UDWDM/HD-WDM在移动前传网络中的应用分析

张海燕（科锐安中国技术有限公司，北京100191）

1 M FH 市场驱动与技术挑战

针对分布式基站及BBU-RRU 间传输，传统的光纤直驱的方式虽然成本低，开通简便，但是随着LTE基站规模增加，光纤直驱方式将占用大量宝贵光纤资源，很难实现中长期可持续发展的要求。图1 示出的是光纤直驱移动前传。

无论是运营商还是设备供应商，都希望能采用更高效、成本更低的移动前传方式。越来越多解决方案旨在寻求既满足移动前传的基本要求（高带宽、低时延、接口协议满足CPRI 或OBSAI，可选择的链路保护方式），又能控制合理的成本，同时实现设备小型化和低功耗。

图1 光纤直驱移动前传

在众所周知的WDM-PON、CWDM 基础传输格式上，衍生出了许多不同的设备形态，这些设备形态对信号对接格式、端口协议进行了有限的转化，但是传输核心性能是继承底层的传输方式固有的性能。CWDM技术还需要一对光纤，拓扑只能是链形或环形，无法充分利用现有的星形光纤接入网。

图2 示出的是无源WDM（WDM-PON）；图3 示出的是有源WDM（CWDM或DWDM）。

图2 无源WDM（WDM-PON）

图3 有源WDM（CWDM或DWDM）

这些方案基本上都是将光分波合波器和波长转换器技术转化到接入的应用上，无论简化多少，线路分光器件的引入会带来光传输代价和投资成本的增加，而且系统极限波道数量和线路很有限，固化链形或环形拓扑不适用接入模式，且无法利用成熟的功率放大技术，应用范围非常有限。

2 相干检测技术简介

在高速长距光传输应用中，相干检测技术的规模应用充分证明能极大提升光线路的光信噪比耐受度，最重要的是，该技术激发了城域传输技术应用的广阔思路。

简而言之，相干检测技术有点类似检波收音机原理，即：OLT 端相当于多路发送端和接收端（多路频点同时发送和接收），ONU是单路发送端接收端（单路特定频点发送接收），每个ONU 与OLT 用一对临近的频点（50 GHz 频段内2 个频点，PCT®-Paired Channel Technology）（见图4）作为上下行的通信频点，接收端通过采用特定频点的本振与接收到的信号拍频，谐振特性使对应频点被检出，非对应频点被隔离。

相干检测技术在应用中主要有2 种产品形态，即超密集波分复用（UDWDM）和高密集波分复用（HDWDM）。

UDWDM特性：采用相干检测技术，在C波段可以提供1 000个频率对，每用户独立使用一个频率对，上下行对称速率1 Gbit/s。

HD-WDM 特性：采用相干检测技术，在C 波段可以提供100个频率对，每用户独立使用一个频率对，上下行对称速率10 Gbit/s。可以采用频点捆绑方式向终端用户提供更高的速率N×10 Gbit/s。

图5示出的是xDWDM逻辑拓扑结构。

承载HD-WDM 的光纤物理拓扑可以是任意类型，即可以利用PON 光纤接入星形网，也可以利用链形或环形网，比较灵活。

3 相干检测技术在接入层应用的价值优势

广泛的物理拓扑适应性：可以说，HD-WDM 或UDWDM 技术继承了PON 和WDM 各自的优点但抛弃了各自的应用局限，物理层信号在光纤媒介中广播性发送但选择性接收，光纤只要可达，业务就可达，可以应用任意光纤物理拓扑，星形、环形、链形或其他拓扑。

低时延传输：移动前传应用对传输时延要求很高，在10 μm 范围，PCT®-Paired Channel Technology 技术收发采用独立的频点，10G码流的调制与解调，优化的FEC字节开销，无复杂的数字信号处理，所以端到端传输时延在微秒级以下。

覆盖范围广：相干接收具有较高谐振增益（或者说接收灵敏度），使得光功率线路衰减代价高达46 dB（接入段距离80 km）；重要的是，因为每个上下行频率对只占用50 GHz 带宽，即使只在C 波段应用，分光比也可以达到1∶96，必要时，C波段成熟光放技术可以有效

图4 PCT®-Paired Channel Technology

4 U D W D M /H D-W D M 与传统设备的成本对比

图5 xDWDM逻辑拓扑结构

利用，可以实现超百千米的覆盖。

网络扁平化：网络覆盖范围的增加，结合端到端高带宽特性，原有城域网接入层与汇聚层的分界可以取消，即接入层业务直接到达核心节点（OLT接口板卡可以直接插在核心节点OTN网元上）。

图6示出的是网络扁平化趋势。

上下行速率对称：PCT®-Paired Channel Technolo⁃gy采用独立的上下行频点，终端用户的上下行速率是对称的，上下行速率都可以达到10 Gbit/s。

成本优化：因为相干检测技术替代分光器件，额外插损减少，器件成本也得以降低。另外网络扁平化带来汇聚层设备投资和运维成本的减少。由于使用PCT®-Paired Channel Technology，光纤消耗只有一根，或者利用传统PON的光纤分配网络，大大减少光纤占用。

在传统移动前传方案中，除光纤占用率较高的光纤直驱方式外，CWDM/WDM-PON 都需要使用到彩色光模块，对于单个RRU 的接入，至少需要一对彩色光模块，因为传输距离、波道数量不同，汇聚层设备配置成本（随着技术发展，10G传输设备市场已经脱离最优生产规模期，成本曲线将进入上升区间）受具体应用影响而浮动，大致可以将分光器件成本统一到光模块的成本中。

以N×10G 为例，CWDM、WDM-PON 可以通过简化，直接采用彩色SFP+模块进入到WDM 光线路系统中，该固定波长SFP+模块的平均市场采购价（将线路器件、可能的SOA）每端口大约425 美元，如果采用可调波长的SFP+，端口成本价上升到900 美元；在HDWDM系统中，相干模块的早期市场价格估计在300美元以下，在规模化应用且自主开发光子集成推动下，5年后单端口的成本最终可望下降到100～200 美元，十分具有市场竞争力。

图6 网络扁平化趋势

简单的成本对比还不足以说明差距所在，对于同是N×10G的应用，N值不同，成本结构随时间的变化也不同。一般来说总成本可以分成固定成本+可变成本，在CWDM/WDM-PON 中，因为扩展空间受限，工程初期设计基本能确定网络承载容限和建设规模，固定成本一次投入后，可扩展的部分不多；对于HD-WDM而言，可以按照终端点的规模增长逐步建设和拓展，固定成本部分只占少数，甚至连光缆纤芯的占用也是按需增加的，这对于投资决策者的压力显然小得多。

5 U D W D M /H D-W D M 市场展望

HD-WDM 究竟能在多长时间内取代现有的城域接入方式，现在尚难以做出准确判断，但是仅仅从LTE网络前传需求空间上就能看出市场的吸引力。全国LTE基站总数从试验网到超过100万个仅仅用了不到2 年时间，截至2015 年8 月已经超过150 万个，保守估计，到2016年年中，全国LTE基站总规模将在300万个以上。其中城市范围内的基站受光纤资源短缺影响，至少近1/3 有移动回传需求，郊区或农村基站建设受传输距离和站址影响，至少一半有移动回传需求，综合起来看，2016 年的移动回传需求将达到100 万以上端口对。以HD-WDM 端口标准成本270 美元（年降低10%）计算，市场规模达到4亿元人民币以上。

6 可能的挑战

任何新技术的规模化市场应用离不开几个基本条件的成熟：标准化、成本可持续降低的趋势、良性行业生态系统。

相干检测技术首先是在超长距高速通信系统中应用的，HD-WDM 不是简单的技术迁移，而是重新开发的全过程，目前，相干解调的小型化研发还是一个棘手的工作，未来更可能要面向光子集成方向以解决功耗和成本。器件或功能单元的模组化后，也能与其他现有技术结合而相得益彰，例如直接结合数据交换机或路由器，可以实现更丰富的业务模式；PCT®-Paired Channel Technology 可调光接口结合SDN，在接入层节点间就可以实现网络拓扑的自由定义，即接入节点可以自由选择自己的通信对象，条件是双方的频点配对就可以了。

UDWDM/HD-WDM 虽然暂时只在有限的开发联合体间开展了合作，但同样需要上游芯片厂商的支持（如嵌入更高速率的FEC 编解码芯片）或者下游设备集成商的融合。所谓良性行业生态系统就是指成熟完善的产业链为上下游生产者、使用者及最终用户创造稳定可持续价值的一个系统，只有在优化的资源配置上各方共同合作，为运营商降低网络成本，才能实现共赢。

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