C-RAN傳輸承載技術解決方案的應用研究

譚 立

（中國移動通信集團廣東有限公司 陽江分公司，廣東 陽江 529500）

1 C-RAN網絡架構和對傳輸承載的要求

C-RAN是基于集中化處理、協作式無線電以及實時云計算構架的綠色無線接入網構架。其在通信網絡中的應用，可以實現無線基站BBU與RRU之間的傳輸承載，以通用公共無線接口為基礎完成數據信息的鏈路傳送。C-RAN將通用公共無線接口（Common Public Radio Interface，CPRI）用于拉遠傳輸，需要實現BBU的集中化與協作化等目標。CPRI技術指標要求如表1所示。

表1 CPRI技術指標要求

由于C-RAN對傳輸指標要求較高，目前GE PTN傳輸接入網和GPON傳輸網絡都無法滿足其傳輸的技術指標要求。

光纖直連的白光直驅方式是最直接的傳輸方式，可滿足C-RAN網絡數據鏈路的各項技術指標，實現有效的傳輸承載。而且該技術采用的是點對點的傳輸方式，其傳輸組網結構簡單，相應的傳輸設備光模塊技術成熟且生產成本較低。該模式也存在明顯的缺點，點對點的傳輸方式需要用到的光纖資源較多，這種非級聯的實現方式以大量光纖資源的消耗為基礎。新建拉遠基站傳輸示意如圖1所示，對于GSM和TD-SCDMA C-RAN，以白光直驅方案來實現數據鏈路的傳輸承載，若按每個站址包含3個RRU來計算，每個RRU占用一對或兩對裸光纖，即每個BBU與RRU之間需要連接一對裸光纖，每個BBU連接至3個RRU，則共需3～6對裸光纖。這種點對多點的連接方式相對于C-RAN組網方式，其接入點與基帶池之間對裸光纖對需求為C-RAN組網方式的3～6倍。隨著建設規模的增加，對傳輸網絡的資源消耗將大幅增加[1-5]。

2 面向C-RAN的傳輸承載技術

2.1 級聯的白光直驅解決方案

2.1.1 技術概述

級聯的白光直驅解決方案是通過采用級聯的方式，以光電光變換為技術依托，將RRU實現串行連接，實現級聯。通過這種方式，多個站址之間的連接可以通過一對裸光纖的共享來實現數據鏈接的傳輸承載。白光直驅方式示意如圖2所示，該方案目前可實現18級GSM RRU級聯，即6個GSM基站可共用1對裸光纖實現傳輸承載需求。BBU與RRU的CPRI白光接口仍是以白光直驅方式通過點對點方式建立光纖傳輸鏈路。

圖2 白光直驅方式示意圖

2.1.2 技術優劣勢及適用場景

目前，級聯的白光直驅解決方案可做到18級GSM RRU級聯，即6個GSM基站共用1對裸光纖，滿足C-RAN組網傳輸的技術指標要求。其在BBU與RRU之間傳輸的白光接口仍是以白光直驅方式實現，通過點對點方式建立傳輸鏈路，但相比白光直驅方案而言可大大節省傳輸的光纖資源。級聯的白光直驅解決方案沒有使用傳輸設備，其依靠通用公共無線接口協議實現傳輸的OAM和保護等機制，實現的形式相對簡單，因此當需進行級聯的站址較多時，其故障定位、性能檢測以及保護倒換能力等相對較弱。另外，級聯的白光直驅解決方案對TD-SCDMA和TD-LTE C-RAN多站址級聯還不能實現有效支持。主要適用場景為光纖資源豐富的短距離C-RAN傳輸[6-8]。

2.2 彩光直驅解決方案

2.2.1 技術介紹

彩光直驅解決方案采用粗波分復用（Coarse Wavelength Division Multiplexing，CWDM）方式實現，BBU與RRU兩端分別采用彩光模塊，實現不同的波長復用到同一光纖內進行傳輸，波長復用和解復用均采用無源光模塊設備。

六波無源CWDM波分復用器的6個波長通道分別是為14 271 nm、1 291 nm、1 311 nm、1 331 nm、1 351 nm以及1 371 nm，能夠實現將6個CWDM通道波長的光信號復用到1根光纖中傳輸。由于CWDM器件的光路可逆原理，設備同樣能實現與之相反的波長解復用的功能。另外，還有八波無源CWDM波分復用器。彩光技術的組網拓撲如圖3所示。

圖3 彩光直驅方式示意圖

2.2.2 技術優劣勢及適用場景

彩光技術可以更有效地利用光纖的帶寬資源，避免光纖重復鋪設，節約成本。采用該技術的設備，具有即插即用、體積小、易安裝以及低插入損耗等優點，實現光纜1∶6（另有1∶8）擴容的同時，不會影響原雙纖傳輸系統的光口傳輸性能。此外，其無源的特點可幫助運營商實現“零運維”，同時可以承載多種業務類型。彩光直驅解決方案采用粗波分復用方式實現，對設備精度要求高，實現成本相對較高，而且當涉及波長數較多時，建設和維護難度也較大。由于彩光直驅解決方案可以承載多種業務，適合光纜安全情況良好和直連RRU≤4個的普通業務的承載以及光纖和管道資源緊張的地區[9]。

2.3 波分解決方案

2.3.1 技術介紹

波分解決方案是在BBU與RRU之間增加WDM、OTN設備進行數據鏈路的傳輸承載，在BBU和RRU兩端仍分別采用普通的光模塊。實質上是在傳輸鏈路上增加了波長轉換單元（Optical Transponder Unit，OTU）和復用解復用設備，實現多路波長的光信號在同一根光纖中進行傳輸，示意如圖4所示。

圖4 波分方式示意圖

對于光纖資源緊張的場景或者對于長傳輸距離的場景，波分解決方案具有多種網絡拓撲形式，如環形、鏈形以及環帶鏈等，并且可以支持多種無線制式，對專線和PON等業務的傳輸承載上能提供有效的支持。

2.3.2 技術優劣勢及適用場景

波解決方案一方面可以大幅減少光纖資源的消耗，另一方面可實現大規模的C-RAN組網方式。此外，波分設備作為獨立的傳輸承載平臺，可滿足GE/10GE帶寬和大顆粒傳輸需求，為大帶寬業務提供有效支撐。但需要增加獨立WDM/OTN傳輸設備，整體建設成本造價較高。主要適用于光纖和管道資源緊張、長距離傳輸的應用場景以及大規模的C-RAN組網方式[10]。

2.4 UniPON承載解決方案

2.4.1 技術介紹

UniPON是WDM和PON兩種技術方式的融合，以此實現對點對多點傳輸需求的支持。在C-RAN組網中應用UniPON承載解決方案時，BBU與RRU之間需增加WDM/OTN設備下沉到接入層。而增加PON技術即可實現射頻信號的傳輸承載，還可以實現寬帶業務的傳輸承載。UniPON承載解決方案的傳輸拓撲如圖5所示。

圖5 UniPON方式示意圖

2.4.2 技術優劣勢及適用場景

UniPON承載解決方案是在BBU與RRU之間增加PON技術實現傳輸承載，實現有線與無線傳輸的融合，除了可以節省主干光纖資源外，還可最大化復用現有PON網絡設備，大幅降低建設成本投入。但C-RAN網絡對光傳輸質量要求較高，當采用UniPON承載解決方案時，現有的PON網絡光功率等指標可能達不到C-RAN的傳輸指標要求，需要對原有的PON網絡進行改造。另外，PON網絡一般是采用星型結構的方式進行組網，安全性相對較差，傳輸線路故障會中斷業務，缺乏傳輸保護機制。主要適用于已有PON網絡覆蓋，且對安全性要求不高的應用場景。

2.5 單纖雙向承載解決方案

2.5.1 技術介紹

單纖雙向承載解決方案是在BBU與RRU之間采用單纖雙向模塊。其所使用的WDM技術使得纖芯使用情況減半，PSDU可以將已有的1 310 nm或者1 550 nm的雙纖雙向點對點傳輸系統轉換為單纖雙向方式傳輸。單纖雙向承載方式如圖6所示。

圖6 單纖雙向傳輸方式示意圖

2.5.2 技術優劣勢及適用場景

該技術對業務信號完全透明，可接入任何速率的業務，可實現1 310 nm波長或者1 550 nm波長的單纖雙纖轉換功能。而且無源產品即插即用，無需配置，維護簡單，體積小，易安裝。此外具有低插入損耗、高隔離度、低偏振敏感性以及高回波損耗等特點，光學性能指標優良，不影響光信號的傳輸質量。但增加了光纜路由故障點。主要適用于光纖資源不足且站點的重要性不高的場景。

2.6 SuperLink光纖優化設備承載技術

2.6.1 技術介紹

SuperLink光纖優化設備是一種有源的光纖復用設備，基于ASIC專用芯片，消除高速數據信號傳輸過程中的抖動和干擾，并對信號進行放大，實現原需16條光纖的多種業務數據。在兩條光纖上有效傳輸，傳輸容量最高可至80 G。SuperLink 方式示意如圖7所示。

圖7 SuperLink方式示意圖

SuperLink光纖優化設備可承載多種業務的單獨或混合傳輸，主要包括以下6點。一是BBU+RRU的LTE組網；二是PTN設備間的互連傳輸；三是以太網業務傳輸；四是GPON網絡的數據傳輸；五是跨海光纜的優化利用；六是大客戶專線業務傳輸。

2.6.2 技術優劣勢及適用場景

該技術節約纖芯資源，傳輸容量大，可承載CPRI數據，支持PTN設備間的傳輸，滿足傳輸性能指標的同時還可放大信號。但設備成本相對較高，設備安裝需要考慮取電問題，增加維護難度。主要適用于直連RRU＞4個的業務或重要業務的承載，其安全性較高，并且業務擴展能力強，可用在光纖和管道資源緊張地區。

3 傳輸承載方式選擇分析

綜合上述6種傳輸承載技術方式的技術可行性和方案的優缺點，對于不同的應用場景，應根據技術要求和經濟效益性進行擇優選擇。

3.1 承載技術的選擇思路

擇優選擇可以按照以下步驟實施。一是分析6種承載技術在實施時的可行性和它們各自的優、缺點，不可行的技術在后面計算投資成本時便不予考慮；二是計算出可行技術方案的投資成本，分析對比成本投入的多少，作為參考；三是結合投資和技術優缺點，得出最佳承載方案；四是單獨分析考慮管道資源不可再生等極端情況。

3.2 經濟效益評估模型

總投資成本=管道成本+光纜成本+設備成本，其中管道成本=新建管道投資+利舊管道成本分攤，光纜成本=新建光纜投資+利舊光纜布放投資+利舊光纜附加成本分攤，設備成本=新增設備的投資。

通過經濟效益評估模型進行經濟性比較，節約的光纜資源成本比新增設備投資大時采用新技術，反之則采用光纖直連的白光直驅傳輸承載技術方式。

4 結 論

傳輸承載作為實現C-RAN架構的基礎，其要滿足BBU集中化后對纖芯的大量需求，傳送網需要提前做好規劃，特別是BBU集中放置的中心機房的規劃和配套主干/配線的使用和建設。

上述的幾種傳輸承載技術解決方案各有優缺點，它們都可以節約主干纖芯資源，其中SuperLink和彩光直驅更適合未來LTE的承載。具體的傳輸承載技術方案的選擇需要綜合考慮不同應用場景對技術性能的要求和經濟效益，并根據占用光纖資源對網絡健康度的影響等因素進行擇優選用。