5G傳輸承載網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中無源波分彩光模塊應(yīng)用的技術(shù)探討

蔡 勇

（湖北郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，湖北 武漢 430023）

0 引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的快速增長(zhǎng)和千兆寬帶業(yè)務(wù)的應(yīng)用發(fā)展，我國(guó)邁入5G大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)建設(shè)快速發(fā)展階段，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)步入5G新領(lǐng)域。5G的場(chǎng)景應(yīng)用和實(shí)踐對(duì)于如何打造萬物互聯(lián)的數(shù)字化AI平臺(tái)、帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)化發(fā)展以及豐富場(chǎng)景應(yīng)用都有積極的推動(dòng)作用。如何面對(duì)千億設(shè)備的連接能力和大數(shù)據(jù)流量迅猛增長(zhǎng)的挑戰(zhàn)，真正達(dá)到實(shí)現(xiàn)萬物智能互聯(lián)是5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)面臨的困難之一。5G網(wǎng)絡(luò)極高速率、極大容量以及極低時(shí)延的3大特點(diǎn)對(duì)傳輸承載網(wǎng)提出了較高的要求，5G基站規(guī)模組網(wǎng)部署和數(shù)量的增多也勢(shì)必對(duì)光纜資源提出更高的要求，從而給傳輸承載網(wǎng)帶來了一定的壓力。在這種情況下，應(yīng)探討如何有效地對(duì)傳輸承載網(wǎng)的容量進(jìn)行增加擴(kuò)容，滿足5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)展的部署需求。無源波分技術(shù)彩光模塊的應(yīng)用可以解決這個(gè)難題，在一定程度上可緩解5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)部署對(duì)傳送網(wǎng)造成的壓力，滿足5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)展的擴(kuò)容需求。

1 無源波分彩光模塊在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)應(yīng)用的特點(diǎn)

5G對(duì)承載網(wǎng)的需求集中體現(xiàn)在高速率、高可用性、高精度同步以及超低時(shí)延等幾個(gè)方面。如何形成差異化的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，滿足5G承載網(wǎng)對(duì)有線無線綜合承載的要求，無源波分彩光模塊的應(yīng)用有一定的優(yōu)勢(shì)[1]。在初期階段，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)部署中每個(gè)基站若考慮3個(gè)扇區(qū)，那么每個(gè)站點(diǎn)采用單芯雙向傳輸則需3芯光纖，采用單芯單向則需6芯光纖。

在4G、5G基站站址共址的場(chǎng)景下，隨著光纖資源的逐步疊加需求，就會(huì)使得對(duì)光纜網(wǎng)的主干光纜纖芯資源消耗巨大。而C-RAN集中模式的最大瓶頸并不是基站到配線光交的接入光纜資源，而是在于主干光纜纖芯的需求。這種情況下，新建基站的接入光纜無法從根本上解決主干光纜資源短缺的瓶頸，因此無源波分彩光模塊應(yīng)用而生，它能有效解決這個(gè)問題。

理論上，無源波分彩光模塊出局光纖只需一芯，即可大量節(jié)省主干光纜，同時(shí)無源波分彩光模塊也是無源設(shè)備，小巧靈活，可快速安裝，從而有效減少了5G基站光纜需求對(duì)主干光纜纖芯的耗用，在很大程度上緩解了主干光纜纖芯資源緊張的壓力。

2 無源波分彩光模塊的的介紹

無源波分彩光模塊采用的是WDM技術(shù)，該技術(shù)將載有一系列信息和不同波長(zhǎng)的光信號(hào)集成耦合成一束，在一條光纖中進(jìn)行傳送并實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)間傳輸?shù)募夹g(shù)。

無源波分彩光模塊是光復(fù)用傳輸鏈路中的的光電轉(zhuǎn)換器，其采用波分復(fù)用技術(shù)，將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)復(fù)合在一條光纖上進(jìn)行傳輸，具備成本低等優(yōu)點(diǎn)[2]。具體的特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：一是性價(jià)比高，利舊現(xiàn)網(wǎng)光纜，免鋪纜時(shí)間及建設(shè)成本，相對(duì)有源波分有較大成本優(yōu)勢(shì)；二是快速部署，部署速度快，適合快速光纖擴(kuò)容需求及應(yīng)急；三是簡(jiǎn)易安裝，體積小，無需供電，即插即用，無需配置，安裝靈活；四是適應(yīng)性好，環(huán)境適應(yīng)性好，可集中布放在機(jī)房，也可獨(dú)立掛墻，放置在分纖箱或戶外；五是可靠性高，純無源設(shè)備，基本免維護(hù)；六是種類豐富，合波器規(guī)格種類多，彩光模塊速率豐富，可按需配置，性價(jià)比高；七是容量適中，最大可提供24波傳輸容量；八是結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，與插片式分光器結(jié)構(gòu)相同，符合插片式分光器結(jié)構(gòu)規(guī)范，能滿足多種應(yīng)用場(chǎng)景需求。

無源波分彩光模塊的特征有功耗低、可靠性高、設(shè)計(jì)靈活、支持熱插拔、LC雙工接口以及支持?jǐn)?shù)字診斷功能，符合多協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，如SFP MSA協(xié)議、SDH/SONET傳輸標(biāo)準(zhǔn)、IEEE 802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)及RoHS-6標(biāo)準(zhǔn)等。CWDM波分光模塊可提供18個(gè)可用波長(zhǎng)（1 270～1 610 nm），支持C波段波長(zhǎng)。

5G基站和4G基站無源波分彩光模塊的應(yīng)用區(qū)別如下。一是彩光模塊速率不一樣，5G基站采用25G速率，4G基站采用10G速率；二是合分波器一樣，但只進(jìn)行不同波長(zhǎng)光信號(hào)的過濾匯聚，不區(qū)分基站類型。

無源波分將普通白光模塊更換為彩光模塊，通過合分波器進(jìn)行匯聚后，通過1芯光纖傳輸?shù)綄?duì)端，再通過合分波器進(jìn)行解復(fù)用，從而節(jié)省中繼光纜纖芯資源。

3 5G無線網(wǎng)配套傳輸光纜的需求分析

4G無線網(wǎng)BBU與RRU之間、5G無線網(wǎng)DU/CU與AAU之間的光纜原則上不能跨端局區(qū)域設(shè)置。在城區(qū)場(chǎng)景BBU與RRU之間、DU/CU與AAU之間的光纜原則上要小于10 km，另還需滿足時(shí)延和光衰的規(guī)定要求[3]。

各場(chǎng)景下，RRU和AAU采用星型結(jié)構(gòu)上聯(lián)時(shí)，每個(gè)RRU上聯(lián)至BBU、AAU上聯(lián)到DUCU需占用兩芯光纖（單纖雙向傳輸則需1芯）。4G無線網(wǎng)每個(gè)BBU下掛3個(gè)RRU，5G無線網(wǎng)每個(gè)DUCU下掛3個(gè)AAU，則該BBU上聯(lián)光鏈路需占用6芯光纖（單纖雙向傳輸則需3芯），DUCU上聯(lián)光鏈路則需占用6芯光纖（單纖雙向傳輸則需3芯）。RRU采用環(huán)型結(jié)構(gòu)上聯(lián)時(shí)，3個(gè)RRU串聯(lián)在一起，在串聯(lián)形態(tài)下一頭一尾的兩個(gè)RRU與BBU連接，則同一環(huán)上串聯(lián)的3個(gè)RRU上聯(lián)至BBU需占用兩芯光纖，BBU上聯(lián)光鏈路需占用兩芯光纖。

4G、5G共址時(shí)，RRU、AAU設(shè)備由3個(gè)增至6個(gè)。RRU、AAU采用星型結(jié)構(gòu)上聯(lián)時(shí)，每個(gè)站點(diǎn)上聯(lián)至BBU、DUCU光鏈路需占用12芯光纖（單纖雙向傳輸則需6芯）。而采用環(huán)型結(jié)構(gòu)上聯(lián)時(shí)，每個(gè)站點(diǎn)上聯(lián)至BBU、DUCU光鏈路需各占用兩芯光纖，上聯(lián)光鏈路需占用4芯光纖。

端局集中設(shè)置時(shí)需統(tǒng)籌考慮主干光纜，并充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的光纜纖芯資源。對(duì)于部分光纜纖芯資源缺乏和不足的區(qū)域段落，則以歸并優(yōu)化調(diào)整為主，如有必要可新增少量光主干。

BBU、DUCU非端局集中設(shè)置的場(chǎng)景中，BBU、DUCU集中放置點(diǎn)和設(shè)置RRU、AAU的物理站點(diǎn)間，每個(gè)BBU、DUCU需6芯光纖（單纖雙向傳輸則需3芯）。非端局集中設(shè)置的機(jī)房上聯(lián)的光鏈路可利用現(xiàn)有用戶光纜資源，就近從光纜交接箱敷設(shè)配線光纜至非端局集中設(shè)置的機(jī)房。同一非端局集中設(shè)置點(diǎn)內(nèi)，各光交間需根據(jù)光交所帶現(xiàn)有BBU及規(guī)劃期內(nèi)數(shù)量充分考慮聯(lián)絡(luò)光纜的容量。

分散設(shè)置時(shí)，BBU、DUCU上聯(lián)的光鏈路充分利用現(xiàn)有用戶光纜資源，既有用戶光纜資源不足的站點(diǎn)應(yīng)結(jié)合BBU、DUCU及A1路由器數(shù)量結(jié)合終期規(guī)模一并考慮新增光纜容量。

4 無源波分彩光模塊在5G網(wǎng)絡(luò)部署的建設(shè)思路

根據(jù)接入光纜和主干光纜的現(xiàn)狀情況，基站前傳建設(shè)方式主要分以下幾種場(chǎng)景建設(shè)，無源波分彩光模塊在5G網(wǎng)絡(luò)部署的建設(shè)思路主要如下。

一是原接入光纜及主干光纜能滿足本工程需求，采用光纖直連。二是原有接入光纜滿足需求，但主干光纜不滿足，可綜合考慮駐地網(wǎng)等其他需求一同規(guī)劃建設(shè)，采用光纖直連方式。三是原有接入光纜滿足需求，且主干光纜剩余纖芯能滿足需求的，采用無源波分彩光模塊方式。四是原有接入光纜滿足需求，且主干光纜剩余纖芯不能滿足需求的，接入采用無源波分彩光模塊方式。主干光纜需結(jié)合主干光交管轄的基站數(shù)量和主干光纜的剩余纖芯資源，統(tǒng)籌主干光纜的總體纖芯需求來適當(dāng)新建擴(kuò)容主干光纜。原則上，新建主干光纜以144芯和288芯為主，采用綜合造價(jià)更低的建設(shè)模式。五是重新布放接入光纜，以12芯和24芯為主[4]。

5 無源波分彩光模塊在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的施工安裝要求

無源波分彩光模塊在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的施工可分為3個(gè)步驟。首先確認(rèn)BBU、CU、DU側(cè)和RRU、AAU側(cè)使用光模塊的對(duì)應(yīng)關(guān)系，其次根據(jù)光模塊使用要求替換局端BBU、CU、DU側(cè)的光模塊，并保證光纖連接正確，最后根據(jù)光模塊使用要求替換無線RRU、AAU側(cè)的光模塊，并保證光纖連接正確[5]。

在遠(yuǎn)端RRU、AAU側(cè)，將合分波器插入1∶16插片式分纖箱，采用壁掛或抱桿方式安裝。在C-RAN機(jī)房側(cè)，將合分波器插入3槽或16槽19英寸上架機(jī)框，安裝到機(jī)柜中。室內(nèi)機(jī)柜式安裝方法如下，機(jī)房?jī)?nèi)無源波分的擴(kuò)展器要安裝在機(jī)框內(nèi)，根據(jù)DU設(shè)備集中度和拉遠(yuǎn)站點(diǎn)數(shù)配以合適的1U或3U機(jī)框，并上機(jī)架。室外抱桿式和室外壁掛式中，遠(yuǎn)端無源擴(kuò)展器器可安裝在室外防水箱內(nèi)。

6 結(jié) 論

無源波分彩光模塊在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)組網(wǎng)中如何進(jìn)行建設(shè)需要理論指導(dǎo)和工程實(shí)施相結(jié)合，需以5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)業(yè)務(wù)需求為導(dǎo)向。無源波分技術(shù)的應(yīng)用是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，在5G新領(lǐng)域時(shí)代，無源波分技術(shù)是一個(gè)技術(shù)演進(jìn)方向，將這種技術(shù)應(yīng)用到傳輸承載網(wǎng)中是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，不僅夠減少對(duì)主干光纜纖芯的消耗，而且也能有效提高傳輸承載網(wǎng)的穩(wěn)定性。