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面向C-RAN的传输承载方式的探讨[图]
[ 通信界 / 佚名 / www.cntxj.net / 2012/7/5 21:37:26 ]
 

摘要:结合C-RAN的网络架构和技术特点,提出并分析了面向C-RAN的几种传输承载方式,希望对今后C-RAN的建设起到有益的参考。

0  前言

当前各个移动运营商面临着激烈的竞争,随着移动互联网物联网蓬勃发展,无线网络中的数据流量迅速上升,能源消耗问题也变得日益严重,同时潮汐效应导致基站利用率低下。传统架构的无线接入网在移动互联网时代面临着降低成本、提高性能和节能减排的挑战,必须考虑引入新的无线接入网络构架以满足低成本、高容量、低能耗、易运营的要求。

C-RAN通过结合集中化的基带处理、高速的光传输网络和分布式的远端无线模块,形成绿色清洁、集中化处理、协作化无线电、云计算化(的无线接入网构架,如图1所示。如何实现低成本、高性能的无线信号光传输网络是亟需解决的问题。本文针对传统的无线接入网向C-RAN网络演进的传输承载方式和网络架构进行分析和讨论。

图1 C-RAN的网络架构示意图

1  C-RAN传输问题的由来

我们先看一下现有的基站传输组网情况。现有基站主要有一体化基站或分布式BBU+RRU两种。分布式基站是把传统基站的基带处理部分(BBU)和射频部分(RRU)分开的基站设备形态。BBU与RRU之间采用高速CPRI光接口,一般采用光纤直连的方式,如果采用远供方式,传输距离在200 m以内。室分基站存在多个RRU级联共享一个通用公共无线电接口(CPRI)的组网模式,目前典型级联配置多是2~3级RRU级联实现频点覆盖;虽然设备可以支持6级级联,但由于可靠性、可维护性等限制因素,基本无应用。

C-RAN架构引入后给传输带了什么?基带资源集中放置后带来一个副作用就是光纤拉远基站大量增多。BBU不再仅仅连接机房所在楼顶的RRU,而是需要连接好几公里甚至更远的RRU天面设备。C-RAN的传输问题实质上是大规模分布式基站拉远传输对光纤的海量需求。BBU、RRU分离,其间所需传输的数据量,远超传统的宏基站几个数量级。我们看几种情况:BBU、RRU虽分离,但近距离放置,比如塔上/塔下,通过光纤直驱方式,不存在问题;BBU、RRU分离,距离较远(数十km内),通过光纤直驱方式,在数量很少或光纤资源极为丰富的情况下,也同样不成为问题;当BBU集中数量较多,而光纤资源不够丰富的情况下,传统的光纤直驱方式,每个RRU占据一对光纤将极大的消耗光纤资源。也就是说在C-RAN模式下,需要新的传输方案以满足无线网络的架构演进。传输网络接入层由现有的光纤承载基站回传低速业务向承载高速的CPRI业务转变。具体详见图2。

图2 传统组网和C-RAN组网结构示意图 

2  CPRI传输的需求分析

2.1  传输带宽

CPRI 规定的接口带宽中,GSM 主要采用1 228.8 Mbit/s接口,3G 主要采用2 457.6/6 144.0 Mbit/s 接口,LTE 主要采用4 915.2/9 830.4 Mbit/s接口。可见现有的2G/3G向LTE演进中,CPRI的带宽也逐步增加,远远超过现有的接入层622M MSTP和GE/10GE PTN环的带宽。

2.2  延时要求

根据目前的实际能力,GSM可支持78 km的传输距离补偿(相当于390 μs),TD-S可支持40 km的传输距离补偿(相当于200 μs),LTE可支持40 km的传输距离补偿(相当于200 μs)。

2.3  时钟同步需求

基站空口载波频率稳定度优于±0.05 ppm,时钟跟踪精度±0.002 ppm。

2.4  保护倒换需求

无线侧已具备保护倒换能力。

2.5  OAM需求

适用于BBU-RRU、RRU-RRU之间的连接,因此其开销应当具备基本的对链路质量和故障的判断;CPRI协议支持LOS/LOF/SDI/RAI/8B10B误码检测,以及版本、线速率、信令速率自协商,以及复位等功能。

3  面向C-RAN的传输承载方式

面向C-RAN的传输承载方式主要有光纤直驱、彩光直驱、WDM/OTN承载和Unipon等4种。由于时延要求非常严格,目前还不能基于PTN来承载,有的厂家提出用PTN来承载,实际是在PTN上配置简易DWDM/OTN系统,与OTN承载无异。接下来对上述4种承载方式进行详细论述。

3.1  光纤直驱承载方式

BBU和RRU之间采用光纤点到点直连,也可利用光纤把BBU的CPRI接口串联连接多个RRU,RRU和BBU采用普通白光模块。常用于RRU及光纤线路故障率较低的室分系统中,支持环形、链形网络拓扑,不支持环带链结构。每个RRU级联组独占一对纤芯,光纤纤芯需求量=2×RRU数量/RRU级联级数;光纤需求随着站点数线性增加,占用纤芯较多。当前RRU/BBU不具备性能劣化监测功能,部分具备线路故障定位能力,电信级网管不足。采用光纤直驱方案,不需要任何设备或现网的改造即可简单、快速部署。适合于光纤资源丰富的地区或者小规模的C-RAN汇聚。图3示出的是光纤直驱方式网络架构示意图。

 图3 光纤直驱方式网络架构示意图

3.2  集成彩光承载方式

RRU到BBU采用不同的波长复用到同一光纤内(彩光原理),RRU和BBU采用彩光模块,波长复用/解复用采用无源设备。目前的彩光光模块可支持8种光波,每个光波即一个6G传输通道,相当于更多RRU到BBU之间的IQ的信号可在同一光纤上传输,从而提高光纤利用率,降低对城域网光纤资源的占用。支持环形拓扑、链形拓扑,不支持环带链拓扑,光纤线路故障率低,适于2.5G低速CPRI业务。每个无源波分系统独占一对纤芯,光纤纤芯需求量=2×RRU数量/RRU级联级数/波长数(CWDM一般为8);当前RRU/BBU不具备性能劣化监测功能,部分具备线路故障定位能力。彩光模块成本稍高,同时由于集成于无线设备,无线专业具备传输维护能力,扩容容易受限,界面不清晰,距离受限于光功率预算,专业协调和维护工作量都比传统方式更大,一般不建议采用。适合光纤紧张地区的小规模C-RAN集中化部署。图4示出的是彩光承载方式示意图。

图4 彩光承载方式示意图

3.3  WDM/OTN承载方式

BBU到RRU以WDM/OTN设备传输,RRU和BBU采用普通光模块,传输链路需要OTU(波长转换单元)和复用解复用设备。该种承载方式适用于光纤资源紧张或者传输距离长的场景,支持环形拓扑、链形拓扑,环带链等多种拓扑,同时支持多种无线制式,支持专线、PON等业务传送;每个波分系统独占一对纤芯,光纤纤芯需求量=2×RRU数量/RRU级联级数/子波复用数/波长数(城域DWDM波长一般为40);OTN具备完善的性能劣化监测功能和线路故障定位能力。

采用WDM/OTN承载,虽然增加了WDM/OTN传输设备成本,但对光纤需求极大降低,适合大规模C-RAN汇聚。

同时OTN设备作为统一的承载平台,除了承载CPRI的带宽外,也可为OLT上行GE/10GE带宽和大颗粒大客户专线(GE/10GE)提供接入。图5示出的是WDM/OTN承载方式示意图。

图5 WDM/OTN承载方式示意图

3.4  Uni-PON承载方式

Uni-PON是指PON的技术与波分技术进行结合,从而能为用户提供宽带服务又可以为射频信号提供传输。BBU与RRU之间的传输借助PON技术实现,融合有线与无线传输,链路需要OTU、复用解复用设备。采用该种方式可最大化重用现有PON接入技术,节省主干光纤,适合大中城市室内环境覆盖以及低密度郊区覆盖。从成本角度来看,Uni-PON毫无疑问具有很大的优势,但由于PON承载C-RAN需要对原有网络进行改造,很容易造成光功率预算不足,另外从安全角度来看,PON网络的星型结构安全性相对较差。图6示出的是Uni-PON承载方式示意图。

图6 Uni-PON承载方式示意图

以上4种承载方式各有利弊,表1从技术特点、传输方式、带宽、运维等各个方面进行了比较。

表1 C-RAN传输承载方案对比表

C-RAN无论采用以上哪种解决方案,均可以利用BBU-RRU之间的环网保护,在传输上不采取保护措施。相对而言,OTN设备承载方式无论从界面清晰度、完善的OAM、支持大颗粒业务、传输距离和平滑演进等各方面均拥有明显优势,但同时也是成本较高的一种解决方案。光纤资源丰富的地方,可采用光纤直驱的方式;光纤资源不丰富的地方,综合考虑其他业务,优先采用OTN承载的方式。

4  结束语

C-RAN 架构是对传统RAN架构的一次深度变革,目前的C-RAN还处于初级阶段,实现了基于光传输网络的分布式BBU+RRU基站的架构设计。传输网络应结合现有资源合理部署、积极应对,为C-RAN的到来提供高带宽、高保障的接入和承载平台。

 

作者:佚名 合作媒体:不详 编辑:顾北

 

 

 
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