摘要：結(jié)合C-RAN的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)特點(diǎn)，提出并分析了面向C-RAN的幾種傳輸承載方式，希望對(duì)今后C-RAN的建設(shè)起到有益的參考。
0 前言
當(dāng)前各個(gè)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商面臨著激烈的競(jìng)爭(zhēng)，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量迅速上升，能源消耗問(wèn)題也變得日益嚴(yán)重，同時(shí)潮汐效應(yīng)導(dǎo)致基站利用率低下。傳統(tǒng)架構(gòu)的無(wú)線接入網(wǎng)在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代面臨著降低成本、提高性能和節(jié)能減排的挑戰(zhàn)，必須考慮引入新的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架以滿足低成本、高容量、低能耗、易運(yùn)營(yíng)的要求。
C-RAN通過(guò)結(jié)合集中化的基帶處理、高速的光傳輸網(wǎng)絡(luò)和分布式的遠(yuǎn)端無(wú)線模塊，形成綠色清潔、集中化處理、協(xié)作化無(wú)線電、云計(jì)算化（的無(wú)線接入網(wǎng)構(gòu)架，如圖1所示。如何實(shí)現(xiàn)低成本、高性能的無(wú)線信號(hào)光傳輸網(wǎng)絡(luò)是亟需解決的問(wèn)題。本文針對(duì)傳統(tǒng)的無(wú)線接入網(wǎng)向C-RAN網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的傳輸承載方式和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行分析和討論。
圖1 C-RAN的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖
1 C-RAN傳輸問(wèn)題的由來(lái)
我們先看一下現(xiàn)有的基站傳輸組網(wǎng)情況。現(xiàn)有基站主要有一體化基站或分布式BBU+RRU兩種。分布式基站是把傳統(tǒng)基站的基帶處理部分（BBU）和射頻部分（RRU）分開(kāi)的基站設(shè)備形態(tài)。BBU與RRU之間采用高速CPRI光接口，一般采用光纖直連的方式，如果采用遠(yuǎn)供方式，傳輸距離在200 m以內(nèi)。室分基站存在多個(gè)RRU級(jí)聯(lián)共享一個(gè)通用公共無(wú)線電接口（CPRI）的組網(wǎng)模式，目前典型級(jí)聯(lián)配置多是2～3級(jí)RRU級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)頻點(diǎn)覆蓋；雖然設(shè)備可以支持6級(jí)級(jí)聯(lián)，但由于可靠性、可維護(hù)性等限制因素，基本無(wú)應(yīng)用。
C-RAN架構(gòu)引入后給傳輸帶了什么？基帶資源集中放置后帶來(lái)一個(gè)副作用就是光纖拉遠(yuǎn)基站大量增多。BBU不再僅僅連接機(jī)房所在樓頂?shù)腞RU，而是需要連接好幾公里甚至更遠(yuǎn)的RRU天面設(shè)備。C-RAN的傳輸問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是大規(guī)模分布式基站拉遠(yuǎn)傳輸對(duì)光纖的海量需求。BBU、RRU分離，其間所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)的宏基站幾個(gè)數(shù)量級(jí)。我們看幾種情況：BBU、RRU雖分離，但近距離放置，比如塔上/塔下，通過(guò)光纖直驅(qū)方式，不存在問(wèn)題；BBU、RRU分離，距離較遠(yuǎn)（數(shù)十km內(nèi)），通過(guò)光纖直驅(qū)方式，在數(shù)量很少或光纖資源極為豐富的情況下，也同樣不成為問(wèn)題；當(dāng)BBU集中數(shù)量較多，而光纖資源不夠豐富的情況下，傳統(tǒng)的光纖直驅(qū)方式，每個(gè)RRU占據(jù)一對(duì)光纖將極大的消耗光纖資源。也就是說(shuō)在C-RAN模式下，需要新的傳輸方案以滿足無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)演進(jìn)。傳輸網(wǎng)絡(luò)接入層由現(xiàn)有的光纖承載基站回傳低速業(yè)務(wù)向承載高速的CPRI業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)變。具體詳見(jiàn)圖2。
圖2 傳統(tǒng)組網(wǎng)和C-RAN組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖
2 CPRI傳輸?shù)男枨蠓治?/strong>
2.1 傳輸帶寬
CPRI 規(guī)定的接口帶寬中，GSM 主要采用1 228.8 Mbit/s接口，3G 主要采用2 457.6/6 144.0 Mbit/s 接口，LTE 主要采用4 915.2/9 830.4 Mbit/s接口。可見(jiàn)現(xiàn)有的2G/3G向LTE演進(jìn)中，CPRI的帶寬也逐步增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)有的接入層622M MSTP和GE/10GE PTN環(huán)的帶寬。
2.2 延時(shí)要求
根據(jù)目前的實(shí)際能力，GSM可支持78 km的傳輸距離補(bǔ)償（相當(dāng)于390 μs），TD-S可支持40 km的傳輸距離補(bǔ)償（相當(dāng)于200 μs），LTE可支持40 km的傳輸距離補(bǔ)償（相當(dāng)于200 μs）。
2.3 時(shí)鐘同步需求
基站空口載波頻率穩(wěn)定度優(yōu)于±0.05 ppm，時(shí)鐘跟蹤精度±0.002 ppm。
2.4 保護(hù)倒換需求
無(wú)線側(cè)已具備保護(hù)倒換能力。
2.5 OAM需求
適用于BBU-RRU、RRU-RRU之間的連接，因此其開(kāi)銷(xiāo)應(yīng)當(dāng)具備基本的對(duì)鏈路質(zhì)量和故障的判斷；CPRI協(xié)議支持LOS/LOF/SDI/RAI/8B10B誤碼檢測(cè)，以及版本、線速率、信令速率自協(xié)商，以及復(fù)位等功能。
3 面向C-RAN的傳輸承載方式
面向C-RAN的傳輸承載方式主要有光纖直驅(qū)、彩光直驅(qū)、WDM/OTN承載和Unipon等4種。由于時(shí)延要求非常嚴(yán)格，目前還不能基于PTN來(lái)承載，有的廠家提出用PTN來(lái)承載，實(shí)際是在PTN上配置簡(jiǎn)易DWDM/OTN系統(tǒng)，與OTN承載無(wú)異。接下來(lái)對(duì)上述4種承載方式進(jìn)行詳細(xì)論述。
3.1 光纖直驅(qū)承載方式
BBU和RRU之間采用光纖點(diǎn)到點(diǎn)直連，也可利用光纖把BBU的CPRI接口串聯(lián)連接多個(gè)RRU，RRU和BBU采用普通白光模塊。常用于RRU及光纖線路故障率較低的室分系統(tǒng)中，支持環(huán)形、鏈形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌恢С汁h(huán)帶鏈結(jié)構(gòu)。每個(gè)RRU級(jí)聯(lián)組獨(dú)占一對(duì)纖芯，光纖纖芯需求量=2×RRU數(shù)量/RRU級(jí)聯(lián)級(jí)數(shù)；光纖需求隨著站點(diǎn)數(shù)線性增加，占用纖芯較多。當(dāng)前RRU/BBU不具備性能劣化監(jiān)測(cè)功能，部分具備線路故障定位能力，電信級(jí)網(wǎng)管不足。采用光纖直驅(qū)方案，不需要任何設(shè)備或現(xiàn)網(wǎng)的改造即可簡(jiǎn)單、快速部署。適合于光纖資源豐富的地區(qū)或者小規(guī)模的C-RAN匯聚。圖3示出的是光纖直驅(qū)方式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖。
圖3 光纖直驅(qū)方式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖
3.2 集成彩光承載方式
RRU到BBU采用不同的波長(zhǎng)復(fù)用到同一光纖內(nèi)（彩光原理），RRU和BBU采用彩光模塊，波長(zhǎng)復(fù)用/解復(fù)用采用無(wú)源設(shè)備。目前的彩光光模塊可支持8種光波，每個(gè)光波即一個(gè)6G傳輸通道，相當(dāng)于更多RRU到BBU之間的IQ的信號(hào)可在同一光纖上傳輸，從而提高光纖利用率，降低對(duì)城域網(wǎng)光纖資源的占用。支持環(huán)形拓?fù)洹㈡溞瓮負(fù)洌恢С汁h(huán)帶鏈拓?fù)洌饫w線路故障率低，適于2.5G低速CPRI業(yè)務(wù)。每個(gè)無(wú)源波分系統(tǒng)獨(dú)占一對(duì)纖芯，光纖纖芯需求量=2×RRU數(shù)量/RRU級(jí)聯(lián)級(jí)數(shù)/波長(zhǎng)數(shù)（CWDM一般為8）；當(dāng)前RRU/BBU不具備性能劣化監(jiān)測(cè)功能，部分具備線路故障定位能力。彩光模塊成本稍高，同時(shí)由于集成于無(wú)線設(shè)備，無(wú)線專(zhuān)業(yè)具備傳輸維護(hù)能力，擴(kuò)容容易受限，界面不清晰，距離受限于光功率預(yù)算，專(zhuān)業(yè)協(xié)調(diào)和維護(hù)工作量都比傳統(tǒng)方式更大，一般不建議采用。適合光纖緊張地區(qū)的小規(guī)模C-RAN集中化部署。圖4示出的是彩光承載方式示意圖。
圖4 彩光承載方式示意圖
3.3 WDM/OTN承載方式
BBU到RRU以WDM/OTN設(shè)備傳輸，RRU和BBU采用普通光模塊，傳輸鏈路需要OTU（波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換單元）和復(fù)用解復(fù)用設(shè)備。該種承載方式適用于光纖資源緊張或者傳輸距離長(zhǎng)的場(chǎng)景，支持環(huán)形拓?fù)洹㈡溞瓮負(fù)洌h(huán)帶鏈等多種拓?fù)洌瑫r(shí)支持多種無(wú)線制式，支持專(zhuān)線、PON等業(yè)務(wù)傳送；每個(gè)波分系統(tǒng)獨(dú)占一對(duì)纖芯，光纖纖芯需求量=2×RRU數(shù)量/RRU級(jí)聯(lián)級(jí)數(shù)/子波復(fù)用數(shù)/波長(zhǎng)數(shù)（城域DWDM波長(zhǎng)一般為40）；OTN具備完善的性能劣化監(jiān)測(cè)功能和線路故障定位能力。
采用WDM/OTN承載，雖然增加了WDM/OTN傳輸設(shè)備成本，但對(duì)光纖需求極大降低，適合大規(guī)模C-RAN匯聚。
同時(shí)OTN設(shè)備作為統(tǒng)一的承載平臺(tái)，除了承載CPRI的帶寬外，也可為OLT上行GE/10GE帶寬和大顆粒大客戶專(zhuān)線（GE/10GE）提供接入。圖5示出的是WDM/OTN承載方式示意圖。
圖5 WDM/OTN承載方式示意圖
3.4 Uni-PON承載方式
Uni-PON是指PON的技術(shù)與波分技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，從而能為用戶提供寬帶服務(wù)又可以為射頻信號(hào)提供傳輸。BBU與RRU之間的傳輸借助PON技術(shù)實(shí)現(xiàn)，融合有線與無(wú)線傳輸，鏈路需要OTU、復(fù)用解復(fù)用設(shè)備。采用該種方式可最大化重用現(xiàn)有PON接入技術(shù)，節(jié)省主干光纖，適合大中城市室內(nèi)環(huán)境覆蓋以及低密度郊區(qū)覆蓋。從成本角度來(lái)看，Uni-PON毫無(wú)疑問(wèn)具有很大的優(yōu)勢(shì)，但由于PON承載C-RAN需要對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造，很容易造成光功率預(yù)算不足，另外從安全角度來(lái)看，PON網(wǎng)絡(luò)的星型結(jié)構(gòu)安全性相對(duì)較差。圖6示出的是Uni-PON承載方式示意圖。
圖6 Uni-PON承載方式示意圖
以上4種承載方式各有利弊，表1從技術(shù)特點(diǎn)、傳輸方式、帶寬、運(yùn)維等各個(gè)方面進(jìn)行了比較。
表1 C-RAN傳輸承載方案對(duì)比表
C-RAN無(wú)論采用以上哪種解決方案，均可以利用BBU-RRU之間的環(huán)網(wǎng)保護(hù)，在傳輸上不采取保護(hù)措施。相對(duì)而言，OTN設(shè)備承載方式無(wú)論從界面清晰度、完善的OAM、支持大顆粒業(yè)務(wù)、傳輸距離和平滑演進(jìn)等各方面均擁有明顯優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也是成本較高的一種解決方案。光纖資源豐富的地方，可采用光纖直驅(qū)的方式；光纖資源不豐富的地方，綜合考慮其他業(yè)務(wù)，優(yōu)先采用OTN承載的方式。
4 結(jié)束語(yǔ)
C-RAN 架構(gòu)是對(duì)傳統(tǒng)RAN架構(gòu)的一次深度變革，目前的C-RAN還處于初級(jí)階段，實(shí)現(xiàn)了基于光傳輸網(wǎng)絡(luò)的分布式BBU+RRU基站的架構(gòu)設(shè)計(jì)。傳輸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)有資源合理部署、積極應(yīng)對(duì)，為C-RAN的到來(lái)提供高帶寬、高保障的接入和承載平臺(tái)。
