5G承載下的廣電光纖網絡技術復用策略研究

姚發東

（江蘇有線網絡發展有限責任公司 東臺分公司，江蘇 東臺 224200）

0 引 言

5G通信的廣泛應用對于信息數據的發射、傳輸以及接收都帶來了巨大的影響，大幅提升了信息技術運用效能，滿足了人們對于數據共享的實時性與有效性要求。對于中國廣電而言，如何有效順應5G+時代的技術革新，嫁接通信技術復用以提供寬幅的信道空間，實現光纖通信網絡的大數據承載與大系統運維功能性提升，最終完成數據信息收發兩端的高效、穩定傳輸[1]。結合當前各省市電視臺站的實際信號傳輸需求以及網絡真實承載能力，一旦新建大量發射站會導致光纖網絡資源大量占用傳輸信道，即整個信號網絡極易出現阻塞現象，造成接收端出現延遲、卡滯等，此時基于5G通信特點實現光纖網絡的技術復用，重構接入網的信道傳輸架構則顯得更加重要。本文立足于建設的5G發射臺站，提出了采取數據融合的光纖網絡技術復用策略，重構接入網信號傳輸終端的網絡架構，從而快速完成業務準入與項目服務等功能。

1 光纖網絡建設的技術路線

1.1 5G承載網

5G網絡指的是在移動通信網絡發展中的第五代網絡，與之前的4代移動網絡架構相比較，5G承載網的組織架構可分為3層，如圖1所示[2]。集中單元（Central Unit，CU）的主要功能是實現原有網絡架構內室內基帶處理單元（Building Base band Unit，BBU）的功能性剝離，從而得到各節點的組織單元，負責處理非實時協議和服務。分布單元（Distribute Unit，DU）可以看做是BBU的剩余功能，即此時重新定義DU來處理物理層協議和實時服務。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單元（Remote Radio Unit，RRU）無源天線的技術融合，從而形成了全新的網絡架構。

圖1 5G承載網系統架構

根據5G通信網絡的組織架構，可以從信息傳輸層面進行概念界定。首先是信號發射的前置傳遞，完成AAU與DU之間信號數據的交互共享；其次是信號傳輸的中置過渡，完成DU與CU之間信息數據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與骨干節點、區域核心網絡層之間信息數據的收集、分析與匯總，以準確對準用戶終端對數據服務的需求[3]。從現階段網絡運營商提供的基礎數據傳輸業務看，為了保證基本傳輸信道傳輸能力，大部分5G通信架構將集中單元與分布單元的功能模塊固話，此時可以有效緩解大數據量的承載壓力，但是不便于實時響應用戶終端的實時需求，因此利用技術復用改造光纖網絡，從而實現廣電網絡與用戶服務的精確對接是文本重點研究的問題。

1.2 廣電光纖網絡

利用5G通信技術進行光纖網絡系統架構的重建，其核心是希望建立一個系統平臺完成海量數據的中轉與二次傳輸，即以樞紐或節點來接力實現數據的實時傳遞，這對于光纖資源的需求也提出了更高的要求[4]。遠距、無線、高速傳輸是5G通信的標簽，如何借助該技術特點打造廣電光纖網絡組織架構，以技術復用的形式完成網絡改造，在大幅提升網絡運營能力的同時，又能夠降低網絡建設的實際成本，這是嫁接技術復用的基本策略。為了在5G承載網絡中重構光纖網絡，即在實體5G發射終端上運行虛擬網絡平臺，并能夠在3層組織架構中完成基準信號不失真傳輸，此時應當適當減小承載網對時延的要求，以光纖信號為主體進行信號機制變化，完成電信號到光信號的轉變，以光信號作為載波信號，以5G承載網作為基礎媒介進行信號傳輸，且在接收終端完成信號機制的逆變換，從而實現光纖網絡架構下的技術復用[5]。

采用基于波分復用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）的光纖通信系統，即信號發射前段使用了多個發射裝置，以多個角度實現信號相關性，完成在同一信道內傳輸，即雜化軌道信號傳輸。此時光信號的變換可以有效提升信道的數據承載量[6]。

2 光纖網絡建設的實施策略

為了快速實現技術復用這一階段性策略，推進光纖網絡建設進程，可以在5G建設重點區域BBU→AAU信號傳輸線路上直接使用光纖設備與5G技術擴展信道，完成系統組織架構重建，實施策略如圖2所示[7]。

圖2 傳統模式與重構模式的建設策略融合

該建設實施策略中采用1∶12的聚合性設備完成近地BBU→遠場AAU間的信道資源融合，利用WDM技術復用將原多路電信號轉換為光信號，并在同一信道中傳輸，即1解決區塊內光纖資源的整合和光纖網絡的構建，特別適用于高密度載體下原生性的網絡拓展，大規模部署5G+光纖網絡[8]。

2.1 建設場景

按照傳統網絡架構思路，多層組功能模塊一般設置為環形模式，便于應對突發故障以加強網絡整體穩定性，此時各路BBU處于分布式狀態，而非集中式布置，一般情況下在環路設置2芯可以滿足網絡使用。

而為了解決廣電光纖網絡資源匱乏前提下的海量信號傳輸要求，此時可以反向設置節點部署模式，在信號覆蓋范圍良好、機房網絡準入便捷的情況下進行BBU集中式布置，形成BBU設備池，即集中化處理建網模式。設備池中共布置了3臺BBU，并下接了9組AAU，按照信道傳輸理論可以計算所需纖芯數為18，極大消耗現有資源，且無法采取直連模式進行網絡架設。因此，在實際建設場景中利用WDM技術進行聚合，以雜化光信號模式實現1芯信道環路共享，完成信號的實時傳輸，從而快速完成集中化無線接入網（Centralized-Radio Access Network，C-RAN）的建設[9]。C-RAN基站光纖資源優化場景如圖3所示。

圖3 C-RAN基站光纖資源優化場景

2.2 信道擴容

在理論模型下可以得知，信道傳輸容量與終端用戶數量之間呈正向線性關系，而在實際使用中發現，當終端數量達到一個臨界值時，信道容量不再增加，反而會出現拐點，如圖4所示。因此，需要在光纖網絡建設中考慮到用戶數對于信道的影響，并積極調節網絡建設參數達到最優組網的條件。

圖4 信道容量與終端用戶數的關系

2.2.1 優化鏈路參數

實際建設應當選擇最優纖芯，而不是隨機選取當前纖芯資源，同步開啟鏈路數據自由化機制。該機制建立在5G+網絡虛擬化技術的基礎上，對同一信道內傳輸的虛級聯信號容量進行二次優化，即可以在不破壞現用信道基礎上同步完成信號變換和信道糾錯工作，是一種建立在傳輸核心載體下的收發端容錯協議。在信源與宿主間完成某信號內字段的自檢和糾錯工作，以實現整個信道傳輸鏈路的參數優化控制[10]。

主要包括以下3個方面：（1）自主修正鏈路中突發的壞軌（光纖節點），發現故障節點后自動標記或直接刪除該壞軌；（2）信號準入至通行網絡節點，并納入傳輸鏈路，調節正常光纖保證網絡傳輸；（3）適時優化信道容量，根據業務承載量和寬帶冗余量的實際標準，調節網絡參數以達到最優運營模式。

2.2.2 重置波分系數

依據終端用戶的實際需求和提供服務的標準要求，科學設置設備數量和布置，完成信道擴容后信號可以從旁支鏈路直達核心路由節點，即業務工作與技術模式自由分離，在不影響用戶體驗的前提下重新設置波分系數，確保信號準入同一路由設備后可以經不同信道匯聚至核心鏈路，并按實際業務模式二次分配至歸屬信道（加裝波長轉換器），可依據業務量加載信號鏈路，破除冗余機制的后置模式，大幅縮短信號自檢時間，提升光纖網絡的終端效率。

3 結 論

本文研究了光纖網絡技術復用策略，探討了基于5G承載網下的信號數據傳輸機制響應模式，通過重構組織架構和利用WDM波分技術，在有效節約纖芯資源的前提下實現信道大幅擴容和信號穩定傳輸，滿足了廣電光纖網絡運營中的實際需求，進一步促進光纖網絡與5G+通信技術的應用發展。