無源波分在5G前傳接入中的應(yīng)用研究

戶文濤?魏濤?李志勇?宋永豐

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及無線網(wǎng)絡(luò)的迭代與升級(jí)，對(duì)光纜纖芯資源的需求逐漸提升。強(qiáng)化對(duì)無源波分技術(shù)的應(yīng)用，可以將5G前傳不同場(chǎng)景中，建設(shè)成本高、開通時(shí)間長等問題高效解決。因此在具體研究過程中，應(yīng)該結(jié)合5G光纜網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，深入研究與應(yīng)用無源波分，以便5G建設(shè)水平和效率能整體提高。

關(guān)鍵詞：無源波分；5G前傳接入；應(yīng)用

一、引言

目前，現(xiàn)有的光纜資源不能滿足5G基站前傳對(duì)纖芯的需求，采取何種方式讓5G服務(wù)能力快速形成，最大程度將建設(shè)和運(yùn)營成本降低，已經(jīng)成為各運(yùn)營商亟待解決的重要問題。因此在5G前傳接入中，應(yīng)該對(duì)無源波分深入研究，合理制定應(yīng)用對(duì)策，確保問題在解決的同時(shí)，快速開站的目標(biāo)能順利達(dá)成。

二、無源波分的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)景

無源波分是以WDM技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的，在復(fù)用器的支持下，將各個(gè)不同波長的光信號(hào)形成一束，以便能在單根光纖中快速傳輸。同時(shí)在鏈路的接收端，采取解復(fù)用器的辦法，分解光纖中的混合信號(hào)，讓其以不同波長信號(hào)存在，最后與相應(yīng)接收設(shè)備連接。無源波分系統(tǒng)是由兩部分組成，其中之一是復(fù)用/解復(fù)用器，另一部分是彩光模塊。其中彩光模塊的優(yōu)點(diǎn)較多，諸如速率豐富等，具體有2.5Gb/s、6Gb/s、10Gb/s、25Gb/s速率等。通過對(duì)無源波分的分析，信道間隔的長度為20NM，波長范圍在1271NM～1611NM之間，對(duì)激光器等要求較小，可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容成本整體降低的目的。該技術(shù)在接入層、匯聚層的應(yīng)用廣泛，諸如無線前傳等場(chǎng)景，可以為光纜建設(shè)提供輔助支持，讓光纜建設(shè)的壓力得到減輕。在對(duì)無源波分技術(shù)應(yīng)用過程中，展現(xiàn)出來的優(yōu)點(diǎn)較多，如圖1所示為該技術(shù)支持下的前傳方案，可以對(duì)傳統(tǒng)光纖直驅(qū)方式存在的缺陷優(yōu)化與完善。

該技術(shù)在使用過程中，即便是單根光纖，也不需要增加其容量，也不必對(duì)光纖重新鋪設(shè)，可以讓光纖和管網(wǎng)資源得到節(jié)省。同時(shí)此類技術(shù)的使用，還可以為相關(guān)業(yè)務(wù)的開通提供支持，尤其是在纖芯資源緊張的地區(qū)。但該技術(shù)在使用過程中，暴露出的缺點(diǎn)也十分明顯，諸如利用復(fù)用器會(huì)讓鏈路的插損增加，故障出現(xiàn)概率增大，會(huì)有多個(gè)故障點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)存在，導(dǎo)致相關(guān)人員在對(duì)故障判斷時(shí)難度增加，不利于運(yùn)營維護(hù)工作的高效開展[1]。

三、5G光纜網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及前傳解決方案

（一）5G光纜網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

5G承載網(wǎng)是由三個(gè)部分組成，分別是前傳、中傳以及回傳。前傳是指對(duì)AAU到DU之間的數(shù)據(jù)傳遞。在本文研究中，主要對(duì)5G前傳接入進(jìn)行深入研究。5G應(yīng)用的方式為C-RAN，BBU集中部署在綜合業(yè)務(wù)接入機(jī)房內(nèi)，可以同時(shí)布置智能城域網(wǎng)設(shè)備，讓整個(gè)機(jī)房的資源得到高效利用，確保網(wǎng)絡(luò)能更為安全?，F(xiàn)階段，5G光纜網(wǎng)絡(luò)建設(shè)期間，主要是共建一張光纜網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)光纜與設(shè)備節(jié)點(diǎn)協(xié)同，達(dá)到傳輸穩(wěn)定性與安全性的目的。但是因?yàn)?G站點(diǎn)的密度大于4G，所有前傳信息需求量大，需要不斷擴(kuò)大基站接入光纜的規(guī)模。在此過程中，需要占用大量光纜纖芯資源，也會(huì)被管孔緊張等因素干擾，致使建設(shè)進(jìn)度無法保障。4G/5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)拓?fù)淙鐖D2所示。

（二）5G前傳快速建設(shè)難題解決對(duì)策

通過對(duì)5G光纜網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀的研究可以看出，5G前傳纖芯需求是當(dāng)前建設(shè)的重點(diǎn)以及難點(diǎn)。因此在具體建設(shè)過程中，需要將現(xiàn)有的纖芯資源情況作為依據(jù)，有針對(duì)性地制定優(yōu)化對(duì)策，保證建設(shè)進(jìn)度在提高的同時(shí)，建設(shè)投資效益也能達(dá)到最佳。

如果當(dāng)前接入光纜剩余纖芯數(shù)量≥6芯，5G設(shè)備在使用過程中，可以對(duì)雙芯雙向灰光模塊合理應(yīng)用，直接選擇使用光纖直驅(qū)的方式開通。這種方式的使用，可以快速開通基站，但弊端很明顯，需要對(duì)現(xiàn)網(wǎng)纖芯資源大量占用，所以此方式只在纖芯資源較為豐富的區(qū)域中應(yīng)用較為合適 [2]。

如果現(xiàn)有接入光纜剩余纖芯數(shù)量≥3芯，但不超過6芯，5G設(shè)備可以選擇BIDI+光纖直驅(qū)方式承載，應(yīng)用的開通方法與上述方案相同。此種方案的運(yùn)用，同樣能利用舊現(xiàn)網(wǎng)纖芯資源快速開通基站，但缺點(diǎn)是還需要占用較多的纖芯資源，所以若纖芯資源不夠豐富，此種方式不能獲得良好效果。

如果現(xiàn)有接入光纜剩余纖芯數(shù)量小于3芯，采取光纖直驅(qū)的方式需要重新布放光纜，必然會(huì)加大工程建設(shè)難度。但在無源波分技術(shù)的支持下，只需要占用1芯就可以開通基站，減少對(duì)現(xiàn)網(wǎng)纖芯資源大量占用的同時(shí)，快速開通基站。具體方案如圖4所示。

四、無源波分在5G前傳接入中的部署策略

3.5G NR 100MHz載波帶寬時(shí)，5G BBU與單AAU之間的前傳接口需求1×25GE eCPRI接口，不支持級(jí)聯(lián)?？蛇x擇1套6波25G無源波分系統(tǒng)。

3.5G NR 200MHz帶寬時(shí)，5G BBU與單AAU之間的前傳接口需求為2×25GE eCPRI 接口，不支持級(jí)聯(lián)，可采用2套6波長疊加系統(tǒng)的方案，為提高線路可靠性，同一個(gè)AAU的兩個(gè)接口承載在不同的CWDM系統(tǒng)上，可接入不同方向的接入主干光纜纖芯提升安全性。

2.1G NR 2×50MHz帶寬時(shí)前傳接口需求為1×10GE CPRI接口， 采用1套6波10G無源波分系統(tǒng)。

3.5G NR 200MHz疊加2.1G NR 2×50MHz時(shí)，采用一套12波25G+10G CWDM系統(tǒng)和一套6波25G CWDM系統(tǒng)承載前傳，可接入不同方向的接入主干光纜纖芯，其中12波25G+10G CWDM系統(tǒng)承載3.5G NR 200MHz基站每個(gè)小區(qū)AAU出的第一個(gè)接口和2.1G NR基站，6波25G CWDM承載3.5G NR 200MHz基站每個(gè)小區(qū)AAU出的第二個(gè)接口。

五、無源波分在5G前傳接入中的應(yīng)用

（一）城區(qū)基站接入段光纜纖芯不足場(chǎng)景中的應(yīng)用

城區(qū)某美化燈管塔為現(xiàn)網(wǎng)3G/4G站址，現(xiàn)有12芯光纜1條，有2芯空余，距離最近的主干光交0.8公里，3G/4G/5U BBU設(shè)備集中部署在上游綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)機(jī)房，本期擬開通5G。

前傳承載方案一：采用光纖直驅(qū)（新建光纜）方式開通，新建24芯管道光纜0.8公里，工程造價(jià)約0.6萬元（0.8公里×0.75萬元/皮長公里），建設(shè)周期1天。

前傳承載方案二：采用無源波分（利舊光纜）方式開通，利舊現(xiàn)網(wǎng)纖芯1芯，新增1套6波25G無源波分設(shè)備，工程造價(jià)約0.2萬元，建設(shè)周期0.5天。

（二）城區(qū)基站主干段光纜纖芯不足場(chǎng)景中的應(yīng)用

城區(qū)某主干光交收斂附近4個(gè)現(xiàn)網(wǎng)基站，4個(gè)現(xiàn)網(wǎng)基站至該光交的接入段光纜空余纖芯都大于3芯，3G/4G/5U BBU設(shè)備集中部署在上游綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)機(jī)房。本期擬開通5G。該光交空余主干纖芯6芯，距離上聯(lián)綜合業(yè)務(wù)接入點(diǎn)機(jī)房2公里。

前傳承載方案一：采用光纖直驅(qū)（新建光纜）方式開通，新建72芯管道光纜2公里，工程造價(jià)約2.4萬元（2公里*1.2萬元/皮長公里），建設(shè)周期2天。

前傳承載方案二：采用無源波分（利舊光纜）方式開通，利舊現(xiàn)網(wǎng)纖芯4芯，新增4套6波25G無源波分設(shè)備，工程造價(jià)約0.8萬元（4站*1套/站*0.2萬元/套），建設(shè)周期0.5天。

通過對(duì)比可以看出，無論是基站接入段光纜纖芯不足，還是主干段光纜纖芯不足，無源波分在5G前傳接入中的使用，可以大大降低建設(shè)成本，建設(shè)成本降低約66%。同時(shí)也可以讓工程建設(shè)的時(shí)間縮短。由此可見，充分利用、挖潛現(xiàn)網(wǎng)纖芯資源，采取無源波分方式承載5G前傳，能夠?qū)崿F(xiàn)5G快速開通，且能滿足經(jīng)濟(jì)性、安全性要求，使5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)TCO達(dá)到最優(yōu)。

六、結(jié)束語

綜合而言，無源波分建設(shè)成本低，部署速度快，是光纜網(wǎng)建設(shè)過程中的重要補(bǔ)充技術(shù)，能夠讓光纜建設(shè)期間產(chǎn)生的壓力得到緩解。但是該技術(shù)在使用過程中，存在整個(gè)鏈路的插損增加、對(duì)光路衰耗要求較高，使用中對(duì)纖芯質(zhì)量要求高導(dǎo)致運(yùn)維難度增加等弊端，所以無法對(duì)光纜建設(shè)完全替代。通過對(duì)建設(shè)成本及后期運(yùn)維等方面的綜合考量，無源波分技術(shù)可以在纖芯資源匱乏的區(qū)域，或者新建光纜施工難度大的場(chǎng)景下使用，使5G基站開通速度整體加快，單站建設(shè)成本降低，單站TCO達(dá)到最優(yōu)，促進(jìn)投資效益的提升，為5G的推廣以及應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]宋玉飛.無源波分在5G前傳中的應(yīng)用研究[J].廣東通信技術(shù)，2022，42（01）：34-36.

[2]郭文玨，蔡一鴻，駱益民，等.無源波分在5G前傳接入中的應(yīng)用研究[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2021（01）：67-71.

[3]佘強(qiáng).無源波分技術(shù)在5G前傳中的應(yīng)用[J].通信電源技術(shù)，2020，37（12）：73-75.

戶文濤（1987.06-），男，漢族，河南安陽，本科，中級(jí)通信工程師，研究方向：傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計(jì)；

魏濤（1977.08-），男，漢族，河南內(nèi)黃，本科，中級(jí)通信工程師，研究方向：無線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計(jì)；

李志勇（1982.03-），男，漢族，河南新鄉(xiāng)，本科，中級(jí)通信工程師，研究方向：傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計(jì)；

宋永豐（1975.08-），男，漢族，河南安陽，本科，中級(jí)通信工程師，研究方向：傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)維護(hù)。