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无源波分复用设备在5G前传中的应用场景研究

2020-02-13 20:165G通信 人已围观

简介2019 年是 5G 建设元年,各大运营商积极响应国家通信基础建设的号召,抢占 5G 产业战略高地。为缩短 5G 基站机房建设周期,降低建设成本,基站部署从过去的 D-RAN 方式向 C-RAN 大集中和...

  2019 年是 5G 建设元年,各大运营商积极响应国家通信基础建设的号召,抢占 5G 产业战略高地。为缩短 5G 基站机房建设周期,降低建设成本,基站部署从过去的 D-RAN 方式向 C-RAN 大集中和小集中过渡。C-RAN 的业务集中部署建设模式对于光缆网的光纤资源需求巨大,难以采用传统的光纤直驱方式进行部署。无源波分可以将多个业务需求复用在一条光纤中进行传输,能够极大的减少对于光纤资源的需求,同时兼具建设周期快、无需维护等优点,是目前 C-RAN 建设模式的首选解决方案。但在目前的实际工程建设中,由于光缆路由跳纤点较多以及无源波分合分波器的插入损耗较大,传输距离有所限制,故需要对无源波分复用设备进行深入研究,并根据现有技术指标建立光缆网覆盖模型, 对无源波分设备进行分析,结合不同基站业务需求给出不同的无源波分应用场景及建议。而至于有源波分复用应用推荐阅读:《一种用于5G前传的半有源波分复用方案
  
  1 前传纤芯需求分析
  
  D-RAN 部署场景下的 CU/DU 与 AAU 同址,前传采用光纤直驱方式。C-RAN 部署场景,前传可采用光纤直驱、彩光 + 无源波分和有源系统等方式。
  
  2G/4G/5G 全集中场景下,每个宏站天面需部署 5 套系统的 RRU/AAU。在不采用任何纤芯复用手段的情况下,对于一个满配的宏基站,各厂家的 BBU 和 RRU 的前传光口需求数量分别为 36 芯(厂商 A)、 48/36 芯( 厂商 B) 和 54/42 芯( 厂商 C)。鉴于前传纤芯需求巨大,且目前基站接入光缆多数为 24 或 48 芯光缆,无法满足 2G/4G/5G 全集中的前传纤芯需求,需要采用纤芯复用手段才能满足集中部署情况下的前传纤芯需求。目前可采用的解决方案包括单纤双向光模块、彩光+无源波分和有源波分等。综合考虑各方案的优劣, 从纤芯使用效率方面考虑,有源波分方案最优,彩光+ 无源波分其次。从单站造价方面考虑,彩光+无源波分方案最优。
  
  2 无源波分复用原理
  
  无源波分复用技术(CWDM)是波分复用技术的一种,信道间隔 20 nm,工作波长范围为 1 271 ~1 611 nm。相较于省际传输干线工程中所用 DWDM 技术,CWDM 较宽的信道间隔对激光器和复用 / 解复用器的性能要求大大降低,极大地减少了扩容成本,主要用于中短距离的光城域网中,对于解决前传纤芯需求过大问题非常适合。无源波分在前传中的应用示意如图 1 所示。
图1 无源波分在前传中的应用示意
  图1 无源波分在前传中的应用示意
 
  3 无源波分覆盖模型
  
  本文从光缆网传输链路端到端衰耗预算出发,考虑无源波分器件合分波损耗、产品接头损耗和得出传输链路的功率预算,如图 2 所示。
图2 无源波分链路功率预算示意图
  图2 无源波分链路功率预算示意图
 
  传输链路功率预算 = 端到端衰耗预算 - 无源波分器件损耗 =(发光功率-接灵敏度-维护余量)- 无源波分器件损耗。
  
  其中发光功率 :激光器的发射光功率,10 Gbit/s光模块为 -3.8 ~ +3.2 dBm,25 Gbit/s 光模块为 0 ~+6 dBm ;测算时取最小发光功率。
  
  接收灵敏度 :指的是 PIN 管的最低接收光功 率,10 Gbit/s 光模块为 -14 dBm,25 Gbit/s 光模块为 -13.8 dBm。
  
  维护余量 :指的是全程端到端的自然衰耗,包括激光器、接收器、波分器、光纤和接头等。
  
  无源波分器件损耗 :指合波器和分波器的插入损耗之和,6 波的要求小于 3 dB、12 波的要求小于 4 dB、18 波的要求小于 4.4 dB。
  
  为了能计算出光缆网的配置模型,将功率预算折算为跳纤点数量和光纤距离的公式如下。
  
  传输链路的功率预算 = 灵活接头损耗 + 光纤损耗 = 跳纤点数量 × 单跳纤点的接头数 × 单个灵活接头损耗 + 光纤距离 × 单位光纤损耗 = 跳纤点数量 × 2×0.5 dB/ 个 + 光纤距离 ×0.35 dB/km。
  
  以无线基站为 S111 进行测算,1 个 S111 需要 6 个波道,在现有的传输光缆网结构下,以常规的 5 个跳纤点(含机房 ODF 点)为例,计算出最大的传输距离, 具体如表 1 所示。
表1 不同型号无源波分传输链路功率预算及最大传输距离测算表
  表1 不同型号无源波分传输链路功率预算及最大传输距离测算表
 
  从表 1 的结果可以看出,在只考虑端到端传输链路上各种损耗,而不考虑色散的条件下。
  
  (1) 如果采用 1 :6无源 波 分, 全 25 Gbit/s 光模块, 传输链路的余量为9.3 dB。根据覆盖模型,现有的传输光缆网结构下,以常规的 5 个跳纤点(含机房ODF 点)为例,可知在 5 个跳纤点情景下可满足最大传输距离为 12.3 km。
  
  (2)10 Gbit/s 速率下,由于发光功率较低,无法满足 5 个跳纤点,改为 4 个跳纤点场景下,最大传输距离只能达到 2 km。
  
  (3)1:18 无源波分器的插入损耗较大,10 Gbit/s 速率下,基本很难满足 5 个或者 4 个跳纤点,不建议使用。
  
  4 无源波分应用场景
  
  本次以无线基站需求为出发点,从无线设备厂家、基站制式和站址类型 3 个方面出发,分析不同场景下的无源波分应用,本文共列示了 18 种场景。
图3 无源波分应用场景1示意图
  图3 无源波分应用场景1示意图
 
  场 景1 :单 独 开 通1个 5G 站。 以 开 通1个 5G 的 S111 站为例,无线设备厂家为厂商 A,需要 6 个25 Gbit/s 彩光模块,典型情况下可用 1 套 1:6 无源波分设备开通,使用纤芯数能够从 6 芯降低为 1 芯。留给传输线路的最大损耗 9.3 dB,5 个跳纤点下最大可以传输 12.3 km。
表2 场景1不同无线厂商的需求及无源波分解决方案表
  表2 场景1不同无线厂商的需求及无源波分解决方案表
 
  场景 1 不同无线主设备厂商的需求如表 2 所示。
  
  本文在表 3 中列出了无源波分 18 种应用场景的解决方案,表格以厂商 A 的 S111 站为例,其他厂商的需求可以参考表 2 及实际的无线主设备前传光模块需求进行相应的分析。
表3 无源波分18种应用场景的解决方案表
表3 无源波分18种应用场景的解决方案表
  表3 无源波分18种应用场景的解决方案表
 
  5 结束语
  
  无源波分复用设备可以节省 5G 前传纤芯的使用, 但由于无源波分器自身引入的插入损耗,相比裸纤方案将会减少传输距离。1:18 波分器由于波分器插入损耗较大原因,传输距离受限,10 Gbit/s 的彩光光模块在 4 个跳纤点情景下最大仅能传输 0.9 km,建议尽量少使用。基站的发射点离集中机房的光缆距离应尽量控制在12 km 以内。如果仅为前期开通 5G 基站,建议优先使用 1:6或 1:12 无源波分复用器。对于同一物理站多系统的集中需求,建议使用多套 1:6 波分器或 1:12 波分器进行叠加使用。建议相关部门在后续 40 km 光模块成熟后,尽快引入 40 km 光模块。

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