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2020/6/10 18:04

面向5G時代的光纖復用設備建設策略研究

移動labs  蔡航

Labs 導讀

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

1 引言

縱觀移動通信社會的發展,人們對更高性能的網絡追求從未停止,伴隨著物聯網、車聯網等新型技術的興起,萬物互聯時代即將來臨,目前以4G網絡形態為主的通信網絡將無法滿足海量設備連接、爆炸性數據流量增長等需求,因此,5G必將應運而生,大規模的5G網絡的建設變得越來越迫切[1] 。但是考慮當前傳送網絡承載能力的問題,大規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絡帶來重大負荷。

另外,傳送網構建存在物業協調困難、再生周期長等問題,因此利用纖芯復用產品實現接入網光纜快速重構變得尤為重要。

本文為了滿足5G建設需求,提出了采用光纖復用設備實現光纜快速重構的建設方案。該方案能有效解決傳送網光纜纖芯資源不足但需要快速完成業務接入的問題,能將接入業務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務接入。

2 光纖復用設備工作模型及建設方法

光纖復用設備實質上是利用粗波分的8~16個波長,將其進行波分復用,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,新型的光纖復用設備產品主要有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等多種網絡頻段。這種新型的光纖復用設備與老式波分復用設備相比,技術上更為先進,設備外觀、品質、形態等方面都變得更為精致,可應用在各類網絡建設環境,從而可多途徑進行部署,能及時緩解大規模建站帶來的纖芯不足問題。

在4G網絡基站建設方案中,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用設備的建設策略,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,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聚合的光復用設備由2個光纖擴展器組成,網絡建設策略是在已經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,為接入對應的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個光口的業務通過波分復用技術收斂在線路側的單芯雙向光纖上,并通過光纖傳達至遠端RRU處的光交箱內。為將光信號繼續傳送至遠端RRU,在光交箱內放置另外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,實現近端BBU與遠端RRU之間的光路互通,從而完成網絡建設。

圖1 光纖復用設備(1:6聚合)應用模型

3 光纖復用設備在5G建設中的應用場景

光纖復用設備在4G網絡中的應用越來越成熟,在錯綜復雜的5G網絡建設場景中,也可通過應用光纖復用設備實現快速光纜重構,采用一對或一根光纖實現多個AAU到BBU(CU+DU)間的連接,達到快速建設5G網絡的目的[4][5]。

3.1地鐵隧道5G網絡建設場景

地鐵作為人流量密集的區域,5G網絡建設必不可少,但在實際工程建設中,傳輸光纜資源建設往往由地鐵方建設,地鐵公司業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,從而導致在部署5G網絡時協調補纜難度較大。

因此,為加速完成5G網絡建設,在運營商中提前部署重點區域5G建設,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用設備對原有纖芯資源擴容,實現快速重構,具體建設方案如圖2所示,利用1:12聚合光纖復用設備,從地鐵現網中挖掘出原有近端BBU和遠端AAU之間的光纖資源,再通過波分復用技術將光信號傳送至1條光纖中進行傳輸,纖芯資源僅耗費1芯即可完成網絡建設,對于高密度組網的5G網絡有極強的擴展性,有利于在地鐵特殊場景下快速大規模部署5G網絡。

圖2地鐵網絡光纖優化場景

3.2 基于C-RAN的5G接入網建設場景

當前C-RAN是新研究出的一種無線接入的網絡架構,其基帶處理單元集中部署,形成基帶單元池,可減少物理機房數量,從而減少機房占用空間、減少建設投入資金。利用高速光傳輸網絡和分布式的遠端無線模塊,可實現多個小區之間的分層協作,達到資源共享和動態調度的目的,構建優質、高速、低耗無線網絡。

在4G網絡時代,受傳輸資源限制和早期建站模式的影響,C-RAN在基站建設中未能大規模應用,但是在后4G時代,面對互聯網企業迅猛發展所帶來的巨大挑戰,運營商在能耗、運維成本等方面已提出了降本增效、持續利潤增長的概念,部分省份已經開始采用CRAN方式建站。因此,在5G時代,網絡組網方案采用C-RAN接入網架構將成為一種趨勢,但是在這種建設模式下,傳送網光纖資源需求較大,面對激烈的市場競爭,急需對光纖資源進行快速重構,實現快速建站。

如圖3所示,傳統式建網方式中傳輸設備形成環狀,各建設站點BBU設備是四處分散分布,不集中放置,因此只需占用環路上2芯光纖即可;C-RAN建網方式則是將多個站點對應的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,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數量3臺,下掛AAU(或RRU)數量9個,根據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絡建設。

圖3 C-RAN建設模式

如圖4所示為解決該建設模式下的問題,網絡建設時將18芯光纖需求收斂在光纖復用設備(1:18聚合)中,僅占用1芯環路共享光纖完成傳輸,節省了大量纖芯資源,能快速重構光纜資源,快速完成C-RAN網絡建設。

圖4C-RAN基站光纖資源優化場景

3.3 室內分布系統5G建設場景

室內分布系統作為5G網絡覆蓋的重要場景之前,在實際建設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場景的復雜性,往往出現如豎井管道內光纜資源被監控對講等設備利用,導致光纖資源不足;基建建設未預留足夠空間敷設新光纜資源等問題。

為解決這些問題,在快速部署5G網絡時,可采用光纖復用設備實現光纜快速重構,達到建設要求,如圖2.3所示,某5G室內分布系統建設方案中,通過計算發現原有AAU需占用36芯纖芯資源,但現場情況無法滿足相應需求,通過使用光纖復用設備(1:6聚合)后,占用光交箱中的6芯光纜即可完成建設,從而節省了30芯纖芯資源。

圖5 樓宇室分光纖資源優化場景

3.4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展,未來交通系統將向速度更快、更便利方向發展,5G網絡相比于4G網絡,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絡建設的需要。

在高速鐵路5G網絡建設中,BBU-AAU拉遠模式是主要的網絡建設方案,在此方案下,高鐵網絡覆蓋方式是采用多個AAU小區進行合并形成單一小區的方式組網,對應單一小區內的所有AAU只能拉遠接入到合并小區機房中的BBU中。另外,考慮到高鐵經過的區域、地貌等特點,往往跨段較長,越長跨度對應的AAU合并數量就越多,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用設備節省纖芯資源,實現快速建設的目的。如某市高鐵建設組網圖6所示,機房BBU池下拉9個遠端AAU,共需消耗18芯光纖,通過利用光纖復用設備(1:6聚合),只需3芯光纖即可實現建設,節省大量纖芯資源。

圖6 高鐵沿線光纖優化應用場景

4 光纜快速重構方案應用價值

光纖復用設備作為一種新型的設備,采用的是插片式分光器結構,設計、生產、采購方式均滿足運營商的管理規范。作為無源設備,光纖復用設備無需改變原有有源設備網絡架構,只需安裝在基站側和光交箱中連接有源設備即可,能滿足各類建設場景需求,并且具有較強的可擴展能力。

在網絡建設方面,面對光纖資源匱乏地區,無條件新敷設光纖的場景,傳統建設方案無法滿足工期需求等情況,采用光復用設備能完成光纜快速重構,減少纖芯資源消耗,可大幅縮短建站時間,實現快速、大規模建站。但是若頻繁使用光纖復用設備,可能會出現多個小區同時故障斷網情況,因此需綜合評估區域的實際情況確定建設方案。

在成本管理方面,大規模5G網絡建設時代即將來臨,工程建設將面臨周期緊、工作量大、資源少等問題,光纖復用設備的應用可大量減少新建光纜帶來的物業溝通成本、建設時間成本、管道光纜施工成本。但是引入新型設備后,勢必也將增加使用者的培訓和返工工作,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,確保使用后具有節省建設成本的作用。

在維護方面,每個廠家的光纖復用設備中的波分復用器件的特性是不同的,良好的光纖復用設備光學性能指標較好,傳輸通道透明,彩光光模塊具有低插入損耗的特點,可實現即插即用,無需業務配置,因此在維護層面,應盡量選擇合適的廠家并準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]。

5 結束語

目前5G網絡建設正處于技術驗證和試驗網建設階段,但隨著客戶對網絡的需求,大規模大范圍的5G網絡建設離我們越來越近。本文探討了面向5G網絡建設中利用光纖復用設備實現接入網光纜快速重構的方案,該方案對網絡快速建設和降低成本帶來了很大好處,然后對相關5G建設場景的實際案例進行了詳細分析,最后指出了該建設方案的應用價值,對未來5G網絡建設具有一定的參考價值。

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寫得不太好

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