CPRI承载方案及性能指标分析

解文明（江苏省邮电规划设计院有限责任公司，江苏南京210019）

0 引言

移动前传网络（Fronthaul）指BBU 与RRU 之间的网络。在LTE建设初期，BBU与RRU之间通常以裸光纤直连方式为主，从而导致光纤资源消耗严重、扩容困难等一系列问题。除光纤直连方案外，许多设备厂商、运营商和标准组织相继提出了多种前传的解决方案，主要包括无源合分波+彩光模块、有源OTN/WDM、WDM-PON等。

1 C PR I承载技术介绍

目前CPRI链路承载以光纤直驱方案为主，可以采用RRU级联、单纤双向等手段节省纤芯。同时业界也提出了采用WDM/OTN、WDM-PON 承载方案，提高光纤资源使用效率，以解决在多种网络共存局面的情况下纤芯资源面临的挑战。

1.1 光纤直连方案

光纤直连方案是目前使用最多、最简单的CPRI承载方案，1 个LTE 基站需要部署3 个以上RRU（1 个RRU 需要1 对光纤，总共需要3 对以上光纤），光纤资源消耗巨大，可以通过以下方式节省光纤资源。

1.1.1 RRU级联

在BBU 集中设置、主设备具备条件的情况下，RRU 拉远建设可以通过级联方式进行，采用n 级级联后纤芯需求量为级联前的1/n。

同物理站同制式同频段扇区间级联，即将同一个物理站址上同制式同频段的不同扇区RRU 通过级联方式仅占用1对纤芯与BBU相连（见图1）。

图1 同物理站同制式同频段扇区间RRU级联示意图

除高铁或者线性专网覆盖场景外，一般原则上不允许对跨物理站址的RRU 进行级联。针对不同的场景，可以采用不同的级联方案。在目前条件下，同物理站、同频段、同制式扇区间的RRU 级联是比较常用的一种级联方式。

1.1.2 单纤双向

为了节省纤芯资源，目前可以采用单纤双向方案解决。单纤双向是指双方向的数据信号采用不同的波长在同一根光纤中传送。该方案可以节省一半的纤芯资源，因此可在RRU级联基础上进一步减少一半纤芯需求。

该方案要求BBU/RRU 侧均需配置具备单纤双向能力的光模块。由于双方向模块各需增加一个波长选择滤波器，以透过发送波长、折射接收波长，成本较单纤单向光模块会有所增加，增加20%～30%（见图2）。

图2 单纤双向通信原理

目前主流光模块厂商均已能提供单纤双向的CPRI 光模块，规格主要包括10 km 和15 km 2 种，相对而言，10 Gbit/s 光模块更加成熟。主流无线设备厂商的LTE基站设备均可支持CPRI单纤双向光模块。

1.2 CPRI over WDM/OTN

WDM 方案利用波分复用特性，将多个CPRI 链路采用不同的波长承载，然后再复用到一根光纤中，达到节省纤芯资源的目的。WDM方案有2种实现方案，具体如下。

1.2.1 无源分光器+彩光模块方案

基站的CPRI采用彩光模块，通过无源的合分波滤波器实现波分复用，无需配置传输承载设备。CPRI彩光方案网络架构如图3所示。

图3 无源分光器+彩光模块方案网络架构

CPRI彩光方案目前尚处于应用初期，均由模块厂商提供，而目前基站厂商尚不支持，基站对CPRI 接口状态无法监测管理，同时由于彩光模块波长问题增加了维护难度。

1.2.2 WDM/OTN设备承载方案

WDM/OTN 设备承载方案采用小型化的WDM/OTN 承载设备实现CPRI 链路的承载。由于BBU 和RRU 通过WDM/OTN 设备实现CPRI 连接，BBU/RRU设备只需采用短距光模块即可。WDM/OTN 设备承载具备环形等组网能力，因此可以为CPRI链路提供保护机制（见图4）。

图4 WDM/OTN设备承载方案网络架构

WDM/OTN设备承载方案有下述2种实现方案。

a）成帧方案，即将CPRI 信号映射到OTN 帧结构后再转换成彩光信号实现波分复用，基于OTN的网络管理能力和保护功能都比较完善。信号封装到OTN帧可支持更好的管理，可监视线路误码，可以在误码越限导致业务体验变差时触发倒换。同时由于成帧操作，绝对时延和时延精度指标会有所劣化。

1.3 C PR IoverW D M -PO N

WDM-PON 采用波长独立方案，不同波长通道可采用不同协议、速率、码型，用来承载不同的业务。WDM-PON方案本质上是利用波分复用技术达到节省纤芯的目的。

WDM-PON 方案与WDM 方案最大的区别是采用了无色光模块关键技术，光模块可以自行调整合适的波长。OLT 发出所有波长的广播轮询，ONU 接到哪个口，就会收到哪个AWG 口滤过来的波长，收到哪个波长就自我调节到哪个波长上，换一个AWG 口后，就会收到另一个波长的信号，那么就把DFB激光器调节到另一个波长。近期随着CPRI 承载和用户带宽需求的迅速增长，各个运营商都开始考虑把WDM-PON 作为承载CPRI信号的技术方案之一，WDM-PON承载方案网络架构如图5所示。

图5 WDM-PON承载方案网络架构

在性能上，CPRI 承载要求远高于普通用户接入，因此WDM-PON需简化协议及封装流程，以满足CPRI对于时延、抖动的需求。对CPRI信号可采用直接透传方式，或将CPRI信号做简单处理后封装进以太网帧方式进行传输。目前WDM-PON 承载CPRI 的技术方案仍处于起步阶段，尚未推出商用产品。

2 C PR I承载方案指标验证

2.1 C PR I承载方案测试内容

RRU到BBU之间为10 km的G.652光纤，组网（见图6）及主要验证内容如下。

a）WDM/OTN/WDM-PON 承载CPRI 业务长期误码率性能，验证WDM/OTN/WDM-PON 承载CPRI业务的长期误码率是否满足指标要求。

图6 网络拓扑图

b）承载无线业务性能，验证CPRI 承载方案对无线业务是否有影响。

c）光纤线路故障时告警功能，验证在线路故障时相应的告警功能是否正常。

d）双向时延指标，验证承载CPRI 业务的双向时延指标是否满足要求。

e）双向时延精度指标，验证承载CPRI 业务的双向时延精度指标是否满足要求。

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2.2 C PR IoverW D M /O TN/W D M -PO N方案验证

2.2.1 长期误码率

在BBU侧承载设备的CPRI接口连接CPRI测试仪表，在对应的RRU 侧承载设备的CPRI 业务单板客户侧光口环回。预期结果为24 h的误码率<10-12。

CPRI over WDM/OTN方案测试结果：24 h无误码。

CPRI over WDM-PON方案测试结果：24 h无误码。

2.2.2 无线业务性能

BBU 侧采用实际设备（与传输设备异厂家）配合，EPC 侧采用实际设备配合。业务正常运行后，记录RRU 的无线信号质量性能（EVM 等指标）。改用光纤直连，重复测试无线性能指标，对比有传输设备和无传输设备时的无线性能。

测试结果：采用WDM/OTN/WDM-PON 设备承载后，EVM值变化不大，无线业务不受影响。

2.2.3 线路故障时告警功能

光纤线路故障时告警功能测试，验证RRU环网中线路故障时承载网络上相应的告警功能是否正常。

CPRI over WDM/OTN 方案测试结果：能出现PWR_LOW、LOF、LOS告警。

CPRI over WDM-PON 方案测试结果：只有LOS告警，信号中断。

2.2.4 双向时延（Round Trip Delay）

在BBU侧承载设备的CPRI接口连接CPRI测试仪表，在对应的RRU 侧承载设备的CPRI 业务单板客户侧光口环回，记录时延。预期结果为双向时延应优于5 μs（不含线缆）。测试结果如下。

CPRI over WDM 测试结果：直接将CPRI信号转为彩光后实现波分复用传送，双向时延小于0.5 μs。

CPRI over OTN 测试结果：将CPRI 信号作为客户信号封装到ODU 帧中，然后再进行波分复用的传送，开启FEC功能时双向时延小于26 μs，关闭FEC功能时双向时延小于12 μs。

CPRI over WDM-PON 测试结果：双向时延小于0.34 μs。

2.2.5 双向时延精度（Round Trip Delay Accuracy）

在BBU侧承载设备的CPRI接口连接CPRI测试仪表，在对应的RRU 侧承载设备的CPRI 业务单板客户侧光口环回。启动CPRI仪表的测试，测试30 ms，记录时延的最大值和最小值；预期结果为双向时延精度应优于±16.276 ns。测试结果如下。

CPRI over WDM测试结果：时延精度小于0.4 ns。

CPRI over OTN测试结果：时延精度小于6.2 ns。

CPRI over WDM-PON 测试结果：时延精度小于0.2 ns。

3 C PR I承载方案性能指标分析

现网选用了CPRI over WDM/OTN 方案和CPRI over WDM-PON方案，验证内容包括：光纤线路故障时的告警功能、CPRI 业务长期误码率性能、双向时延及双向时延精度、保护倒换性能，并与光纤直连方式进行对比，对比结果如表1所示。

CPRI over WDM/OTN方案支持CPRI 1/2/3/4/5/6/7/8/9，而CPRI over WDM-PON 方案目前仅支持CPRI 1/2/3，带宽指标不能满足2.5 Gbit/s 以上的CPRI 要求。WDM 与WDM-PON 设备双向时延均很小（小于0.5 μs），而OTN 设备受成帧影响，引入一定处理时延，时延较大（小于12 μs），开启FEC会更大（小于26 μs）。术方案存在的不足是未来前传承载所需要研究的重点。

表1 CPRI承载方案性能指标对比表

［1］ CPRI SpecificationV6.1［S/OL］.［2015-07-25］.http://www.cpri.info/spec.html.

［2］ 周巧玲，田宇兴，陈东进.WDM-PON在移固融合发展中的优势分析［J］.移动通信，2015（1）：87-90.

［3］ 汪灵杰，王建利，张傲，等.WDM-PON 的无色ONU技术［J］.光通信研究，2009（6）：14-16.

［4］ 蒋郁，刘伟平，陈舜儿.浅析WDM-PON 及多波长光源的发展趋势［J］.光纤与电缆及其应用技术，2008（1）：4-5.

［5］ 李福昌.LTE网络BBU集中化部署关键解决方案［J］.邮电设计技术，2014（10）：1-5.

［6］ 刘磊. LTE 中BBU 集中放置关键技术研究［J］. 邮电设计技术，2014（11）：41-44.

［7］ 霍晓莉.BBU集中部署时CPRI链路承载方案［J］.电信科学，2015（8）：167-171.

［8］ 王会涛，赵勇. C-RAN 承载方案分析［EB/OL］.［2015-07-17］.http://www.zte.com.cn.

［9］ 王昌廷，韩冬梅.C-RAN 传输解决的新思路［J］.通信世界，2015（6）：8-10.

［10］余征然.面向C-RAN的传输承载方式的探讨［J］.邮电设计技术，2012（4）：5-8.