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面向C-RAN的5G前传方案研究

时间:2019-08-01 08:58:32

摘要:本文介绍C-RAN布置架构,分析了5G前传接口的传输指标要求及端口数量需求,提出了满足5G前传接口需求的几种前传方案,在对各种方案的技术特点进行分析后,提出了当前应对5G前传采取的措施。

关键词:C-RAN,5G;前传;接口需求

 

相对于4G无线接入网(RAN)的基带处理单元(BBU)和射频拉远单元(RRU)2级结构,5GRAN通常采用集中单元(CU)、分布单元(DU)和有源天线单元(AAU)3级结构。相应地,传输将演变为前传、中传和回传3级结构,通常将DU和AAU间的电路传输称为前传。

5GRAN的部署方式分为分布式无线接入网(C-RAN)和集中式无线接入网(D-RAN),5G接入网云化将推动CU、DU和AAU分离的大规模C-RAN部署。此时DU堆叠在中心机房如4G的BBU集中机房),AAU分布在远端。由于5G的前传对传输的要求比较高,因此,5G前传方案的可行性就显得尤为重要。


一、5G前传的接口需求

5G商用初期,AAU将主要利用现有RRU的物理站址,而DU也部署在BBU集中机房,因此5G前传应综合考虑5G和4G混合承载的需求。前传的典型接口为CPRI(N*10Gbit/s或1个100Gbit/s)、ecPRI(25GE端口),时延小于100μm。

前传接口的数量则和运营商运营的频段有关,以某运营商为例,其4G和5G共址站可能便用的频段及端口数如表1所示,大多数情况下1个宏站4G的端口需求为6或9个,5G端口需求为3或6个。

5G前传表1.png

表1 4G和5G的共址站可能使用的频段及端口数

二、5G前传方案分析

满足5G前传接口需求的前传方案主要有光纤直连方案、无源WDM方案、有源WDM方案和WDM-PON方案。

1、光纤直连方案

光纤直连方案是将DU的端口与AAU的端口釆用光纤直接连接的方式。通常每个AAU与DU的连接需要2芯,当DU和AAU采用BiDi(单芯双向)光模块时,连接的光纤数为1芯。

光纤直连方案组网结构简单,接人方使,但即便部分采用单芯双向方案,依然需消耗大量纤芯资源,通常每个4G和5G共址站需要24~35芯。按每个站新建24芯光缆3km、光缆每公里造价0.8万元(利用现有管道或杆路资源布放)估算,光缋投资约2.4万元。

由于DU与AAU间的光纤网络一般是结构复杂的光分配网(ODN),故DU和AAU的光功率预算除考虑光缆线路的长度外,还要考虑光链路中活接头的数量。典型场景下(DU和AAU间光链路长度5km,8个活接头)DU和AAU设备的光功率预算宜不小于8DB。

2.2无源WDM方案

无源WDM方案釆用WDM技术,将DU至不同AAU的电路采用不同的波长合路到一根光纤中传输。例如一个S111站共3个AAU,DU至AAU的收发端口数共6个,在DU侧和AAU侧各采用1个6路的光终端复用器(OTM)就可以将DU和AAU间的收发信号合路到一根光纤中传输,如图1所示。由于OTM是无源器件,故各业务端口光模块需采用不同的波长,即彩光模块。

5G前传图1.png

图1 无源WDM前传方案

该方案中,OTM是无源器件,价格并不高。但由于需要将原有DU和AAU的光模块替换成彩光模块,从而增加了彩光模块的成本。按每个站含6个RRU、3个AAU估算,总造价约5万元。

采用无源WDM方案时库注意以下几点。

⑴同一合/分波系统中,DU侧每个彩光模块的波长是不同的,使用时需和AAU侧一一对应,维护中需要为每一波长的彩光模块留有备件,可能会增加维护的难度。

(2)适用于5G前传的25Gbit/s彩光模块产业链的发展目前还不明确,在5G商用初期价格可能较贵。

(3)OTM有一定的插损(每个约3DB),彩光模块的光功率预算应在光纤直连方案的基础上再加上OTM的插损。

2.3有源WDM方案

有源WDM方案分为两种:传统WDM方案和低成本WDM方案。

传统WDM方案是在传统汇聚/接人层波分(DWDM或CWDM)设备的碁础上,增加了可与AAU安装在一起的户外远端设备。该方案虽可支持环形组网,但由于从DU到AAU的光缆线路难以成环,实际应用中将主要以链型组网为主.该方案的成本较高,要解决一个S111站的传输,设备投资高达5万元。若提供更多的设备端口,则造价会进一歩提高。

低成本WDM方案采用离散多载波(DMT)算法,用低速的光器件传输高速的信号,从而大大减少了设备成本。例如传统WDM设备传送10个10GE的信号需要通过10个10Gbit/s光模块合波成1个100Gbit/s。而低成本的WDM方案则采用2个10Gbit/s光模块,通过DMT算法使每个光模块传送50Gbit/s的信号,再将2个50Gbit/s信号合波成1个100Gbit/s,如图2所示。与传统DWDM/CWDM方案相比,低成本WDM方案可使光模块的使用量减少数倍,从而使设备的成本减少一半以上。

5G前传图2.png

图2 传统WDM与低成本WDM方案中光信号的合路方式 

2.4WDM-PON方案

WDM-PON采用WDM技术,在OLT与阵列波导光栅(AWG)间将多个波长复用在一根光纤上传输,从而节省OLT与AWG间的光纤资源。WDM-PON前传方案的拓扑结构如图3所示。WDM-PON可充分利用现有ODN资源,避免光缆线路的重复建设,降低5G网络部署成本,快速完成5G网络的覆盖。

5G前传图3.png

图3 WDM-PON前传方案的拓扑结构 

WDM-PON技术出现虽然较早,由于缺少必要的应用,技术的发展及产业化进程一直比较缓慢。当前,随着5G前传需求的提出,WDM-PON关键技术的相关标准正在进一步完善,但WDM-PON技术实现难度较高、器件的成熟度较低、设备成本较高,近期难以成为主流传输技术。

2.5几种前传方案的比较

以上共介绍了4种用于5G前传的技术,不同前传方案的优缺点对比如表2所示。

5G前传表2.png

表2 几种前传方案的比较

3结束语

通过对以上4种可用于5G前传技术的对比分析,可得出以下结论。

(1)光纤直连方案对纤芯的消耗量难常大,但总体建维成本并不高。

(2)无源波分方案总体建设成本虽不高,但受制于25Gbit/s光模块产业链的发展,在5G发展初期的应用会受到限制。

(3)各种有源方案均具有较强的OAM功能,可靠性高。但在5G发展的初期,WDM-PON技术不成熟,传统有源WDM设备价格则较高。低成本的波分方案设备成本相对较低,但在AAU数量较少的场景下单端口的造价依然较高。

综上所述,合理的光缆纤芯储备对5G快速建网和持续发展起重要的作用。当前应对5G前传,在需要新建光缆的段落预留充足的纤芯资源依然是最好的选择。

 

 

 

参考文献

[1]IMT-2020(5G)推进组.5G承载需求白皮书[S].

[2]IMT—2020(5G)推进组.5G承载网络架构和技术方案白皮书[S].

[3]吴万红,赵玉祥,莫寒.面向5G的下一代前传网络接口及承载方案分析[J].电信技术,2017(8).

[4]刘方森,王建,王仔强,等.面向5G的C-RAN技术与C-RAN规划案例分析[J].电信工程技术与标准化,2018[3].



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