鄧 寧，周 谞（華為技術(shù)有限公司，廣東深圳518129）

0 前言

當(dāng)前，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，移動(dòng)寬帶流量呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長(zhǎng)。根據(jù)華為預(yù)測(cè)，視頻將在2018年占據(jù)移動(dòng)寬帶70%以上的流量，用戶對(duì)于移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)體驗(yàn)的更高要求，推動(dòng)著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向更大帶寬和更短延時(shí)發(fā)展。據(jù)華為mLAB 調(diào)查，體驗(yàn)差（主要是速率低）是移動(dòng)寬帶用戶投訴的主要原因，80%的用戶是由于糟糕的體驗(yàn)而離網(wǎng)，72%的用戶是由于良好的體驗(yàn)而留網(wǎng)。提供更大的移動(dòng)帶寬，更好的用戶體驗(yàn)，可以幫助運(yùn)營(yíng)商在激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)促進(jìn)用戶移動(dòng)流量消費(fèi)的增長(zhǎng)，助力客戶商業(yè)成功。

1 運(yùn)營(yíng)商的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

移動(dòng)流量的增長(zhǎng)為運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)了新的收入增長(zhǎng)點(diǎn)，但為了支持這些業(yè)務(wù)和流量的增長(zhǎng)，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商需要不斷增加空中接口帶寬和增加基站數(shù)量，提供更大的網(wǎng)絡(luò)容量和更好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，在傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng)上增加巨大的投資。同時(shí)大量的基站導(dǎo)致高能耗，運(yùn)營(yíng)商投資成本和運(yùn)營(yíng)成本逐年增高。近年來(lái)，一種新型的無(wú)線接入網(wǎng)——集中式無(wú)線接入網(wǎng)（C-RAN）引起業(yè)界廣泛關(guān)注，運(yùn)營(yíng)商也計(jì)劃大規(guī)模部署。如圖1 所示，C-RAN 架構(gòu)基于分布式基站類型，將基帶處理單元（BBU）集中在中心局或機(jī)房形成虛擬基帶池，遠(yuǎn)端射頻模塊（RRU）拉遠(yuǎn)放置于基站塔、高樓等處。圖2示出的是C-RAN的部署趨勢(shì)。C-RAN的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。

圖1 集中式無(wú)線接入網(wǎng)示意圖

圖2 C-RAN部署趨勢(shì)預(yù)測(cè)

a）降低網(wǎng)絡(luò)總體成本。C-RAN 可減少基站室外機(jī)房數(shù)量和站址租用成本，降低運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的開(kāi)銷和網(wǎng)絡(luò)整體能耗。據(jù)中國(guó)移動(dòng)數(shù)據(jù)，BBU 集中后可節(jié)省30%的CAPEX和53%的OPEX。

b）提升網(wǎng)絡(luò)性能和頻率效率，應(yīng)對(duì)移動(dòng)流量增長(zhǎng)。利用多點(diǎn)協(xié)同處理技術(shù)，抑制小區(qū)邊緣同頻干擾，提高小區(qū)邊緣的數(shù)據(jù)傳輸性能，使用戶獲得更好的上網(wǎng)體驗(yàn)。

c）縮短建網(wǎng)時(shí)間，業(yè)務(wù)快速上線。基站處無(wú)需室外機(jī)房建設(shè)，RRU設(shè)備快速安裝，簡(jiǎn)易維護(hù)。

隨著網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面的變化，承載BBU和RRU之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)男滦途W(wǎng)絡(luò)被稱為移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)（Fron?thaul）。隨著空口速率的增加，傳統(tǒng)的BBU-RRU間的接口（如通用公共無(wú)線電接口，CPRI）帶寬需求急速增加，且移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)中的光纖資源寶貴，引入低成本的波分復(fù)用（WDM）技術(shù)是未來(lái)趨勢(shì)。在目前的WDM技術(shù)中，彩光模塊的器件成本和備貨成本較高。因此，RRU側(cè)對(duì)規(guī)格統(tǒng)一、高速率、低成本和波長(zhǎng)無(wú)關(guān)（color?less）光模塊的需求，也是移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)中的重要研究方向。總體上，移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)中對(duì)于創(chuàng)新的高容量、低成本的傳輸方案和高效的組網(wǎng)方式的需要十分強(qiáng)烈。

2 基于波分復(fù)用的C PR I承載方案

當(dāng)前，最直接的CPRI 承載解決方案是光纖直連。如圖3 所示，該方案中，BBU 與每個(gè)RRU 的CPRI 端口全部采用光纖直連，點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)，因此光纖資源消耗大。如果RRU 要擴(kuò)容，需要消耗更多的光纖，而且由于融纖等各種問(wèn)題，時(shí)間很長(zhǎng)。該方案適用于光纖豐富和BBU小集中場(chǎng)景。

圖3 CPRI承載（Fronthaul）的光纖直連方案

盡管光纖直連方案簡(jiǎn)單直接，但是隨著C-RAN后續(xù)爆發(fā)式的增長(zhǎng)，光纖將遠(yuǎn)遠(yuǎn)不敷所需，而且該方案的監(jiān)控管理和斷纖保護(hù)困難。一種更有前景的解決方案是使用波分復(fù)用光傳送網(wǎng)（WDM/OTN）。在WDM/OTN承載方案中，一路或匯聚后的多路CPRI信號(hào)調(diào)制在一個(gè)光波長(zhǎng)上，提高光波長(zhǎng)利用率，減少系統(tǒng)中高成本彩光模塊的數(shù)量，降低網(wǎng)絡(luò)成本，同時(shí)多個(gè)光波長(zhǎng)可以復(fù)用在一根光纖里面。因此WDM/OTN承載方案的光纖利用率得到了大幅提升。如圖4 所示，在移動(dòng)Fronthaul 應(yīng)用中，大量的CPRI 接入到次級(jí)匯聚節(jié)點(diǎn)，再通過(guò)OTN（如OSN1800II/V）的大帶寬匯聚組網(wǎng)能力傳送到BBU大集中匯聚點(diǎn)。方案（a）適合末端光纖豐富、干線需保護(hù)的、BBU 高掛的等大集中場(chǎng)景。方案（b）則在遠(yuǎn)端站采用室外型有源WDM/OTN 設(shè)備進(jìn)行電層或/和光層復(fù)用，減少末端光纖數(shù)量，適合BBU 中小集中場(chǎng)景。

引入OTN的封裝、管理和保護(hù)機(jī)制后，WDM/OTN提供強(qiáng)大的端到端運(yùn)維能力，和無(wú)線側(cè)設(shè)備的運(yùn)維界面清晰。對(duì)于需要大帶寬系統(tǒng)承載、業(yè)務(wù)要求無(wú)損保護(hù)的BBU大集中場(chǎng)景，以及具有固定接入網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)融合需求的場(chǎng)景，WDM/OTN 是最佳的解決方案。

圖4 WDM/OTN承載方案

針對(duì)RRU側(cè)對(duì)規(guī)格統(tǒng)一、低成本和波長(zhǎng)無(wú)關(guān)光模塊的需求，近期，ITU-T 啟動(dòng)了新標(biāo)準(zhǔn)G.metro 的開(kāi)發(fā)工作。G.metro 的主要應(yīng)用之一即是CPRI 承載與傳送。下面的章節(jié)對(duì)G.metro標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展做單獨(dú)介紹。

3 基于G .metro的C PR I承載方案

G.metro 本質(zhì)是一個(gè)密集波分光接口的標(biāo)準(zhǔn)。它的一個(gè)獨(dú)特的特征是支持尾端（TE）波長(zhǎng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)和適配。第一個(gè)版本初步計(jì)劃制定10G 及以下的速率、80 km及以下、單纖雙向的光系統(tǒng)的接口規(guī)格。G.metro 的光接口規(guī)格將基于“黑鏈路”方法（black link approach）制定。

當(dāng)前，G.metro 標(biāo)準(zhǔn)正在有序的制定當(dāng)中，主要研討的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化議題包括以下內(nèi)容。

a）G.metro串?dāng)_與功率控制。G.metro的TEE發(fā)射波長(zhǎng)在自動(dòng)匹配端口的過(guò)程中，其發(fā)射波長(zhǎng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)歷經(jīng)其他TEE正在使用的波長(zhǎng)，從而可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)串?dāng)_，引起系統(tǒng)性能下降或失效。因此需要考慮和研究在光接口規(guī)格設(shè)定中規(guī)避這個(gè)問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，需要在TEE 發(fā)射波長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)降低發(fā)射光功率。此前，華為和ADVA 提出通過(guò)TEE 的接收功率來(lái)估計(jì)鏈路插損，從而去設(shè)定合適的TEE 調(diào)節(jié)光功率，規(guī)避信號(hào)串?dāng)_問(wèn)題。在2015 年3 月Q6 柏林中間會(huì)議上，ADVA、Ciena、愛(ài)立信、華為聯(lián)合提出文稿，詳細(xì)分析了上述方法，并提出在G.metro中根據(jù)TEE接收到的光功率來(lái)確定TEE調(diào)節(jié)時(shí)的發(fā)射功率，以及提出了幾個(gè)相關(guān)的光參數(shù)。會(huì)議同意了這個(gè)提案。在2015 年6—7月日內(nèi)瓦會(huì)議上，會(huì)議進(jìn)一步同意了具體的光參數(shù)。

b）G.metro下行控制通道。為了在G.metro中實(shí)現(xiàn)TEE端的波長(zhǎng)自動(dòng)調(diào)節(jié)和端口適配，需要在HEE增加一個(gè)控制通道以傳輸控制信息到TEE。在2015年3月Q6柏林中間會(huì)議上，包括愛(ài)立信、華為、中國(guó)聯(lián)通在內(nèi)的多家公司聯(lián)合提出了下行控制通道的幀結(jié)構(gòu)和消息類型，幀結(jié)構(gòu)如圖5所示。在2015年6—7月日內(nèi)瓦會(huì)議上，華為和中國(guó)聯(lián)通提出提案進(jìn)一步完善了異常消息處理機(jī)制和狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。

圖5 G.metro 下行控制通道幀結(jié)構(gòu)

c）G.metro導(dǎo)頻及其參數(shù)。此前，華為及ADVA均提出在TEE發(fā)射光信號(hào)上面增加導(dǎo)頻，標(biāo)示不同的波長(zhǎng)以進(jìn)行波長(zhǎng)鎖定。進(jìn)一步地，在2015年3月Q6柏林中間會(huì)議上，分析討論了為了規(guī)避信號(hào)串?dāng)_降低光信號(hào)功率后，必須需要導(dǎo)頻輔助以判斷波長(zhǎng)調(diào)節(jié)到正確波長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)G.metro 重要特性——波長(zhǎng)自動(dòng)適配/端口無(wú)關(guān)。在2015年6—7月日內(nèi)瓦會(huì)議上，ADVA提出一種基于數(shù)字信號(hào)調(diào)制的導(dǎo)頻產(chǎn)生方案，同時(shí)提議了相關(guān)的導(dǎo)頻參數(shù)，但比特率參數(shù)因?yàn)橹苯踊谠搶?shí)現(xiàn)方案，未得到同意。會(huì)議討論認(rèn)為在做決定之前需要其他導(dǎo)頻實(shí)現(xiàn)方案的文稿以根據(jù)多種實(shí)現(xiàn)方案綜合決定。

總而言之，G.metro 這種新型的無(wú)色化WDM 系統(tǒng)可解決目前波分系統(tǒng)中的彩光模塊成本較高、缺乏統(tǒng)一性、備貨難度大等問(wèn)題，節(jié)省移動(dòng)前傳網(wǎng)光纖消耗，簡(jiǎn)化設(shè)備調(diào)測(cè)配置，降低用戶的CAPEX和OPEX。

4 新型D M T 低成本高速C PR I承載方案

圖6 示出的是全室外FO 低成本移動(dòng)前傳承載方案。該產(chǎn)品OSN810 只通過(guò)一對(duì)光纖與局端OSN1800連接，支持點(diǎn)到點(diǎn)和鏈型組網(wǎng)，可支持1+1 光線路保護(hù)。華為研發(fā)的一種創(chuàng)新傳輸技術(shù)，在只增加少量成本下，將原本只能傳輸10 Gbit/s 的光模塊“超頻”到50 Gbit/s?；谠摷夹g(shù)，形成了一種新型的CPRI Hub 承載方案。該方案利用OTN 將多個(gè)CPRI 信號(hào)匯聚成一路高速OTN信號(hào)，比如匯聚成50 Gbit/s，然后利用這種低成本高速的DMT 技術(shù)進(jìn)行傳輸，這樣在保持WDM/OTN 承載方案優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，進(jìn)一步降低了成本。OSN810 在客戶側(cè)提供12 路信號(hào)接口，支持CPRI op?tion 2～8 和GE/10GE 業(yè)務(wù)，同時(shí)線路側(cè)的速率根據(jù)接入業(yè)務(wù)在10～50 Gbit/s動(dòng)態(tài)可調(diào)。FO解決方案從設(shè)備成本、建網(wǎng)成本和運(yùn)維管理等角度，全方位為客戶帶來(lái)價(jià)值，其主要具有以下特色。

圖6 全室外FO低成本移動(dòng)前傳承載方案

a）設(shè)備尺寸小、支持與華為無(wú)線Blade RRU 共同安裝、獨(dú)立抱桿或掛墻安裝，“0”站址租用、快速安裝，節(jié)省70%部署時(shí)間，降低客戶CAPEX。

b）支持通過(guò)網(wǎng)管遠(yuǎn)程管理，免光路調(diào)測(cè)、上電走人、業(yè)務(wù)免配置，極簡(jiǎn)運(yùn)維，線路保護(hù)，在線監(jiān)控（在線延時(shí)測(cè)量、在線誤碼檢測(cè)），降低客戶OPEX。

c）低速率器件實(shí)現(xiàn)高性能大容量傳輸，降低設(shè)備成本。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商需要移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)C-RAN 來(lái)提升系統(tǒng)容量和性能，降低運(yùn)營(yíng)成本。為了解決波分方案RRU側(cè)光接口波長(zhǎng)種類多、備貨與運(yùn)維難度大的問(wèn)題，ITU-T 目前正在開(kāi)發(fā)G.metro標(biāo)準(zhǔn)，作為未來(lái)5G 移動(dòng)前傳、移動(dòng)回傳以及固網(wǎng)寬帶的融合接入解決方案，相關(guān)的光模塊和產(chǎn)品預(yù)計(jì)會(huì)隨著標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善而規(guī)模走向市場(chǎng)。為了應(yīng)對(duì)當(dāng)前C-RAN 低成本、高容量的需求，華為推出了基于DMT的低成本高速解決方案，利用10G 光模塊實(shí)現(xiàn)50G 的容量傳輸并簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)部署，并考慮采用T-MUX的方式逐步實(shí)現(xiàn)與G.metro相關(guān)產(chǎn)品的對(duì)接，目前包括中國(guó)聯(lián)通在內(nèi)的多個(gè)運(yùn)營(yíng)商正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試。這些新型的移動(dòng)前傳方案將極大地助力4G 無(wú)線承載和客戶商業(yè)成功。

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