半有源5G 前傳技術研究與試驗

［晁夫君 馬嘉斌 王文浩 孫軍亮 劉陽］

1 引言

在5G 浪潮下，網絡建設蓬勃發展。“5G 商用，承載就緒”，一張高質量的承載網絡是“5G 改變社會”的有力支撐。5G 前傳作為承載網絡的重要組成部分，前傳方案的選擇直接影響運營商的投資成本和建設效率，采用哪種前傳方案是當下運營商面臨的課題。

2 前傳方案分析

首先我們對5G 前傳網的演變架構進行研究，剖析在5G RAN 及EPC 重構下的5G 前傳網。如圖1 所示，5G時代核心網從骨干網下沉到城域，4G 下EPC 重構成5G下城域核心的New Core 和匯聚層及更低的MEC；5G 時代，CloudBBU 又重構為DU 分布單元和CU 集中單元，有時CU&DU 也可合設，這就是CRAN 架構。5G 前傳網就是指集中DU 與AAU 間、或集中CU&DU 與AAU 間的承載網絡。

圖1 前傳網演變架構

從光纖資源分析，5G 前傳建設基站數量相比4G 時代將提升兩到三倍。如果只用光纖直驅方式，將會給現網的光纜資源造成很大壓力。從建設成本來看，5G 前傳設備成本較高，需保障客戶投資、提升承載效率。運維方面，5G 前傳涉及梳理巨大的DU、AAU，考慮到這些設備的安裝、開通、升級等，必須關注承載產品的維護效率和成本。在5G 無線接入網絡部署策略引導下，5G 無線接入的網絡架構和承載需要面臨較大改變，因此需要分析前傳方案，降低5G 前傳建設、維護成本，提高部署運營效率。另外5G 前傳對承載網的帶寬和時延均提出更為嚴苛的要求，5G 前傳目前優先使用25 Gbit/s 的eCPRI 接口，時延要求低于100 微秒。

以上可以看出，5G 前傳技術對運營商網絡的建設和維護意義重大，前傳方案的選擇尤為重要。

目前主要的前傳方案包括：傳統的光纖直驅方案、無源WDM 方案、半源WDM 方案和有源OTN 承載方案。從技術、成本、運維和時延幾方面對幾種前傳方案比較如表1 所示。

表1 前傳方案分析表

通過對上面幾種方案的對比，透析幾種前傳技術的優缺點如表2 所示。

表2 前傳方案優缺點透析表

盡管以上4 種前傳方案均能滿足5G 前傳帶寬、時延、傳輸距離等性能指標要求，但4 種前傳方案技術特點不同，使得方案的建設成本、建設難度和維護成本等方面均有差異。

整個5G 新的增長點主要來源于前傳，5G 業務場景對前傳網絡提出了高可靠、易部署、高性能、省光纖、大容量、智運維的六大品質承載需求，盡管無源波分實現大量可部署，但是從網絡的可靠性、可維性以及帶寬慣性來看，半有源WDM 是未來網絡建設焦點，是5G 前傳的網絡建設趨勢。

綜合比較目前隨著5G網絡部署規模擴大，尤其是CRAN 架構模式的逐步規模應用，基于半有源WDM 的前傳方案更適合當前的5G網絡需求。

3 半有源5G 前傳技術研究

如圖2 所示，半有源WDM 承載方案是在AAU 側使用彩光模塊，通過將多個不同波長的通道業務經過無源合分波器復用后在一根光纖中進行傳輸，DU 側采用有源WDM 設備將前傳的彩光信號進行解復用，從而實現5G前傳。

圖2 半有源WDM 承載方案

從運營管理分析，通過光信號復用與解復用實現光纖通道的擴容，節省纖芯資源。同時對AAU 的彩光模塊進行全方位的管理和監控，解決了光纖直驅前傳方案光纜資源不可視和無源前傳方案不可管理和監控的難題，運維效率和故障處理及時率將大幅提升。有效解決5G 前傳網絡纖芯資源過快消耗、網絡可靠性和運維難題，助力運營商為廣大個人和行業客戶提供高品質5G 產品和服務。

從運維主體進行分析，半有源承載維護界面容易劃分、更清晰，如圖3 所示。

圖3 半有源WDM 維護界面

若由無線負責前傳運維，則前傳作為RAN 的一部分。延續當前無線傳統前傳運維方式，即免承載維護（免開通、免監控），“無源波分+彩光”的半有源承載方案比較適合，無線維護人員只需要掌握簡單無源合分波知識，消除了有源前傳承載方案對維護能力要求高、需要無線運維人員具備豐富跨專業的維護能力難題。

若由承載負責前傳運維，則前傳作為回傳網的延伸。承載運維方式可以分為前傳獨立運維和前傳回傳統一運維兩種模式，前者適合前傳規模較大，后者適合前傳規模較小；統一運維則根據前傳承載方案將運維納入相應的專業網進行運維，比如OTN、IPRAN；從無線業務端到端角度，前傳回傳統一運維具備業務維護端到端的一致性優點。

從產業鏈的狀態分析，在運營、設備、芯片、模塊、測試各環節廠商的共同推動下半有源5G 前傳產品也已經邁入成熟期，綜合考慮25G 速率模塊，建議使用MWDM波長，優先具備12 波傳輸能力，且性能優異，性價比高；10G 及以下速率模塊，建議使用傳統的CWDM 波長，產業鏈成熟，價格便宜；濾波器基本和速率無關，同樣波長的25G 速率和10G 速率可共用濾波器。

4 前傳方案實驗

目前山東電信已經建設了帶PD 檢測的半有源實驗局，方案如圖4 所示。

圖4 前傳方案實驗方案

AAU 側無源盒式設備采用中興的OD60A 設備：集成濾波器，重量輕，符合IP65 防水防塵要求，支持壁掛、抱柱等多種安裝方式。

有 源WDM 設 備 采 用CX66A/DX62 設 備，配 備MWDM 濾波器和光模塊。

使用MWDM 波段，可滿足12 波25G 需求。近端濾波器帶PD 檢測功能，高性價比滿足光層性能監測。本次測試選用6 波25G 解決S111 模型前傳。

前傳監測板卡提供擴展口1 380 nm～1 620 nm，可級聯成熟的CWDM 濾波器，實現25G 和10G 的業務混傳。提供6/12 個MWDM 通道，并提供單通道功率監測。

現場進行了如下條目測試，測試圍繞5G 前傳單站接入6×25G 典型模型的光接口指標、波道鏈路余量、保護功能、異廠家互通、多業務接入等多方面展開，共涉及15項測試項，如表3 所示。

表3 前傳試驗測試表

測試由承載和無線專業共同實施，采用獨立運維模式。測試結果顯示：12 波單纖雙向測試中，波道鏈路余量均大于8.5 dB，保護倒換時間小于50 ms；12 波25G 光模塊光接口指標、12 波單纖雙向合分波光接口指標均滿足5G 前傳覆蓋要求。

5 結束語

通過針對4 種前傳技術在技術、成本、運維和時延幾方面的比較，結合現場半有源實驗局的功能、性能測試，驗證了半有源5G 前傳方案可運營、可管理、成本可控，半有源前傳方案可作為5G 前傳技術的首選。