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UDWDM/HD-WDM在移動前傳網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用分析

2015-04-13 04:14張海燕科銳安中國技術(shù)有限公司北京100191
郵電設(shè)計技術(shù) 2015年11期
關(guān)鍵詞:頻點(diǎn)端口光纖

張海燕(科銳安中國技術(shù)有限公司,北京100191)

1 M FH 市場驅(qū)動與技術(shù)挑戰(zhàn)

針對分布式基站及BBU-RRU 間傳輸,傳統(tǒng)的光纖直驅(qū)的方式雖然成本低,開通簡便,但是隨著LTE基站規(guī)模增加,光纖直驅(qū)方式將占用大量寶貴光纖資源,很難實現(xiàn)中長期可持續(xù)發(fā)展的要求。圖1 示出的是光纖直驅(qū)移動前傳。

無論是運(yùn)營商還是設(shè)備供應(yīng)商,都希望能采用更高效、成本更低的移動前傳方式。越來越多解決方案旨在尋求既滿足移動前傳的基本要求(高帶寬、低時延、接口協(xié)議滿足CPRI 或OBSAI,可選擇的鏈路保護(hù)方式),又能控制合理的成本,同時實現(xiàn)設(shè)備小型化和低功耗。

圖1 光纖直驅(qū)移動前傳

在眾所周知的WDM-PON、CWDM 基礎(chǔ)傳輸格式上,衍生出了許多不同的設(shè)備形態(tài),這些設(shè)備形態(tài)對信號對接格式、端口協(xié)議進(jìn)行了有限的轉(zhuǎn)化,但是傳輸核心性能是繼承底層的傳輸方式固有的性能。CWDM技術(shù)還需要一對光纖,拓?fù)渲荒苁擎溞位颦h(huán)形,無法充分利用現(xiàn)有的星形光纖接入網(wǎng)。

圖2 示出的是無源WDM(WDM-PON);圖3 示出的是有源WDM(CWDM或DWDM)。

圖2 無源WDM(WDM-PON)

圖3 有源WDM(CWDM或DWDM)

這些方案基本上都是將光分波合波器和波長轉(zhuǎn)換器技術(shù)轉(zhuǎn)化到接入的應(yīng)用上,無論簡化多少,線路分光器件的引入會帶來光傳輸代價和投資成本的增加,而且系統(tǒng)極限波道數(shù)量和線路很有限,固化鏈形或環(huán)形拓?fù)洳贿m用接入模式,且無法利用成熟的功率放大技術(shù),應(yīng)用范圍非常有限。

2 相干檢測技術(shù)簡介

在高速長距光傳輸應(yīng)用中,相干檢測技術(shù)的規(guī)模應(yīng)用充分證明能極大提升光線路的光信噪比耐受度,最重要的是,該技術(shù)激發(fā)了城域傳輸技術(shù)應(yīng)用的廣闊思路。

簡而言之,相干檢測技術(shù)有點(diǎn)類似檢波收音機(jī)原理,即:OLT 端相當(dāng)于多路發(fā)送端和接收端(多路頻點(diǎn)同時發(fā)送和接收),ONU是單路發(fā)送端接收端(單路特定頻點(diǎn)發(fā)送接收),每個ONU 與OLT 用一對臨近的頻點(diǎn)(50 GHz 頻段內(nèi)2 個頻點(diǎn),PCT?-Paired Channel Technology)(見圖4)作為上下行的通信頻點(diǎn),接收端通過采用特定頻點(diǎn)的本振與接收到的信號拍頻,諧振特性使對應(yīng)頻點(diǎn)被檢出,非對應(yīng)頻點(diǎn)被隔離。

相干檢測技術(shù)在應(yīng)用中主要有2 種產(chǎn)品形態(tài),即超密集波分復(fù)用(UDWDM)和高密集波分復(fù)用(HDWDM)。

UDWDM特性:采用相干檢測技術(shù),在C波段可以提供1 000個頻率對,每用戶獨(dú)立使用一個頻率對,上下行對稱速率1 Gbit/s。

HD-WDM 特性:采用相干檢測技術(shù),在C 波段可以提供100個頻率對,每用戶獨(dú)立使用一個頻率對,上下行對稱速率10 Gbit/s??梢圆捎妙l點(diǎn)捆綁方式向終端用戶提供更高的速率N×10 Gbit/s。

圖5示出的是xDWDM邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

承載HD-WDM 的光纖物理拓?fù)淇梢允侨我忸愋?,即可以利用PON 光纖接入星形網(wǎng),也可以利用鏈形或環(huán)形網(wǎng),比較靈活。

3 相干檢測技術(shù)在接入層應(yīng)用的價值優(yōu)勢

廣泛的物理拓?fù)溥m應(yīng)性:可以說,HD-WDM 或UDWDM 技術(shù)繼承了PON 和WDM 各自的優(yōu)點(diǎn)但拋棄了各自的應(yīng)用局限,物理層信號在光纖媒介中廣播性發(fā)送但選擇性接收,光纖只要可達(dá),業(yè)務(wù)就可達(dá),可以應(yīng)用任意光纖物理拓?fù)?,星形、環(huán)形、鏈形或其他拓?fù)洹?/p>

低時延傳輸:移動前傳應(yīng)用對傳輸時延要求很高,在10 μm 范圍,PCT?-Paired Channel Technology 技術(shù)收發(fā)采用獨(dú)立的頻點(diǎn),10G碼流的調(diào)制與解調(diào),優(yōu)化的FEC字節(jié)開銷,無復(fù)雜的數(shù)字信號處理,所以端到端傳輸時延在微秒級以下。

覆蓋范圍廣:相干接收具有較高諧振增益(或者說接收靈敏度),使得光功率線路衰減代價高達(dá)46 dB(接入段距離80 km);重要的是,因為每個上下行頻率對只占用50 GHz 帶寬,即使只在C 波段應(yīng)用,分光比也可以達(dá)到1∶96,必要時,C波段成熟光放技術(shù)可以有效

圖4 PCT?-Paired Channel Technology

4 U D W D M /H D-W D M 與傳統(tǒng)設(shè)備的成本對比

圖5 xDWDM邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

利用,可以實現(xiàn)超百千米的覆蓋。

網(wǎng)絡(luò)扁平化:網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的增加,結(jié)合端到端高帶寬特性,原有城域網(wǎng)接入層與匯聚層的分界可以取消,即接入層業(yè)務(wù)直接到達(dá)核心節(jié)點(diǎn)(OLT接口板卡可以直接插在核心節(jié)點(diǎn)OTN網(wǎng)元上)。

圖6示出的是網(wǎng)絡(luò)扁平化趨勢。

上下行速率對稱:PCT?-Paired Channel Technolo?gy采用獨(dú)立的上下行頻點(diǎn),終端用戶的上下行速率是對稱的,上下行速率都可以達(dá)到10 Gbit/s。

成本優(yōu)化:因為相干檢測技術(shù)替代分光器件,額外插損減少,器件成本也得以降低。另外網(wǎng)絡(luò)扁平化帶來匯聚層設(shè)備投資和運(yùn)維成本的減少。由于使用PCT?-Paired Channel Technology,光纖消耗只有一根,或者利用傳統(tǒng)PON的光纖分配網(wǎng)絡(luò),大大減少光纖占用。

在傳統(tǒng)移動前傳方案中,除光纖占用率較高的光纖直驅(qū)方式外,CWDM/WDM-PON 都需要使用到彩色光模塊,對于單個RRU 的接入,至少需要一對彩色光模塊,因為傳輸距離、波道數(shù)量不同,匯聚層設(shè)備配置成本(隨著技術(shù)發(fā)展,10G傳輸設(shè)備市場已經(jīng)脫離最優(yōu)生產(chǎn)規(guī)模期,成本曲線將進(jìn)入上升區(qū)間)受具體應(yīng)用影響而浮動,大致可以將分光器件成本統(tǒng)一到光模塊的成本中。

以N×10G 為例,CWDM、WDM-PON 可以通過簡化,直接采用彩色SFP+模塊進(jìn)入到WDM 光線路系統(tǒng)中,該固定波長SFP+模塊的平均市場采購價(將線路器件、可能的SOA)每端口大約425 美元,如果采用可調(diào)波長的SFP+,端口成本價上升到900 美元;在HDWDM系統(tǒng)中,相干模塊的早期市場價格估計在300美元以下,在規(guī)?;瘧?yīng)用且自主開發(fā)光子集成推動下,5年后單端口的成本最終可望下降到100~200 美元,十分具有市場競爭力。

圖6 網(wǎng)絡(luò)扁平化趨勢

簡單的成本對比還不足以說明差距所在,對于同是N×10G的應(yīng)用,N值不同,成本結(jié)構(gòu)隨時間的變化也不同。一般來說總成本可以分成固定成本+可變成本,在CWDM/WDM-PON 中,因為擴(kuò)展空間受限,工程初期設(shè)計基本能確定網(wǎng)絡(luò)承載容限和建設(shè)規(guī)模,固定成本一次投入后,可擴(kuò)展的部分不多;對于HD-WDM而言,可以按照終端點(diǎn)的規(guī)模增長逐步建設(shè)和拓展,固定成本部分只占少數(shù),甚至連光纜纖芯的占用也是按需增加的,這對于投資決策者的壓力顯然小得多。

5 U D W D M /H D-W D M 市場展望

HD-WDM 究竟能在多長時間內(nèi)取代現(xiàn)有的城域接入方式,現(xiàn)在尚難以做出準(zhǔn)確判斷,但是僅僅從LTE網(wǎng)絡(luò)前傳需求空間上就能看出市場的吸引力。全國LTE基站總數(shù)從試驗網(wǎng)到超過100萬個僅僅用了不到2 年時間,截至2015 年8 月已經(jīng)超過150 萬個,保守估計,到2016年年中,全國LTE基站總規(guī)模將在300萬個以上。其中城市范圍內(nèi)的基站受光纖資源短缺影響,至少近1/3 有移動回傳需求,郊區(qū)或農(nóng)村基站建設(shè)受傳輸距離和站址影響,至少一半有移動回傳需求,綜合起來看,2016 年的移動回傳需求將達(dá)到100 萬以上端口對。以HD-WDM 端口標(biāo)準(zhǔn)成本270 美元(年降低10%)計算,市場規(guī)模達(dá)到4億元人民幣以上。

6 可能的挑戰(zhàn)

任何新技術(shù)的規(guī)模化市場應(yīng)用離不開幾個基本條件的成熟:標(biāo)準(zhǔn)化、成本可持續(xù)降低的趨勢、良性行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。

相干檢測技術(shù)首先是在超長距高速通信系統(tǒng)中應(yīng)用的,HD-WDM 不是簡單的技術(shù)遷移,而是重新開發(fā)的全過程,目前,相干解調(diào)的小型化研發(fā)還是一個棘手的工作,未來更可能要面向光子集成方向以解決功耗和成本。器件或功能單元的模組化后,也能與其他現(xiàn)有技術(shù)結(jié)合而相得益彰,例如直接結(jié)合數(shù)據(jù)交換機(jī)或路由器,可以實現(xiàn)更豐富的業(yè)務(wù)模式;PCT?-Paired Channel Technology 可調(diào)光接口結(jié)合SDN,在接入層節(jié)點(diǎn)間就可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖杂啥x,即接入節(jié)點(diǎn)可以自由選擇自己的通信對象,條件是雙方的頻點(diǎn)配對就可以了。

UDWDM/HD-WDM 雖然暫時只在有限的開發(fā)聯(lián)合體間開展了合作,但同樣需要上游芯片廠商的支持(如嵌入更高速率的FEC 編解碼芯片)或者下游設(shè)備集成商的融合。所謂良性行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)就是指成熟完善的產(chǎn)業(yè)鏈為上下游生產(chǎn)者、使用者及最終用戶創(chuàng)造穩(wěn)定可持續(xù)價值的一個系統(tǒng),只有在優(yōu)化的資源配置上各方共同合作,為運(yùn)營商降低網(wǎng)絡(luò)成本,才能實現(xiàn)共贏。

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