基于低成本建網(wǎng)的BIDI 光模塊在MAR 組網(wǎng)中的應(yīng)用與實(shí)踐

［何世東 姚利民］

1 案例背景

5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的開展給本地承載網(wǎng)在大帶寬、網(wǎng)絡(luò)切片、網(wǎng)絡(luò)SDN 能力、時(shí)間同步等方面提出了更多新的需求，現(xiàn)有IP_RAN 網(wǎng)絡(luò)不具備大帶寬、網(wǎng)絡(luò)切片等能力，難以滿足5G 基站業(yè)務(wù)的承載，為解決上述挑戰(zhàn)，運(yùn)營(yíng)商提出了構(gòu)建一張“網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡(jiǎn)化、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備簡(jiǎn)化、網(wǎng)絡(luò)控制和網(wǎng)絡(luò)管理智能化”的新型智能城域網(wǎng)絡(luò)。

智能城域網(wǎng)的核心設(shè)備（MCR）與匯聚設(shè)備（MER）數(shù)量較少，且全部安裝在核心匯聚機(jī)房；但接入設(shè)備（MAR）用來滿足5G 站點(diǎn)的接入，隨無線站點(diǎn)進(jìn)行部署，具有數(shù)量多、分散廣的特點(diǎn)，MAR 接入環(huán)組網(wǎng)對(duì)接入光纜需求很大，考慮原有IP_RAN 網(wǎng)絡(luò)上承載了大量3G/4G、寬帶等業(yè)務(wù)，短期內(nèi)無法退網(wǎng)，使得原來IPRAN組網(wǎng)纖芯無法騰退給MAR 組網(wǎng)使用，且隨著光纜建設(shè)難度越來越大，采用一種創(chuàng)新性的建網(wǎng)方式，達(dá)到建設(shè)周期短、操作簡(jiǎn)單、成本低且后期維護(hù)便利成為了迫在眉睫的問題。

2 案例描述

2.1 智能城域網(wǎng)建設(shè)方式

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)要求，MAR 設(shè)備應(yīng)以綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)及BBU 集中點(diǎn)為覆蓋目標(biāo)，依托現(xiàn)有光纜資源，采用環(huán)形雙掛的方式到所屬匯聚區(qū)的成對(duì)匯聚MER 設(shè)備上。

MAR 的組網(wǎng)方式與IP_RAN 接入層的組網(wǎng)方式基本一致，都是設(shè)備環(huán)形組網(wǎng)，雙掛至匯聚設(shè)備；不同之處在于IP_RAN 的接入設(shè)備除了安裝在綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)及BBU 集中點(diǎn)外，還安裝在了基站機(jī)房。MAR 組環(huán)時(shí)開通最快、成本最低的方式即依托現(xiàn)有IP_RAN 接入環(huán)的光纜資源，把已部署IP_RAN 接入設(shè)備的基站節(jié)點(diǎn)作為跳纖點(diǎn)，組網(wǎng)拓?fù)鋱D如圖1 所示。

圖1 IP_RAN 組網(wǎng)拓?fù)鋱D與智能城域網(wǎng)組網(wǎng)拓?fù)鋱D

2.2 MAR 建網(wǎng)痛點(diǎn)

MAR 設(shè)備的組網(wǎng)對(duì)各接入環(huán)路上的光纖冗余量提出了新要求，部分傳輸節(jié)點(diǎn)間的光纜資源已經(jīng)匱乏，無法滿足MAR 組網(wǎng)的需求。往期建設(shè)中組網(wǎng)纖芯不足時(shí)通常采用重新布放光纜的方式，但該方式主要存在建設(shè)周期長(zhǎng)、施工難度大、建設(shè)成本高、維護(hù)成本高的問題[1]。

以某本地網(wǎng)為例，在智能城域網(wǎng)建設(shè)的元年（2022年），共新增了194 端MAR 的設(shè)備，組建30 個(gè)環(huán)路，經(jīng)核實(shí)有56 段落纖芯資源不足，若采用重新布放光纜的方式，需新建292.7 皮長(zhǎng)公里光纜方可滿足MAR 組網(wǎng)的需求。

2.3 BIDI 光模塊的技術(shù)及應(yīng)用

一種簡(jiǎn)單、實(shí)用、快速的方法是使用BIDI 光模塊（單纖雙向光模塊），把需要兩芯光纖傳輸?shù)臄?shù)據(jù)集中在一芯光纖中傳輸，使傳輸容量在以前的基礎(chǔ)上增加一倍。這種方式可利用現(xiàn)有光纜，提高纖芯利用率，避免光纜重復(fù)鋪設(shè)，有效節(jié)約建設(shè)成本。

2.3.1 BIDI 光模塊技術(shù)介紹

BIDI 光模塊，即單纖雙向光模塊（Bi-directional）。一般光模塊均具有TX 發(fā)射端口與RX 接收端口，而BIDI 光模塊只有1 個(gè)端口，通過光模塊中的濾波器進(jìn)行，同時(shí)完成1 310 nm 光信號(hào)的發(fā)射和1 550 nm 光信號(hào)的接收，或者相反。因此，BIDI 光模塊必須成對(duì)使用，BIDI 光模塊最大的優(yōu)勢(shì)是節(jié)省光纖資源，將兩根傳輸光纖合二為一[1]。BIDI 光模塊應(yīng)用在IP_RAN 傳輸系統(tǒng)、智能城域網(wǎng)系統(tǒng)、BBU-RRU 對(duì)接鏈路中可以替代現(xiàn)網(wǎng)普通光模塊，實(shí)現(xiàn)單纖收發(fā)（華為、中興、烽火均支持）。

BIDI 光模塊實(shí)現(xiàn)單纖雙向傳輸?shù)脑韀2]：

（1）考慮使用1 310 nm/1 550 nm，1 310 nm/1 490 nm或1 490 nm/1 570 nm 波長(zhǎng)信號(hào)在一根光纖上實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，提高光纖利用率；

（2）成對(duì)使用，如本端使用TX1 310 nm/RX1 550 nm（即使用1 310 nm 波長(zhǎng)發(fā)送信息，使用1 550 nm 波長(zhǎng)接收信息），則對(duì)端應(yīng)使用TX1 550 nm/RX1 310 nm（即使用1 550 nm 波長(zhǎng)發(fā)送信息，使用1 310 nm 波長(zhǎng)接收信息）。

2.3.2 BIDI 單纖雙向光模塊應(yīng)用實(shí)踐

以某本地網(wǎng)環(huán)路為例，因5G 業(yè)務(wù)接入需要，需對(duì)此環(huán)路進(jìn)行智能城域網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，先對(duì)其現(xiàn)網(wǎng)情況進(jìn)行分析，接入環(huán)現(xiàn)狀如圖2 所示。

圖2 某本地網(wǎng)接入環(huán)現(xiàn)狀

該IP_RAN 接入環(huán)現(xiàn)有接入網(wǎng)元9 個(gè)，其中3 個(gè)網(wǎng)元機(jī)房的屬性為基站機(jī)房，其余6 個(gè)位綜合業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)機(jī)房；且“蓼南-蓼南南鄉(xiāng)新池村-勝利-蓼花”的3 段光纜已無剩余纖芯。

根據(jù)建設(shè)要求，本次對(duì)此環(huán)路進(jìn)行MAR 接入環(huán)改造，現(xiàn)有環(huán)路上3 個(gè)基站機(jī)房節(jié)點(diǎn)無需安裝MAR 設(shè)備，其它節(jié)點(diǎn)需安裝，即3 個(gè)基站機(jī)房節(jié)點(diǎn)在MAR 組網(wǎng)時(shí)已變?yōu)榱颂w點(diǎn)。環(huán)路改造拓?fù)鋱D如圖3 所示。

圖3 改造后MAR 接入環(huán)情況

此MAR 接入環(huán)架構(gòu)搭建完成后，通過分析，“蓼南至蓼南鄉(xiāng)新池村”及“蓼南鄉(xiāng)新池村至蓼花”兩段光纜無剩余纖芯資源，無法滿足本次MAR 組網(wǎng)的需求，且“蓼南鄉(xiāng)新池村至蓼花”無直達(dá)纖芯資源，需通過“勝利基站機(jī)房”進(jìn)行跳纖。

通過引入BIDI 光模塊，把涉及蓼南、蓼南鄉(xiāng)新池村、勝利、蓼花機(jī)房?jī)?nèi)的4 端IP_RAN 設(shè)備對(duì)應(yīng)光模塊更換為BIDI 光模塊，更換完成后可將原先占用的2 芯光纖資源，騰退出1 芯光纖資源，用于滿足MAR 組網(wǎng)，共需要更換5 對(duì)光模塊。

2.3.3 BIDI 單纖雙向光模塊的應(yīng)用效果

（1）組網(wǎng)割接便捷

如上例所示，MAR 組網(wǎng)方案與原有IP_RAN 接入層組網(wǎng)方案大致相同，原用2 芯承載IP_RAN 組網(wǎng)，完全可利用這2 芯資源，由1 芯承載原IP_RAN 組網(wǎng)，另1 芯承載MAR 的組網(wǎng)。實(shí)施操作簡(jiǎn)單，只需要通過插拔光模塊、同步完成調(diào)測(cè)即可。

（2）無需新建光纜，建設(shè)周期短

如需要重新敷設(shè)光纜，不僅建設(shè)周期長(zhǎng)，而且協(xié)調(diào)難度大，無法保證按時(shí)、按質(zhì)、按量完成建設(shè)。采用BIDI光模塊由于無需新建光纜，無需跳纖，實(shí)施時(shí)在MAR 設(shè)備安裝調(diào)測(cè)環(huán)節(jié)同步把IP_RAN 的光模塊進(jìn)行更換即可，不存在光路不通的問題，比利舊冗余纖芯進(jìn)行組網(wǎng)更簡(jiǎn)單。

（3）網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量無影響

BIDI 光模塊結(jié)構(gòu)緊湊，光收發(fā)器件由BOSA 組成，現(xiàn)有技術(shù)已支持速率有155 M、1.25 G、10 G、25 G、40 G、100 G 等，足以滿足接入環(huán)速率要求。其使用的波長(zhǎng)色散代價(jià)基本可忽略，傳輸指標(biāo)方面與雙纖雙向光模塊并無其它區(qū)別。并且通過實(shí)際驗(yàn)證，在本地網(wǎng)使用BIDI 光模塊后，均未發(fā)生故障。

（4）建設(shè)成本低

以該本地網(wǎng)MAR 接入環(huán)組網(wǎng)為例，采用重新布放光纜的方案共需新建光纜13 公里，新建一公里24 芯光纜需投資6 000 元，共需投資7.8 萬元。

若采用BIDI 光模塊的方案，IP_RAN 改造需要3 對(duì)BIDI 光模塊，MAR 設(shè)備組網(wǎng)需要2 對(duì)BIDI 光模塊，一對(duì)BIDI 光模塊為130 元，共需投資650 元，同時(shí)考慮光模塊施工費(fèi)123 元【根據(jù)《信息通信建設(shè)工程預(yù)算定額》不打折計(jì)算得出，實(shí)際支付中還需按招標(biāo)折扣進(jìn)行打折】，綜上所需投資不超773 元。

因此，采用BIDI 光模塊的方案比重新布放光纜的方案一次性節(jié)約投資不少于7.723 萬元。

另外，MAR 接入環(huán)所組環(huán)路上節(jié)點(diǎn)各中繼段光纜，為接入主干光纜，其主要承載功能大部分為系統(tǒng)組環(huán)需要，因此中繼段光纜建設(shè)后，纖芯資源大部分空置。綜合評(píng)估：采用BIDI 光模塊的方案一般比重新布放光纜的方案成本低（特殊場(chǎng)景需單獨(dú)分析，如：此站點(diǎn)周邊業(yè)務(wù)很多，需要利用更多的光纖資源）。

3 分析總結(jié)

綜上所述，在MAR 設(shè)備組網(wǎng)時(shí)采用BIDI 光模塊具有三方面的優(yōu)勢(shì)。

①操作簡(jiǎn)單：只需要在MAR 設(shè)備安裝調(diào)測(cè)時(shí)同步把IP_RAN 的光模塊進(jìn)行更換即可，不需要對(duì)現(xiàn)網(wǎng)做其它調(diào)整，操作簡(jiǎn)單快捷。

② 建設(shè)周期短：采用BIDI 光模塊時(shí)端到端利舊現(xiàn)有承載業(yè)務(wù)的纖芯，無需新建光纜，不存在光路不通的問題，極大的縮減了建設(shè)周期。

③建設(shè)成本低：一對(duì)BIDI 光模塊為130 元，僅為敷設(shè)20 m 光纜的價(jià)格。

BIDI 光模塊不僅可以解決新建網(wǎng)絡(luò)時(shí)纖芯資源不足的問題，也可以用在線路維護(hù)方面。在光纜線路發(fā)生意外中斷時(shí)，采用BIDI 光模塊對(duì)現(xiàn)有路由進(jìn)行調(diào)配，先恢復(fù)鏈路工作，然后進(jìn)行搶修，這大大提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性及安全性。如果原有傳輸系統(tǒng)采用BIDI 光模塊，維護(hù)與搶修的時(shí)間也會(huì)大大縮短，因?yàn)榕c傳統(tǒng)的雙纖雙向傳輸系統(tǒng)相比，需要維護(hù)及搶修的光纖數(shù)量減少了一半。

在現(xiàn)有管道、纖芯等基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)資源有限而需求量不斷激增的情況下，BIDI 光模塊是一種能有效解決網(wǎng)絡(luò)資源短缺問題的方法。從目前的應(yīng)用效果來看，BIDI 光模塊完全滿足IP_RAN、MAR 等傳輸設(shè)備組網(wǎng)的需求，解決設(shè)備組網(wǎng)過程中光纜纖芯資源不足的問題，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)簡(jiǎn)單快速的開通，同時(shí)還節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)成本，對(duì)運(yùn)營(yíng)商而言具有重要意義。

當(dāng)然，BIDI 光模塊屬于小型批量產(chǎn)品，在備貨、儲(chǔ)存、維護(hù)保養(yǎng)等方面也需額外注意。定期清潔以確保信號(hào)傳輸無誤、在使用和存放光模塊時(shí)需注意避免受到物理?yè)p害和過高過低溫度、長(zhǎng)時(shí)間不使用的光模塊應(yīng)安裝防塵塞存放并做好標(biāo)簽。