摘要：本文介绍C-RAN布置架构，分析了5G前传接口的传输指标要求及端口数量需求，提出了满足5G前传接口需求的几种前传方案，在对各种方案的技术特点进行分析后，提出了当前应对5G前传采取的措施。
关键词：C-RAN，5G；前传；接口需求
相对于4G无线接入网（RAN）的基带处理单元（BBU）和射频拉远单元（RRU）2级结构，5GRAN通常采用集中单元（CU）、分布单元（DU）和有源天线单元（AAU）3级结构。相应地，传输将演变为前传、中传和回传3级结构，通常将DU和AAU间的电路传输称为前传。
5GRAN的部署方式分为分布式无线接入网（C-RAN）和集中式无线接入网（D-RAN），5G接入网云化将推动CU、DU和AAU分离的大规模C-RAN部署。此时DU堆叠在中心机房如4G的BBU集中机房），AAU分布在远端。由于5G的前传对传输的要求比较高，因此，5G前传方案的可行性就显得尤为重要。
一、5G前传的接口需求
5G商用初期，AAU将主要利用现有RRU的物理站址，而DU也部署在BBU集中机房，因此5G前传应综合考虑5G和4G混合承载的需求。前传的典型接口为CPRI（N*10Gbit/s或1个100Gbit/s）、ecPRI（25GE端口），时延小于100μm。
前传接口的数量则和运营商运营的频段有关，以某运营商为例，其4G和5G共址站可能便用的频段及端口数如表1所示，大多数情况下1个宏站4G的端口需求为6或９个，5G端口需求为3或6个。
表1 ４Ｇ和５Ｇ的共址站可能使用的频段及端口数
二、5G前传方案分析
满足5G前传接口需求的前传方案主要有光纤直连方案、无源WDM方案、有源WDM方案和WDM-PON方案。
1、光纤直连方案
光纤直连方案是将DU的端口与AAU的端口釆用光纤直接连接的方式。通常每个AAU与DU的连接需要2芯，当DU和AAU采用BｉDｉ（单芯双向）光模块时，连接的光纤数为1芯。
光纤直连方案组网结构简单，接人方使，但即便部分采用单芯双向方案，依然需消耗大量纤芯资源，通常每个4G和5G共址站需要24~35芯。按每个站新建24芯光缆3km、光缆每公里造价0.8万元（利用现有管道或杆路资源布放）估算，光缋投资约2.4万元。
由于DU与AAU间的光纤网络一般是结构复杂的光分配网（ODN），故DU和AAU的光功率预算除考虑光缆线路的长度外，还要考虑光链路中活接头的数量。典型场景下（DU和AAU间光链路长度5km，8个活接头）DU和AAU设备的光功率预算宜不小于8DB。
2.2无源WDM方案
无源WDM方案釆用WDM技术，将DU至不同AAU的电路采用不同的波长合路到一根光纤中传输。例如一个S111站共3个AAU，DU至AAU的收发端口数共6个，在DU侧和AAU侧各采用1个6路的光终端复用器（OTM）就可以将DU和AAU间的收发信号合路到一根光纤中传输，如图1所示。由于OTM是无源器件，故各业务端口光模块需采用不同的波长，即彩光模块。
图1 无源WDM前传方案
该方案中，OTM是无源器件，价格并不高。但由于需要将原有DU和AAU的光模块替换成彩光模块，从而增加了彩光模块的成本。按每个站含6个RRU、3个AAU估算，总造价约5万元。
采用无源WDM方案时库注意以下几点。
⑴同一合／分波系统中，DU侧每个彩光模块的波长是不同的，使用时需和AAU侧一一对应，维护中需要为每一波长的彩光模块留有备件，可能会增加维护的难度。
（2）适用于5G前传的25Gbit/s彩光模块产业链的发展目前还不明确，在5G商用初期价格可能较贵。
（3）OTM有一定的插损（每个约3DB），彩光模块的光功率预算应在光纤直连方案的基础上再加上OTM的插损。
2.3有源WDM方案
有源WDM方案分为两种：传统WDM方案和低成本WDM方案。
传统WDM方案是在传统汇聚／接人层波分（DWDM或CWDM）设备的碁础上，增加了可与AAU安装在一起的户外远端设备。该方案虽可支持环形组网，但由于从DU到AAU的光缆线路难以成环，实际应用中将主要以链型组网为主.该方案的成本较高，要解决一个S111站的传输，设备投资高达5万元。若提供更多的设备端口，则造价会进一歩提高。
低成本WDM方案采用离散多载波（DMT）算法，用低速的光器件传输高速的信号，从而大大减少了设备成本。例如传统WDM设备传送10个10GE的信号需要通过10个10Gbit/s光模块合波成1个100Gbit/s。而低成本的WDM方案则采用2个10Gbit/s光模块，通过DMT算法使每个光模块传送50Gbit/s的信号，再将2个50Gbit/s信号合波成1个100Gbit/s，如图2所示。与传统DWDM／CWDM方案相比，低成本WDM方案可使光模块的使用量减少数倍，从而使设备的成本减少一半以上。
图2 传统ＷＤＭ与低成本ＷＤＭ方案中光信号的合路方式
2.4WDM-PON方案
WDM-PON采用WDM技术，在OLT与阵列波导光栅（AWG）间将多个波长复用在一根光纤上传输，从而节省OLT与AWG间的光纤资源。WDM-PON前传方案的拓扑结构如图3所示。WDM-PON可充分利用现有ODN资源，避免光缆线路的重复建设，降低5G网络部署成本，快速完成5G网络的覆盖。
图３ ＷＤＭ-ＰＯＮ前传方案的拓扑结构
WDM-PON技术出现虽然较早，由于缺少必要的应用，技术的发展及产业化进程一直比较缓慢。当前，随着5G前传需求的提出，WDM-PON关键技术的相关标准正在进一步完善，但WDM-PON技术实现难度较高、器件的成熟度较低、设备成本较高，近期难以成为主流传输技术。
2.5几种前传方案的比较
以上共介绍了4种用于5G前传的技术，不同前传方案的优缺点对比如表2所示。
表2 几种前传方案的比较
3结束语
通过对以上4种可用于5G前传技术的对比分析，可得出以下结论。
（1）光纤直连方案对纤芯的消耗量难常大，但总体建维成本并不高。
（2）无源波分方案总体建设成本虽不高，但受制于25Gbit/s光模块产业链的发展，在5G发展初期的应用会受到限制。
（3）各种有源方案均具有较强的OAM功能，可靠性高。但在5G发展的初期，WDM-PON技术不成熟，传统有源WDM设备价格则较高。低成本的波分方案设备成本相对较低，但在AAU数量较少的场景下单端口的造价依然较高。
综上所述，合理的光缆纤芯储备对5G快速建网和持续发展起重要的作用。当前应对5G前传，在需要新建光缆的段落预留充足的纤芯资源依然是最好的选择。
参考文献
[1]IMT-2020（5G）推进组.5G承载需求白皮书[S].
[2]IMT—2020（5G）推进组.5G承载网络架构和技术方案白皮书[S］.
[3]吴万红，赵玉祥，莫寒.面向5G的下一代前传网络接口及承载方案分析[J].电信技术，2017（8）.
[4]刘方森，王建，王仔强，等.面向5G的C-RＡＮ技术与C-RAN规划案例分析[J].电信工程技术与标准化，2018[3].
中国移动通信集团设计院有限公司安徽分公司 丁为民，陈一伟，胡远 |
