5G承載下的廣電光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)復(fù)用策略研究

姚發(fā)東

（江蘇有線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展有限責(zé)任公司 東臺分公司，江蘇 東臺 224200）

0 引 言

5G通信的廣泛應(yīng)用對于信息數(shù)據(jù)的發(fā)射、傳輸以及接收都帶來了巨大的影響，大幅提升了信息技術(shù)運(yùn)用效能，滿足了人們對于數(shù)據(jù)共享的實(shí)時(shí)性與有效性要求。對于中國廣電而言，如何有效順應(yīng)5G+時(shí)代的技術(shù)革新，嫁接通信技術(shù)復(fù)用以提供寬幅的信道空間，實(shí)現(xiàn)光纖通信網(wǎng)絡(luò)的大數(shù)據(jù)承載與大系統(tǒng)運(yùn)維功能性提升，最終完成數(shù)據(jù)信息收發(fā)兩端的高效、穩(wěn)定傳輸[1]。結(jié)合當(dāng)前各省市電視臺站的實(shí)際信號傳輸需求以及網(wǎng)絡(luò)真實(shí)承載能力，一旦新建大量發(fā)射站會導(dǎo)致光纖網(wǎng)絡(luò)資源大量占用傳輸信道，即整個(gè)信號網(wǎng)絡(luò)極易出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象，造成接收端出現(xiàn)延遲、卡滯等，此時(shí)基于5G通信特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)光纖網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)復(fù)用，重構(gòu)接入網(wǎng)的信道傳輸架構(gòu)則顯得更加重要。本文立足于建設(shè)的5G發(fā)射臺站，提出了采取數(shù)據(jù)融合的光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)復(fù)用策略，重構(gòu)接入網(wǎng)信號傳輸終端的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從而快速完成業(yè)務(wù)準(zhǔn)入與項(xiàng)目服務(wù)等功能。

1 光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的技術(shù)路線

1.1 5G承載網(wǎng)

5G網(wǎng)絡(luò)指的是在移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中的第五代網(wǎng)絡(luò)，與之前的4代移動網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相比較，5G承載網(wǎng)的組織架構(gòu)可分為3層，如圖1所示[2]。集中單元（Central Unit，CU）的主要功能是實(shí)現(xiàn)原有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)內(nèi)室內(nèi)基帶處理單元（Building Base band Unit，BBU）的功能性剝離，從而得到各節(jié)點(diǎn)的組織單元，負(fù)責(zé)處理非實(shí)時(shí)協(xié)議和服務(wù)。分布單元（Distribute Unit，DU）可以看做是BBU的剩余功能，即此時(shí)重新定義DU來處理物理層協(xié)議和實(shí)時(shí)服務(wù)。有源天線單元（Active Antenna Unit，AAU）是 BBU 的部分物理層處理功能與射頻拉遠(yuǎn)單元（Remote Radio Unit，RRU）無源天線的技術(shù)融合，從而形成了全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

圖1 5G承載網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)5G通信網(wǎng)絡(luò)的組織架構(gòu)，可以從信息傳輸層面進(jìn)行概念界定。首先是信號發(fā)射的前置傳遞，完成AAU與DU之間信號數(shù)據(jù)的交互共享；其次是信號傳輸?shù)闹兄眠^渡，完成DU與CU之間信息數(shù)據(jù)的傳輸與部分功能性處置；最后是信號接收的采集匯總，完成CU與骨干節(jié)點(diǎn)、區(qū)域核心網(wǎng)絡(luò)層之間信息數(shù)據(jù)的收集、分析與匯總，以準(zhǔn)確對準(zhǔn)用戶終端對數(shù)據(jù)服務(wù)的需求[3]。從現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)看，為了保證基本傳輸信道傳輸能力，大部分5G通信架構(gòu)將集中單元與分布單元的功能模塊固話，此時(shí)可以有效緩解大數(shù)據(jù)量的承載壓力，但是不便于實(shí)時(shí)響應(yīng)用戶終端的實(shí)時(shí)需求，因此利用技術(shù)復(fù)用改造光纖網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)廣電網(wǎng)絡(luò)與用戶服務(wù)的精確對接是文本重點(diǎn)研究的問題。

1.2 廣電光纖網(wǎng)絡(luò)

利用5G通信技術(shù)進(jìn)行光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)的重建，其核心是希望建立一個(gè)系統(tǒng)平臺完成海量數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)與二次傳輸，即以樞紐或節(jié)點(diǎn)來接力實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳遞，這對于光纖資源的需求也提出了更高的要求[4]。遠(yuǎn)距、無線、高速傳輸是5G通信的標(biāo)簽，如何借助該技術(shù)特點(diǎn)打造廣電光纖網(wǎng)絡(luò)組織架構(gòu)，以技術(shù)復(fù)用的形式完成網(wǎng)絡(luò)改造，在大幅提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營能力的同時(shí)，又能夠降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的實(shí)際成本，這是嫁接技術(shù)復(fù)用的基本策略。為了在5G承載網(wǎng)絡(luò)中重構(gòu)光纖網(wǎng)絡(luò)，即在實(shí)體5G發(fā)射終端上運(yùn)行虛擬網(wǎng)絡(luò)平臺，并能夠在3層組織架構(gòu)中完成基準(zhǔn)信號不失真?zhèn)鬏?，此時(shí)應(yīng)當(dāng)適當(dāng)減小承載網(wǎng)對時(shí)延的要求，以光纖信號為主體進(jìn)行信號機(jī)制變化，完成電信號到光信號的轉(zhuǎn)變，以光信號作為載波信號，以5G承載網(wǎng)作為基礎(chǔ)媒介進(jìn)行信號傳輸，且在接收終端完成信號機(jī)制的逆變換，從而實(shí)現(xiàn)光纖網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的技術(shù)復(fù)用[5]。

采用基于波分復(fù)用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）的光纖通信系統(tǒng)，即信號發(fā)射前段使用了多個(gè)發(fā)射裝置，以多個(gè)角度實(shí)現(xiàn)信號相關(guān)性，完成在同一信道內(nèi)傳輸，即雜化軌道信號傳輸。此時(shí)光信號的變換可以有效提升信道的數(shù)據(jù)承載量[6]。

2 光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的實(shí)施策略

為了快速實(shí)現(xiàn)技術(shù)復(fù)用這一階段性策略，推進(jìn)光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)程，可以在5G建設(shè)重點(diǎn)區(qū)域BBU→AAU信號傳輸線路上直接使用光纖設(shè)備與5G技術(shù)擴(kuò)展信道，完成系統(tǒng)組織架構(gòu)重建，實(shí)施策略如圖2所示[7]。

圖2 傳統(tǒng)模式與重構(gòu)模式的建設(shè)策略融合

該建設(shè)實(shí)施策略中采用1∶12的聚合性設(shè)備完成近地BBU→遠(yuǎn)場AAU間的信道資源融合，利用WDM技術(shù)復(fù)用將原多路電信號轉(zhuǎn)換為光信號，并在同一信道中傳輸，即1解決區(qū)塊內(nèi)光纖資源的整合和光纖網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，特別適用于高密度載體下原生性的網(wǎng)絡(luò)拓展，大規(guī)模部署5G+光纖網(wǎng)絡(luò)[8]。

2.1 建設(shè)場景

按照傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)思路，多層組功能模塊一般設(shè)置為環(huán)形模式，便于應(yīng)對突發(fā)故障以加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)整體穩(wěn)定性，此時(shí)各路BBU處于分布式狀態(tài)，而非集中式布置，一般情況下在環(huán)路設(shè)置2芯可以滿足網(wǎng)絡(luò)使用。

而為了解決廣電光纖網(wǎng)絡(luò)資源匱乏前提下的海量信號傳輸要求，此時(shí)可以反向設(shè)置節(jié)點(diǎn)部署模式，在信號覆蓋范圍良好、機(jī)房網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)入便捷的情況下進(jìn)行BBU集中式布置，形成BBU設(shè)備池，即集中化處理建網(wǎng)模式。設(shè)備池中共布置了3臺BBU，并下接了9組AAU，按照信道傳輸理論可以計(jì)算所需纖芯數(shù)為18，極大消耗現(xiàn)有資源，且無法采取直連模式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)架設(shè)。因此，在實(shí)際建設(shè)場景中利用WDM技術(shù)進(jìn)行聚合，以雜化光信號模式實(shí)現(xiàn)1芯信道環(huán)路共享，完成信號的實(shí)時(shí)傳輸，從而快速完成集中化無線接入網(wǎng)（Centralized-Radio Access Network，C-RAN）的建設(shè)[9]。C-RAN基站光纖資源優(yōu)化場景如圖3所示。

圖3 C-RAN基站光纖資源優(yōu)化場景

2.2 信道擴(kuò)容

在理論模型下可以得知，信道傳輸容量與終端用戶數(shù)量之間呈正向線性關(guān)系，而在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)終端數(shù)量達(dá)到一個(gè)臨界值時(shí)，信道容量不再增加，反而會出現(xiàn)拐點(diǎn)，如圖4所示。因此，需要在光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中考慮到用戶數(shù)對于信道的影響，并積極調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)參數(shù)達(dá)到最優(yōu)組網(wǎng)的條件。

圖4 信道容量與終端用戶數(shù)的關(guān)系

2.2.1 優(yōu)化鏈路參數(shù)

實(shí)際建設(shè)應(yīng)當(dāng)選擇最優(yōu)纖芯，而不是隨機(jī)選取當(dāng)前纖芯資源，同步開啟鏈路數(shù)據(jù)自由化機(jī)制。該機(jī)制建立在5G+網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的基礎(chǔ)上，對同一信道內(nèi)傳輸?shù)奶摷壜?lián)信號容量進(jìn)行二次優(yōu)化，即可以在不破壞現(xiàn)用信道基礎(chǔ)上同步完成信號變換和信道糾錯(cuò)工作，是一種建立在傳輸核心載體下的收發(fā)端容錯(cuò)協(xié)議。在信源與宿主間完成某信號內(nèi)字段的自檢和糾錯(cuò)工作，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)信道傳輸鏈路的參數(shù)優(yōu)化控制[10]。

主要包括以下3個(gè)方面：（1）自主修正鏈路中突發(fā)的壞軌（光纖節(jié)點(diǎn)），發(fā)現(xiàn)故障節(jié)點(diǎn)后自動標(biāo)記或直接刪除該壞軌；（2）信號準(zhǔn)入至通行網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，并納入傳輸鏈路，調(diào)節(jié)正常光纖保證網(wǎng)絡(luò)傳輸；（3）適時(shí)優(yōu)化信道容量，根據(jù)業(yè)務(wù)承載量和寬帶冗余量的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)以達(dá)到最優(yōu)運(yùn)營模式。

2.2.2 重置波分系數(shù)

依據(jù)終端用戶的實(shí)際需求和提供服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)要求，科學(xué)設(shè)置設(shè)備數(shù)量和布置，完成信道擴(kuò)容后信號可以從旁支鏈路直達(dá)核心路由節(jié)點(diǎn)，即業(yè)務(wù)工作與技術(shù)模式自由分離，在不影響用戶體驗(yàn)的前提下重新設(shè)置波分系數(shù)，確保信號準(zhǔn)入同一路由設(shè)備后可以經(jīng)不同信道匯聚至核心鏈路，并按實(shí)際業(yè)務(wù)模式二次分配至歸屬信道（加裝波長轉(zhuǎn)換器），可依據(jù)業(yè)務(wù)量加載信號鏈路，破除冗余機(jī)制的后置模式，大幅縮短信號自檢時(shí)間，提升光纖網(wǎng)絡(luò)的終端效率。

3 結(jié) 論

本文研究了光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)復(fù)用策略，探討了基于5G承載網(wǎng)下的信號數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制響應(yīng)模式，通過重構(gòu)組織架構(gòu)和利用WDM波分技術(shù)，在有效節(jié)約纖芯資源的前提下實(shí)現(xiàn)信道大幅擴(kuò)容和信號穩(wěn)定傳輸，滿足了廣電光纖網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營中的實(shí)際需求，進(jìn)一步促進(jìn)光纖網(wǎng)絡(luò)與5G+通信技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展。