面向5G時代的光纖復(fù)用設(shè)備建設(shè)策略研究

  隨著5G時代的到來，大規(guī)模的基站建設(shè)工程必不可少，傳輸資源變得越來越緊缺。本文根據(jù)光復(fù)用設(shè)備的工作原理，對應(yīng)用光復(fù)用設(shè)備的各類實例建設(shè)方案進行了分析，并給出了應(yīng)用價值，能有效實現(xiàn)快速建站的目的。

  一、引言

  縱觀移動通信社會的發(fā)展，人們對更高性能的網(wǎng)絡(luò)追求從未停止，伴隨著物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等新型技術(shù)的興起，萬物互聯(lián)時代即將來臨，目前以4G網(wǎng)絡(luò)形態(tài)為主的通信網(wǎng)絡(luò)將無法滿足海量設(shè)備連接、爆炸性數(shù)據(jù)流量增長等需求，因此，5G必將應(yīng)運而生，大規(guī)模的5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)變得越來越迫切[1] 。但是考慮當(dāng)前傳送網(wǎng)絡(luò)承載能力的問題，大規(guī)模建站一定會帶來大量占用纖芯資源的情況，注定會給整個傳送網(wǎng)絡(luò)帶來重大負荷。

  另外，傳送網(wǎng)構(gòu)建存在物業(yè)協(xié)調(diào)困難、再生周期長等問題，因此利用纖芯復(fù)用產(chǎn)品實現(xiàn)接入網(wǎng)光纜快速重構(gòu)變得尤為重要。

  本文為了滿足5G建設(shè)需求，提出了采用光纖復(fù)用設(shè)備實現(xiàn)光纜快速重構(gòu)的建設(shè)方案。該方案能有效解決傳送網(wǎng)光纜纖芯資源不足但需要快速完成業(yè)務(wù)接入的問題，能將接入業(yè)務(wù)需求承載在有限的纖芯資源上，從而釋放出空閑纖芯完成其他業(yè)務(wù)接入。

  二、光纖復(fù)用設(shè)備工作模型及建設(shè)方法

  光纖復(fù)用設(shè)備實質(zhì)上是利用粗波分的8～16個波長，將其進行波分復(fù)用，能把不同波長的光信號合成為一束光，在接收端再分解，從而實現(xiàn)單纖多波分 [2] [3] 。目前市場上主要廠商包括瑞斯康達、烽火等，新型的光纖復(fù)用設(shè)備產(chǎn)品主要有1:6聚合、1:8聚合、1:12聚合和1:18聚合4種類型，波長在1271nm至1611nm之間，可合成或分離的波道數(shù)量分別為6、8、12和18。最高傳輸容量可達80Gbit/s，支持2G、3G、4G和5G等多種網(wǎng)絡(luò)頻段。這種新型的光纖復(fù)用設(shè)備與老式波分復(fù)用設(shè)備相比，技術(shù)上更為先進，設(shè)備外觀、品質(zhì)、形態(tài)等方面都變得更為精致，可應(yīng)用在各類網(wǎng)絡(luò)建設(shè)環(huán)境，從而可多途徑進行部署，能及時緩解大規(guī)模建站帶來的纖芯不足問題。

  在4G網(wǎng)絡(luò)基站建設(shè)方案中，各大運營商對基站按照物理位置和站型大小等方式進行了分類，本文按照宏站、微小站和室分站進行分類，其中以宏站為例來說明光纖復(fù)用設(shè)備的建設(shè)策略，首先我們定義基帶處理單元簡稱為BBU、射頻處理單元簡稱為RRU，BBU與RRU之間通過光模塊傳遞光信號，RRU與天線之間通過饋線等進行連接，將信號放大形成3個扇區(qū)，從而達到信號覆蓋效果，因此，我們在本文將組成一個基站的3個RRU認為是一組，并定義為一個光方向。

  如圖1所示，一套1:6聚合的光復(fù)用設(shè)備由2個光纖擴展器組成，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)策略是在已經(jīng)定義的每個光方向上使用一套，纖芯資源快速完成擴容，具體方案是將匹配的光纖擴展器放置于近端BBU側(cè)，為接入對應(yīng)的3個RRU，在BBU中選擇三個光口，分別使用波長為1271nm、1311nm、1351nm的10Gbit/s彩光光模塊進行連接。此時， 3個光口的業(yè)務(wù)通過波分復(fù)用技術(shù)收斂在線路側(cè)的單芯雙向光纖上，并通過光纖傳達至遠端RRU處的光交箱內(nèi)。為將光信號繼續(xù)傳送至遠端RRU，在光交箱內(nèi)放置另外1個光纖擴展器，然后再次分別通過1291nm、1331nm、1371nm的10Gbit/s彩光光模塊與RRU相連，實現(xiàn)近端BBU與遠端RRU之間的光路互通，從而完成網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

圖1 光纖復(fù)用設(shè)備(1:6聚合)應(yīng)用模型

  三、光纖復(fù)用設(shè)備在5G建設(shè)中的應(yīng)用場景

  光纖復(fù)用設(shè)備在4G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用越來越成熟，在錯綜復(fù)雜的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)場景中，也可通過應(yīng)用光纖復(fù)用設(shè)備實現(xiàn)快速光纜重構(gòu)，采用一對或一根光纖實現(xiàn)多個AAU到BBU(CU+DU)間的連接，達到快速建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)的目的[4][5]。

  1、地鐵隧道5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)場景

  地鐵作為人流量密集的區(qū)域，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)必不可少，但在實際工程建設(shè)中，傳輸光纜資源建設(shè)往往由地鐵方建設(shè)，地鐵公司業(yè)主方往往需考慮三家運營商共建模式投入成本進行光纜建設(shè)，從而導(dǎo)致在部署5G網(wǎng)絡(luò)時協(xié)調(diào)補纜難度較大。

  因此，為加速完成5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，在運營商中提前部署重點區(qū)域5G建設(shè)，可在地鐵“A站(近端BBU)”至“B站(遠端AAU)”傳輸線路段利用光纖復(fù)用設(shè)備對原有纖芯資源擴容，實現(xiàn)快速重構(gòu)，具體建設(shè)方案如圖2所示，利用1:12聚合光纖復(fù)用設(shè)備，從地鐵現(xiàn)網(wǎng)中挖掘出原有近端BBU和遠端AAU之間的光纖資源，再通過波分復(fù)用技術(shù)將光信號傳送至1條光纖中進行傳輸，纖芯資源僅耗費1芯即可完成網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，對于高密度組網(wǎng)的5G網(wǎng)絡(luò)有極強的擴展性，有利于在地鐵特殊場景下快速大規(guī)模部署5G網(wǎng)絡(luò)。

圖2地鐵網(wǎng)絡(luò)光纖優(yōu)化場景

  2、基于C-RAN的5G接入網(wǎng)建設(shè)場景

  當(dāng)前C-RAN是新研究出的一種無線接入的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其基帶處理單元集中部署，形成基帶單元池，可減少物理機房數(shù)量，從而減少機房占用空間、減少建設(shè)投入資金。利用高速光傳輸網(wǎng)絡(luò)和分布式的遠端無線模塊，可實現(xiàn)多個小區(qū)之間的分層協(xié)作，達到資源共享和動態(tài)調(diào)度的目的，構(gòu)建優(yōu)質(zhì)、高速、低耗無線網(wǎng)絡(luò)。

  在4G網(wǎng)絡(luò)時代，受傳輸資源限制和早期建站模式的影響，C-RAN在基站建設(shè)中未能大規(guī)模應(yīng)用，但是在后4G時代，面對互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)迅猛發(fā)展所帶來的巨大挑戰(zhàn)，運營商在能耗、運維成本等方面已提出了降本增效、持續(xù)利潤增長的概念，部分省份已經(jīng)開始采用CRAN方式建站。因此，在5G時代，網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案采用C-RAN接入網(wǎng)架構(gòu)將成為一種趨勢，但是在這種建設(shè)模式下，傳送網(wǎng)光纖資源需求較大，面對激烈的市場競爭，急需對光纖資源進行快速重構(gòu)，實現(xiàn)快速建站。

  如圖3所示，傳統(tǒng)式建網(wǎng)方式中傳輸設(shè)備形成環(huán)狀，各建設(shè)站點BBU設(shè)備是四處分散分布，不集中放置，因此只需占用環(huán)路上2芯光纖即可;C-RAN建網(wǎng)方式則是將多個站點對應(yīng)的BBU進行集中化處置，即將BBU集中放置在某個地理位置良好、適合接入的機房內(nèi)，形成BBU池，這種池化機房我們稱之為C-RAN機房，圖3所示BBU池共計放置BBU數(shù)量3臺，下掛AAU(或RRU)數(shù)量9個，根據(jù)計算所需的纖芯資源達到了18芯，若采用直連光纜無法快速完成網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

圖3 C-RAN建設(shè)模式

  如圖4所示為解決該建設(shè)模式下的問題，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時將18芯光纖需求收斂在光纖復(fù)用設(shè)備(1:18聚合)中，僅占用1芯環(huán)路共享光纖完成傳輸，節(jié)省了大量纖芯資源，能快速重構(gòu)光纜資源，快速完成C-RAN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

圖4C-RAN基站光纖資源優(yōu)化場景

  3、室內(nèi)分布系統(tǒng)5G建設(shè)場景

  室內(nèi)分布系統(tǒng)作為5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的重要場景之前，在實際建設(shè)過程中存在大量需求光纖資源的情況，但是考慮到室分建設(shè)場景的復(fù)雜性，往往出現(xiàn)如豎井管道內(nèi)光纜資源被監(jiān)控對講等設(shè)備利用，導(dǎo)致光纖資源不足;基建建設(shè)未預(yù)留足夠空間敷設(shè)新光纜資源等問題。

  為解決這些問題，在快速部署5G網(wǎng)絡(luò)時，可采用光纖復(fù)用設(shè)備實現(xiàn)光纜快速重構(gòu)，達到建設(shè)要求，如圖2.3所示，某5G室內(nèi)分布系統(tǒng)建設(shè)方案中，通過計算發(fā)現(xiàn)原有AAU需占用36芯纖芯資源，但現(xiàn)場情況無法滿足相應(yīng)需求，通過使用光纖復(fù)用設(shè)備(1:6聚合)后，占用光交箱中的6芯光纜即可完成建設(shè)，從而節(jié)省了30芯纖芯資源。

圖5 樓宇室分光纖資源優(yōu)化場景

  4、高速鐵路等5G覆蓋場景

  隨著高速鐵路等特殊高速場景的發(fā)展，未來交通系統(tǒng)將向速度更快、更便利方向發(fā)展，5G網(wǎng)絡(luò)相比于4G網(wǎng)絡(luò)，能支持500km/h的高鐵時速，接口時延也減少了90%，能更好的滿足高速交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需要。

  在高速鐵路5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，BBU-AAU拉遠模式是主要的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案，在此方案下，高鐵網(wǎng)絡(luò)覆蓋方式是采用多個AAU小區(qū)進行合并形成單一小區(qū)的方式組網(wǎng)，對應(yīng)單一小區(qū)內(nèi)的所有AAU只能拉遠接入到合并小區(qū)機房中的BBU中。另外，考慮到高鐵經(jīng)過的區(qū)域、地貌等特點，往往跨段較長，越長跨度對應(yīng)的AAU合并數(shù)量就越多，纖芯資源的消耗也越大。因此，在這種場景下，同樣可以考慮利用光復(fù)用設(shè)備節(jié)省纖芯資源，實現(xiàn)快速建設(shè)的目的。如某市高鐵建設(shè)組網(wǎng)圖6所示，機房BBU池下拉9個遠端AAU，共需消耗18芯光纖，通過利用光纖復(fù)用設(shè)備(1:6聚合)，只需3芯光纖即可實現(xiàn)建設(shè)，節(jié)省大量纖芯資源。

圖6 高鐵沿線光纖優(yōu)化應(yīng)用場景

  四、光纜快速重構(gòu)方案應(yīng)用價值

  光纖復(fù)用設(shè)備作為一種新型的設(shè)備，采用的是插片式分光器結(jié)構(gòu)，設(shè)計、生產(chǎn)、采購方式均滿足運營商的管理規(guī)范。作為無源設(shè)備，光纖復(fù)用設(shè)備無需改變原有有源設(shè)備網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，只需安裝在基站側(cè)和光交箱中連接有源設(shè)備即可，能滿足各類建設(shè)場景需求，并且具有較強的可擴展能力。

  在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面，面對光纖資源匱乏地區(qū)，無條件新敷設(shè)光纖的場景，傳統(tǒng)建設(shè)方案無法滿足工期需求等情況，采用光復(fù)用設(shè)備能完成光纜快速重構(gòu)，減少纖芯資源消耗，可大幅縮短建站時間，實現(xiàn)快速、大規(guī)模建站。但是若頻繁使用光纖復(fù)用設(shè)備，可能會出現(xiàn)多個小區(qū)同時故障斷網(wǎng)情況，因此需綜合評估區(qū)域的實際情況確定建設(shè)方案。

  在成本管理方面，大規(guī)模5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時代即將來臨，工程建設(shè)將面臨周期緊、工作量大、資源少等問題，光纖復(fù)用設(shè)備的應(yīng)用可大量減少新建光纜帶來的物業(yè)溝通成本、建設(shè)時間成本、管道光纜施工成本。但是引入新型設(shè)備后，勢必也將增加使用者的培訓(xùn)和返工工作，從而也會帶來一定的人力成本消耗。因此需要綜合評估單項工程造價，確保使用后具有節(jié)省建設(shè)成本的作用。

  在維護方面，每個廠家的光纖復(fù)用設(shè)備中的波分復(fù)用器件的特性是不同的，良好的光纖復(fù)用設(shè)備光學(xué)性能指標(biāo)較好，傳輸通道透明，彩光光模塊具有低插入損耗的特點，可實現(xiàn)即插即用，無需業(yè)務(wù)配置，因此在維護層面，應(yīng)盡量選擇合適的廠家并準(zhǔn)備足夠的備品備件完成維護工作，維護可靠性才能得到保證[6]。

  五、結(jié)束語

  目前5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)正處于技術(shù)驗證和試驗網(wǎng)建設(shè)階段，但隨著客戶對網(wǎng)絡(luò)的需求，大規(guī)模大范圍的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)離我們越來越近。本文探討了面向5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中利用光纖復(fù)用設(shè)備實現(xiàn)接入網(wǎng)光纜快速重構(gòu)的方案，該方案對網(wǎng)絡(luò)快速建設(shè)和降低成本帶來了很大好處，然后對相關(guān)5G建設(shè)場景的實際案例進行了詳細分析，最后指出了該建設(shè)方案的應(yīng)用價值，對未來5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)具有一定的參考價值。

      作者：蔡航