同，匯聚層設備配置成本（隨著技術發(fā)展，10G傳輸設備市場已經脫離最優(yōu)生產規(guī)模期，成本曲線將進入上升區(qū)間）受具體應用影響而浮動，大致可以將分光器件成本統(tǒng)一到光模塊的成本中。

以N×10G 為例，CWDM、WDM-PON 可以通過簡化，直接采用彩色SFP+模塊進入到WDM 光線路系統(tǒng)中，該固定波長SFP+模塊的平均市場采購價（將線路器件、可能的SOA）每端口大約425 美元，如果采用可調波長的SFP+，端口成本價上升到900 美元；在HDWDM系統(tǒng)中，相干模塊的早期市場價格估計在300美元以下，在規(guī)?；瘧们易灾鏖_發(fā)光子集成推動下，5年后單端口的成本最終可望下降到100～200 美元，十分具有市場競爭力。

圖6 網絡扁平化趨勢

簡單的成本對比還不足以說明差距所在，對于同是N×10G的應用，N值不同，成本結構隨時間的變化也不同。一般來說總成本可以分成固定成本+可變成本，在CWDM/WDM-PON 中，因為擴展空間受限，工程初期設計基本能確定網絡承載容限和建設規(guī)模，固定成本一次投入后，可擴展的部分不多；對于HD-WDM而言，可以按照終端點的規(guī)模增長逐步建設和拓展，固定成本部分只占少數(shù)，甚至連光纜纖芯的占用也是按需增加的，這對于投資決策者的壓力顯然小得多。

5 U D W D M /H D-W D M 市場展望

HD-WDM 究竟能在多長時間內取代現(xiàn)有的城域接入方式，現(xiàn)在尚難以做出準確判斷，但是僅僅從LTE網絡前傳需求空間上就能看出市場的吸引力。全國LTE基站總數(shù)從試驗網到超過100萬個僅僅用了不到2 年時間，截至2015 年8 月已經超過150 萬個，保守估計，到2016年年中，全國LTE基站總規(guī)模將在300萬個以上。其中城市范圍內的基站受光纖資源短缺影響，至少近1/3 有移動回傳需求，郊區(qū)或農村基站建設受傳輸距離和站址影響，至少一半有移動回傳需求，綜合起來看，2016 年的移動回傳需求將達到100 萬以上端口對。以HD-WDM 端口標準成本270 美元（年降低10%）計算，市場規(guī)模達到4億元人民幣以上。

6 可能的挑戰(zhàn)

任何新技術的規(guī)?；袌鰬秒x不開幾個基本條件的成熟：標準化、成本可持續(xù)降低的趨勢、良性行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。

相干檢測技術首先是在超長距高速通信系統(tǒng)中應用的，HD-WDM 不是簡單的技術遷移，而是重新開發(fā)的全過程，目前，相干解調的小型化研發(fā)還是一個棘手的工作，未來更可能要面向光子集成方向以解決功耗和成本。器件或功能單元的模組化后，也能與其他現(xiàn)有技術結合而相得益彰，例如直接結合數(shù)據(jù)交換機或路由器，可以實現(xiàn)更豐富的業(yè)務模式；PCT?-Paired Channel Technology 可調光接口結合SDN，在接入層節(jié)點間就可以實現(xiàn)網絡拓撲的自由定義，即接入節(jié)點可以自由選擇自己的通信對象，條件是雙方的頻點配對就可以了。

UDWDM/HD-WDM 雖然暫時只在有限的開發(fā)聯(lián)合體間開展了合作，但同樣需要上游芯片廠商的支持（如嵌入更高速率的FEC 編解碼芯片）或者下游設備集成商的融合。所謂良性行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)就是指成熟完善的產業(yè)鏈為上下游生產者、使用者及最終用戶創(chuàng)造穩(wěn)定可持續(xù)價值的一個系統(tǒng)，只有在優(yōu)化的資源配置上各方共同合作，為運營商降低網絡成本，才能實現(xiàn)共贏。

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