C-RAN传输承载技术解决方案的应用研究

谭 立

（中国移动通信集团广东有限公司 阳江分公司，广东 阳江 529500）

1 C-RAN网络架构和对传输承载的要求

C-RAN是基于集中化处理、协作式无线电以及实时云计算构架的绿色无线接入网构架。其在通信网络中的应用，可以实现无线基站BBU与RRU之间的传输承载，以通用公共无线接口为基础完成数据信息的链路传送。C-RAN将通用公共无线接口（Common Public Radio Interface，CPRI）用于拉远传输，需要实现BBU的集中化与协作化等目标。CPRI技术指标要求如表1所示。

表1 CPRI技术指标要求

由于C-RAN对传输指标要求较高，目前GE PTN传输接入网和GPON传输网络都无法满足其传输的技术指标要求。

光纤直连的白光直驱方式是最直接的传输方式，可满足C-RAN网络数据链路的各项技术指标，实现有效的传输承载。而且该技术采用的是点对点的传输方式，其传输组网结构简单，相应的传输设备光模块技术成熟且生产成本较低。该模式也存在明显的缺点，点对点的传输方式需要用到的光纤资源较多，这种非级联的实现方式以大量光纤资源的消耗为基础。新建拉远基站传输示意如图1所示，对于GSM和TD-SCDMA C-RAN，以白光直驱方案来实现数据链路的传输承载，若按每个站址包含3个RRU来计算，每个RRU占用一对或两对裸光纤，即每个BBU与RRU之间需要连接一对裸光纤，每个BBU连接至3个RRU，则共需3～6对裸光纤。这种点对多点的连接方式相对于C-RAN组网方式，其接入点与基带池之间对裸光纤对需求为C-RAN组网方式的3～6倍。随着建设规模的增加，对传输网络的资源消耗将大幅增加[1-5]。

2 面向C-RAN的传输承载技术

2.1 级联的白光直驱解决方案

2.1.1 技术概述

级联的白光直驱解决方案是通过采用级联的方式，以光电光变换为技术依托，将RRU实现串行连接，实现级联。通过这种方式，多个站址之间的连接可以通过一对裸光纤的共享来实现数据链接的传输承载。白光直驱方式示意如图2所示，该方案目前可实现18级GSM RRU级联，即6个GSM基站可共用1对裸光纤实现传输承载需求。BBU与RRU的CPRI白光接口仍是以白光直驱方式通过点对点方式建立光纤传输链路。

图2 白光直驱方式示意图

2.1.2 技术优劣势及适用场景

目前，级联的白光直驱解决方案可做到18级GSM RRU级联，即6个GSM基站共用1对裸光纤，满足C-RAN组网传输的技术指标要求。其在BBU与RRU之间传输的白光接口仍是以白光直驱方式实现，通过点对点方式建立传输链路，但相比白光直驱方案而言可大大节省传输的光纤资源。级联的白光直驱解决方案没有使用传输设备，其依靠通用公共无线接口协议实现传输的OAM和保护等机制，实现的形式相对简单，因此当需进行级联的站址较多时，其故障定位、性能检测以及保护倒换能力等相对较弱。另外，级联的白光直驱解决方案对TD-SCDMA和TD-LTE C-RAN多站址级联还不能实现有效支持。主要适用场景为光纤资源丰富的短距离C-RAN传输[6-8]。

2.2 彩光直驱解决方案

2.2.1 技术介绍

彩光直驱解决方案采用粗波分复用（Coarse Wavelength Division Multiplexing，CWDM）方式实现，BBU与RRU两端分别采用彩光模块，实现不同的波长复用到同一光纤内进行传输，波长复用和解复用均采用无源光模块设备。

六波无源CWDM波分复用器的6个波长通道分别是为14 271 nm、1 291 nm、1 311 nm、1 331 nm、1 351 nm以及1 371 nm，能够实现将6个CWDM通道波长的光信号复用到1根光纤中传输。由于CWDM器件的光路可逆原理，设备同样能实现与之相反的波长解复用的功能。另外，还有八波无源CWDM波分复用器。彩光技术的组网拓扑如图3所示。

图3 彩光直驱方式示意图

2.2.2 技术优劣势及适用场景

彩光技术可以更有效地利用光纤的带宽资源，避免光纤重复铺设，节约成本。采用该技术的设备，具有即插即用、体积小、易安装以及低插入损耗等优点，实现光缆1∶6（另有1∶8）扩容的同时，不会影响原双纤传输系统的光口传输性能。此外，其无源的特点可帮助运营商实现“零运维”，同时可以承载多种业务类型。彩光直驱解决方案采用粗波分复用方式实现，对设备精度要求高，实现成本相对较高，而且当涉及波长数较多时，建设和维护难度也较大。由于彩光直驱解决方案可以承载多种业务，适合光缆安全情况良好和直连RRU≤4个的普通业务的承载以及光纤和管道资源紧张的地区[9]。

2.3 波分解决方案

2.3.1 技术介绍

波分解决方案是在BBU与RRU之间增加WDM、OTN设备进行数据链路的传输承载，在BBU和RRU两端仍分别采用普通的光模块。实质上是在传输链路上增加了波长转换单元（Optical Transponder Unit，OTU）和复用解复用设备，实现多路波长的光信号在同一根光纤中进行传输，示意如图4所示。

图4 波分方式示意图

对于光纤资源紧张的场景或者对于长传输距离的场景，波分解决方案具有多种网络拓扑形式，如环形、链形以及环带链等，并且可以支持多种无线制式，对专线和PON等业务的传输承载上能提供有效的支持。

2.3.2 技术优劣势及适用场景

波解决方案一方面可以大幅减少光纤资源的消耗，另一方面可实现大规模的C-RAN组网方式。此外，波分设备作为独立的传输承载平台，可满足GE/10GE带宽和大颗粒传输需求，为大带宽业务提供有效支撑。但需要增加独立WDM/OTN传输设备，整体建设成本造价较高。主要适用于光纤和管道资源紧张、长距离传输的应用场景以及大规模的C-RAN组网方式[10]。

2.4 UniPON承载解决方案

2.4.1 技术介绍

UniPON是WDM和PON两种技术方式的融合，以此实现对点对多点传输需求的支持。在C-RAN组网中应用UniPON承载解决方案时，BBU与RRU之间需增加WDM/OTN设备下沉到接入层。而增加PON技术即可实现射频信号的传输承载，还可以实现宽带业务的传输承载。UniPON承载解决方案的传输拓扑如图5所示。

图5 UniPON方式示意图

2.4.2 技术优劣势及适用场景

UniPON承载解决方案是在BBU与RRU之间增加PON技术实现传输承载，实现有线与无线传输的融合，除了可以节省主干光纤资源外，还可最大化复用现有PON网络设备，大幅降低建设成本投入。但C-RAN网络对光传输质量要求较高，当采用UniPON承载解决方案时，现有的PON网络光功率等指标可能达不到C-RAN的传输指标要求，需要对原有的PON网络进行改造。另外，PON网络一般是采用星型结构的方式进行组网，安全性相对较差，传输线路故障会中断业务，缺乏传输保护机制。主要适用于已有PON网络覆盖，且对安全性要求不高的应用场景。

2.5 单纤双向承载解决方案

2.5.1 技术介绍

单纤双向承载解决方案是在BBU与RRU之间采用单纤双向模块。其所使用的WDM技术使得纤芯使用情况减半，PSDU可以将已有的1 310 nm或者1 550 nm的双纤双向点对点传输系统转换为单纤双向方式传输。单纤双向承载方式如图6所示。

图6 单纤双向传输方式示意图

2.5.2 技术优劣势及适用场景

该技术对业务信号完全透明，可接入任何速率的业务，可实现1 310 nm波长或者1 550 nm波长的单纤双纤转换功能。而且无源产品即插即用，无需配置，维护简单，体积小，易安装。此外具有低插入损耗、高隔离度、低偏振敏感性以及高回波损耗等特点，光学性能指标优良，不影响光信号的传输质量。但增加了光缆路由故障点。主要适用于光纤资源不足且站点的重要性不高的场景。

2.6 SuperLink光纤优化设备承载技术

2.6.1 技术介绍

SuperLink光纤优化设备是一种有源的光纤复用设备，基于ASIC专用芯片，消除高速数据信号传输过程中的抖动和干扰，并对信号进行放大，实现原需16条光纤的多种业务数据。在两条光纤上有效传输，传输容量最高可至80 G。SuperLink 方式示意如图7所示。

图7 SuperLink方式示意图

SuperLink光纤优化设备可承载多种业务的单独或混合传输，主要包括以下6点。一是BBU+RRU的LTE组网；二是PTN设备间的互连传输；三是以太网业务传输；四是GPON网络的数据传输；五是跨海光缆的优化利用；六是大客户专线业务传输。

2.6.2 技术优劣势及适用场景

该技术节约纤芯资源，传输容量大，可承载CPRI数据，支持PTN设备间的传输，满足传输性能指标的同时还可放大信号。但设备成本相对较高，设备安装需要考虑取电问题，增加维护难度。主要适用于直连RRU＞4个的业务或重要业务的承载，其安全性较高，并且业务扩展能力强，可用在光纤和管道资源紧张地区。

3 传输承载方式选择分析

综合上述6种传输承载技术方式的技术可行性和方案的优缺点，对于不同的应用场景，应根据技术要求和经济效益性进行择优选择。

3.1 承载技术的选择思路

择优选择可以按照以下步骤实施。一是分析6种承载技术在实施时的可行性和它们各自的优、缺点，不可行的技术在后面计算投资成本时便不予考虑；二是计算出可行技术方案的投资成本，分析对比成本投入的多少，作为参考；三是结合投资和技术优缺点，得出最佳承载方案；四是单独分析考虑管道资源不可再生等极端情况。

3.2 经济效益评估模型

总投资成本=管道成本+光缆成本+设备成本，其中管道成本=新建管道投资+利旧管道成本分摊，光缆成本=新建光缆投资+利旧光缆布放投资+利旧光缆附加成本分摊，设备成本=新增设备的投资。

通过经济效益评估模型进行经济性比较，节约的光缆资源成本比新增设备投资大时采用新技术，反之则采用光纤直连的白光直驱传输承载技术方式。

4 结 论

传输承载作为实现C-RAN架构的基础，其要满足BBU集中化后对纤芯的大量需求，传送网需要提前做好规划，特别是BBU集中放置的中心机房的规划和配套主干/配线的使用和建设。

上述的几种传输承载技术解决方案各有优缺点，它们都可以节约主干纤芯资源，其中SuperLink和彩光直驱更适合未来LTE的承载。具体的传输承载技术方案的选择需要综合考虑不同应用场景对技术性能的要求和经济效益，并根据占用光纤资源对网络健康度的影响等因素进行择优选用。