移动前传网络中传输方案需求及应用探讨

沈世奎，王光全（中国联通网络技术研究院，北京100048）

0 前言

随着智能终端的快速普及和移动互联网的飞速发展，移动业务呈指数增长，意味着运营商的移动网络面临着更大的传送数据业务的压力；因此运营商需要不断增大移动接入网络的传送带宽和基站数量，来满足迅速增加的最终用户需求。由于高频段无线信号的衰耗增加和基站新建站址的获取困难，LTE/LTEA 网络在覆盖上面临更多的问题，尤其是在城区范围。为了提高无线接入业务的终端用户体验，需要进一步增加移动网络覆盖和数据容量，因此需要更多不同类型基站，包括宏基站、拉远站、小微基站和室分等。

BBU 池组化是无线网络发展重要方向，可将基带资源集中起来，在不同BBU 间动态分配无线资源，实现多点协同（CoMP）、自适应负载均衡、联合调度和干扰消除等，最终实现频谱资源利用率和网络容量的提升［1-2］。

基带池架构与传统无线接入网架构有很大不同，同时也引入新的技术挑战，其中通过宽带灵活的BBU与RRU 间接口实现稳定、低误码、低延迟的无线信号传输就是主要关键技术。基带池架构主要由3部分组成（见图1）。

a）分布式无线网络：由远端无线射频（RRU）和天线组成，分布式的远端射频单元提供了一个高容量、广覆盖的无线网络，可大范围高密度使用。

图1 基带池网络架构

b）光传输网络（即移动前传网络）：高带宽、低延迟的光传输网络将所有基带处理单元和远端射频单元连接起来。

c）集中式基带处理池：由高性能处理器组成，集中式的基带处理大大减少了基站站址中机房需求，并使资源聚合和大范围协作无线收发技术成为可能［3-4］。

基带池架构打破了BBU和RRU间固定连接关系，每个RRU 不再属于任何一个BBU 实体，每个RRU 发送或接收信号的处理都可以在BBU 基带池内高性能处理器上完成，这样系统将具有最大的灵活性。

本文主要探讨了BBU 池组化架构中移动前传网络应用需求，重点分析比较了不同传输解决方案的优缺点，最后给出了BBU池组化部署过程中移动前传网络的不同传输解决方案的应用场景建议。

1 移动前传应用需求分析

由分布式RRU和集中式BBU组成的基带池构架，需要在RRU 和BBU 间传输未经处理的无线信号（IQ信号），因此BBU 和RRU 间的移动前传链路提出了一些新的挑战，要满足无线信号对带宽和延迟的苛刻要求［5-6］，同时还从安装维护管理、业务安全性等方面提出了要求。

1.1 带宽及容量需求

S111 站3 个扇区，共3 个RRU，CPRI 带宽与无线频谱带宽、载波数和MIMO有关，不同载波和天线配置下的CPRI 带宽如表1 所示，当前FDD LTE 以4.9G/2.5G为主，TD LTE以9.8G为主［3］。

表1 前传网络带宽需求

随着LTE/LTE-A 部署演进中逐步引入载波聚合（CA）技术，根据部署频段不同，对移动前传网络中CPRI接口提出了更高的带宽需求［7-8］。

对于Intra-band 连续载波聚合方式，现网基本无需改造，仅需进行软件升级，如果采用宽频RRU 则数量无变化，但其容量（CPRI 端口速率）加倍，若采用级联方式，则级联支持数量相应减半；对于Inter-band CA，则采用2 个独立的RRU，因此需新增另外一个频段的RRU 及基带板；对于Intra-band CA，两频点采用不同的RRU，RRU数量亦会加倍。

因此同站址载波聚合实施后，RRU数量理论上会根据载波类型和数量成倍增加，仅按FDD 和TD LTE双载波聚合估算，每载波3 个RRU 计，CA 实施后每物理站点至少安装9 个RRU（WCDMA DC 站3 个，TD LTE 3 个，FDD LTE 3 个），每物理站址则占用至少18芯光缆。一旦规模部署载波聚合技术，将对BBU集中的综合业务点出入局纤芯及主干光缆产生极大的压力。

1.2 保护机制需求

在冗余保护上，光传输网络在接入网链路上可提供可靠的环路保护、自动倒换以及光纤链路管理功能，基带池架构下的移动前传网络也应提供与之相当的可靠性和管理功能。在当前基带池构架下，集中式BBU支持大量基站站点，连接RRU 和BBU 间的光纤较长，如果每个RRU和BBU间仅有点对点光纤传输，则任意一点光纤故障将导致相应RRU 退服。为保证在光纤单点故障条件下RRU 仍可以正常工作，BBU 和RRU间的前传链路应具备保护能力，通过不同管道的主—备光纤路由，实现前传链路的实时备份、容错容灾。

传输系统可以提供保护倒换机制，实现方式包括光层保护（OLP）和电层保护（ODUk SNCP），可单向倒换和双向倒换［9］。

1.3 O A M 功能及网管实现方式

移动前传网络中引入传输设备后，需具备相应的OAM 能力，保障性能监控、告警上报和设备管理等网络功能，且维护界面清晰；同时由于移动前传网络位于运营商网络的最底层和边缘，维护力量相对较小，因此网络管理及控制必须尽量简单便捷，易于使用。

传输设备网管连接实现方式主要包括：

a）OSC，外部配置OSC光模块或者OSC板卡。

b）ESC，通过OTN帧结构中的GCC通道或其他保留字节来传输网管信息。

c）外部DCN，该方案无法应用于BBU池组化的移动前传中，因为拉远RRU站没有外部DCN通道。

d）其他方式，例如导频技术（pilot tone）。

1.4 设备形态及安装需求

在BBU池组化部署中，RRU设备形态和安装方式较多，包括室内型和室外型RRU 设备，室外型又有挂塔、抱杆和挂墙等多种安装方式，对于室外型RRU 设备，相应的前传设备也需要具备室外安装形态，且具备与RRU 相同的室外防护（防水、防尘、防雷等）和工作环境（更宽的工作温度范围等）要求，这是传统传输设备所不需要考虑的。另外对于室外型设备，安装方式也要求尽量简化，便于施工操作。

1.5 智能化

光纤直驱是目前移动前传的主要实现方案，为了应对光纤资源不足而引入的波分复用传输设备，必须有“类光纤”的特性，不需要过多安装及维护人员配置，能够自动实现波长匹配、业务及速率匹配等智能化功能。

1.6 多业务支持能力

随着固移融合逐步深入，尤其是国家宽带战略的加速，综合业务接入点既作为无线宽带接入机房又作为固定宽带接入机房，因此要求BBU池组化中移动前传解决方案，在支持RRU 接入的同时，还必须具备综合业务接入能力，尤其是在室内型RRU 站（楼宇、园区），会同时存在无线接入需求和固定接入需求（专线用户等）。

2 不同传输解决方案分析

BBU池组化RRU拉远后的移动前传方案，目前主要包括光纤直驱、无源彩光、有源OTN/WDM 和G.met⁃ro等方案［3，4，10］。

2.1 光纤直驱方案

在光纤资源充足的情况下，采用光纤直驱方案是最佳方案，如图2所示，单个S111站需要6芯光纤。

图2 光纤直驱方案（S111站）

该方案优点在于：无需引入传输设备，传统组网方式，施工和运行维护管理简单，节省传输投资，满足CPRI 接口性能要求；缺点在于占用光纤和管道资源多，对接入主干光缆及管道资源压力大。大量基站都已经建设有接入主干光缆和接入配线光缆，但纤芯数量无法满足要求，如采用光纤直驱方案，将需要新建大量光缆。光缆建设和管道成本太高，且由于管道资源及施工限制，有些区域无法再布放光缆。且当光纤数量较多时，将会对光纤资源管理造成巨大压力。

2.2 无源彩光方案

无源彩光波分复用（WDM）方案，基于彩光模块和无源合分波板，CWDM/DWDM波长光模块安装在无线设备（BBU 和RRU）上，经过CWDM/DWDM 合分波板卡合路后在光纤中传输［11］，如图3所示。

图3 无源彩光方案

该方案的优点在于：通过粗波分复用技术，可节省一定光纤，至少可以满足3 个RRU 需求，节省传输投资；采用了无源传输设备（合分波板），不需要供电，施工和维护简单，施工周期短，适合室外部署；光模块直接安装在无线设备上，不引入额外有源传输设备和传输时延，可满足CPRI 接口所有性能要求；同时对业务类型和速率均透明，兼容任意速率。

其缺点在于：由于需要将彩光模块直接安装在无线设备上，目前无线设备均配置白光模块，该方案的实施需要无线厂家配合支持，部分无线厂商不支持，存在一定风险；由于采用固定波长彩光模块，每个RRU 都使用不同光波长模块，因此前期需要做好波长规划和管理，为每个RRU 分配不同波长，导致波长规划更加复杂，同时增加了光模块备品备件的数量和种类；安装和维护界面不够清晰，缺少OAM 机制，无源合分波板卡无法管理，彩光模块的波长相关信息也无法上报和管理，也无法提供保护机制；波长数量有限，可扩展性低，由于无源彩光方案多采用粗波分复用技术，波道间隔20 nm，可用波长数量有限（通常为8波和16波），难以满足波长较大的需求。

2.3 有源O TN/W D M 方案

该方案在RRU 站点和BBU 机房配置城域接入型OTN 设备，通过波分复用系统来连接BBU 和RRU，多个RRU可以共享波长或光纤，通过OTN开销实现管理和保护，如图4所示，客户侧接口与无线侧接口互联，客户信号需经过OTN成帧过程，可细分为带端口汇聚和不带端口汇聚2种，当CPRI接口速率小于2.5 Gbit/s时，可以通过端口汇聚型OTN 板卡（TMUX），将多个低速CPRI 复用到10G 波道传输，当CPRI 接口为10G 时，直接采用不带端口汇聚的OTN板卡，线路侧通过CWDM/DWDM波长经合分波板卡复用后在光纤中传输。

该方案优点在于：可提供丰富的波长资源，节省大量光纤，满足大量RRU组网需求；通过传输网管，网络可管可控，OTN 开销提供了维护以及故障诊断能力；可靠性高，支持FEC 等多种保护机制。其缺点在于：CPRI over OTN 接口性能是否满足无线要求待研究；OTN成帧引入额外传输时延，影响RRU拉远距离。

图4 有源OTN/WDM方案

CPRI over OTN 是OTN 方案中最关键及亟须解决的技术，如何保证无线侧苛刻的性能要求，是在标准化时需要考虑的。目前ITU-T SG15 Q11 正在讨论G.suppl.CPRI over OTN，暂未达成一致［12］，还在讨论制定中，虽然列出了CPRI 信号的映射方式［13］，但尚有较多问题待解决：CPRI 低速业务如何映射复用到10G 中？是否必须同种业务复用？是否支持多种业务的复用？10G线路速率中是否要有FEC，具体速率多少，基于已有SFP+光模块，还是其他模块？OTN 帧是否需要与CPRI 帧同步？CPRI 业务信号的维护信号，OTN 承载时该如何处理？

2.4 G .metro方案

G.metro方案中，传输设备通过客户侧接口与无线侧接口互联，线路侧接口通过DWDM波长经合分波板卡复用后在光纤中传输，客户侧信号不经过OTN成帧过程，通过RRU 侧的可调激光器技术，实现远端设备的端口无关特性，如图5所示［14］。

该方案优点在于：基于密集波分复用技术，可提供丰富的波长资源，节省大量光纤；通过传输网管，网络可管可控，可提供维护以及故障诊断能力；可靠性高，提供保护机制，保证传输性能；基于端口无关特性，降低远端设备的配置和维护要求，提高业务开通速度；基于光波长透明承载CPRI，演进能力强，可端口升级，支持不同CPRI 速率，支持全业务承载。其缺点是：标准化尚未完成，部分技术细节尚待明确。

2.5 传输方案比较

从前文分析可知，除光纤直驱外，移动前传解决方案总体分为2类：有源方案和无源方案，主要区别在于是否需要在无线侧（BBU 和RRU 侧）安装有源设备。有源方案包括：OTN方案和有源WDM方案，需在无线侧安装OTN 或WDM 设备；无源WDM 方案：只需在无线侧安装无源合分波板卡，不需额外供电。2 类方案具体差异如表2所示。

有源方案中，根据是否对CPRI 信号进行OTN 封装，又可细分为2类：OTN方案和有源WDM方案，具体差异如表3所示。

图5 G.metro方案

表2 移动前传不同传输方案比较

表3 移动前传有源方案比较

3 应用建议

在BBU池组化实施中，移动前传应用解决方案较多，主要是光纤直驱、无源方案和有源方案3 类，其中光纤直驱方案，设备成本最低，在光纤光缆及管道资源暂时较为丰富且池组化处于规模较小的初期，是主要的应用部署方案；由于部署量少的原因有源方案（OTN和G.metro 等）设备自身成本较高，而标准化完善尚未完全解决，可作为基础资源确实不足且无法敷设时的解决方案，待LTE 及后续无线网络建设中基带池规模发展，对光纤光缆资源需求急剧增加，带宽需要也越来越大时，有源方案的系统容量大和波道多优势明显，将成为主要建网方案；而无源彩光方案，介于2 种方案间，既具备光纤直驱的组网安装方式（无源、直接安装在无线设备中），又具备有源方案的部分优势（少量的波分复用），但由于系统运行维护能力和系统容量的局限性，仅作为过渡阶段方案解决局部光纤资源紧张问题。

根据运营商LTE/LTE-A网络建设需求，对移动前传网络提出相关建议和需求，并积极推动G.metro标准的完善，加快部署应用；同时也需密切关注BBU 和RRU 间的功能重新划分及接口标准化工作［15-16］，功能划分和接口标准化的进展也对移动前传网络的实现及应用选择有一定影响。

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