移动前传光网络新型方案

邓 宁，周 谞（华为技术有限公司，广东深圳518129）

0 前言

当前，随着移动互联网的蓬勃发展，移动宽带流量呈现爆发式的增长。根据华为预测，视频将在2018年占据移动宽带70%以上的流量，用户对于移动数据业务体验的更高要求，推动着移动网络向更大带宽和更短延时发展。据华为mLAB 调查，体验差（主要是速率低）是移动宽带用户投诉的主要原因，80%的用户是由于糟糕的体验而离网，72%的用户是由于良好的体验而留网。提供更大的移动带宽，更好的用户体验，可以帮助运营商在激烈的竞争环境中占据优势，同时促进用户移动流量消费的增长，助力客户商业成功。

1 运营商的机遇与挑战

移动流量的增长为运营商带来了新的收入增长点，但为了支持这些业务和流量的增长，移动运营商需要不断增加空中接口带宽和增加基站数量，提供更大的网络容量和更好的网络覆盖，在传输网和核心网上增加巨大的投资。同时大量的基站导致高能耗，运营商投资成本和运营成本逐年增高。近年来，一种新型的无线接入网——集中式无线接入网（C-RAN）引起业界广泛关注，运营商也计划大规模部署。如图1 所示，C-RAN 架构基于分布式基站类型，将基带处理单元（BBU）集中在中心局或机房形成虚拟基带池，远端射频模块（RRU）拉远放置于基站塔、高楼等处。图2示出的是C-RAN的部署趋势。C-RAN的主要优势体现在如下几个方面。

图1 集中式无线接入网示意图

图2 C-RAN部署趋势预测

a）降低网络总体成本。C-RAN 可减少基站室外机房数量和站址租用成本，降低运营和维护的开销和网络整体能耗。据中国移动数据，BBU 集中后可节省30%的CAPEX和53%的OPEX。

b）提升网络性能和频率效率，应对移动流量增长。利用多点协同处理技术，抑制小区边缘同频干扰，提高小区边缘的数据传输性能，使用户获得更好的上网体验。

c）缩短建网时间，业务快速上线。基站处无需室外机房建设，RRU设备快速安装，简易维护。

随着网络架构方面的变化，承载BBU和RRU之间数据传输的新型网络被称为移动前传网络（Fron⁃thaul）。随着空口速率的增加，传统的BBU-RRU间的接口（如通用公共无线电接口，CPRI）带宽需求急速增加，且移动前传网络中的光纤资源宝贵，引入低成本的波分复用（WDM）技术是未来趋势。在目前的WDM技术中，彩光模块的器件成本和备货成本较高。因此，RRU侧对规格统一、高速率、低成本和波长无关（color⁃less）光模块的需求，也是移动前传网络中的重要研究方向。总体上，移动前传网络中对于创新的高容量、低成本的传输方案和高效的组网方式的需要十分强烈。

2 基于波分复用的C PR I承载方案

当前，最直接的CPRI 承载解决方案是光纤直连。如图3 所示，该方案中，BBU 与每个RRU 的CPRI 端口全部采用光纤直连，点到点组网，因此光纤资源消耗大。如果RRU 要扩容，需要消耗更多的光纤，而且由于融纤等各种问题，时间很长。该方案适用于光纤丰富和BBU小集中场景。

图3 CPRI承载（Fronthaul）的光纤直连方案

尽管光纤直连方案简单直接，但是随着C-RAN后续爆发式的增长，光纤将远远不敷所需，而且该方案的监控管理和断纤保护困难。一种更有前景的解决方案是使用波分复用光传送网（WDM/OTN）。在WDM/OTN承载方案中，一路或汇聚后的多路CPRI信号调制在一个光波长上，提高光波长利用率，减少系统中高成本彩光模块的数量，降低网络成本，同时多个光波长可以复用在一根光纤里面。因此WDM/OTN承载方案的光纤利用率得到了大幅提升。如图4 所示，在移动Fronthaul 应用中，大量的CPRI 接入到次级汇聚节点，再通过OTN（如OSN1800II/V）的大带宽汇聚组网能力传送到BBU大集中汇聚点。方案（a）适合末端光纤丰富、干线需保护的、BBU 高挂的等大集中场景。方案（b）则在远端站采用室外型有源WDM/OTN 设备进行电层或/和光层复用，减少末端光纤数量，适合BBU 中小集中场景。

引入OTN的封装、管理和保护机制后，WDM/OTN提供强大的端到端运维能力，和无线侧设备的运维界面清晰。对于需要大带宽系统承载、业务要求无损保护的BBU大集中场景，以及具有固定接入网络和移动前传网络融合需求的场景，WDM/OTN 是最佳的解决方案。

图4 WDM/OTN承载方案

针对RRU侧对规格统一、低成本和波长无关光模块的需求，近期，ITU-T 启动了新标准G.metro 的开发工作。G.metro 的主要应用之一即是CPRI 承载与传送。下面的章节对G.metro标准进展做单独介绍。

3 基于G .metro的C PR I承载方案

G.metro 本质是一个密集波分光接口的标准。它的一个独特的特征是支持尾端（TE）波长的自动调节和适配。第一个版本初步计划制定10G 及以下的速率、80 km及以下、单纤双向的光系统的接口规格。G.metro 的光接口规格将基于“黑链路”方法（black link approach）制定。

当前，G.metro 标准正在有序的制定当中，主要研讨的技术和标准化议题包括以下内容。

a）G.metro串扰与功率控制。G.metro的TEE发射波长在自动匹配端口的过程中，其发射波长在调节过程中可能会历经其他TEE正在使用的波长，从而可能会导致信号串扰，引起系统性能下降或失效。因此需要考虑和研究在光接口规格设定中规避这个问题。具体来说，需要在TEE 发射波长调节时降低发射光功率。此前，华为和ADVA 提出通过TEE 的接收功率来估计链路插损，从而去设定合适的TEE 调节光功率，规避信号串扰问题。在2015 年3 月Q6 柏林中间会议上，ADVA、Ciena、爱立信、华为联合提出文稿，详细分析了上述方法，并提出在G.metro中根据TEE接收到的光功率来确定TEE调节时的发射功率，以及提出了几个相关的光参数。会议同意了这个提案。在2015 年6—7月日内瓦会议上，会议进一步同意了具体的光参数。

b）G.metro下行控制通道。为了在G.metro中实现TEE端的波长自动调节和端口适配，需要在HEE增加一个控制通道以传输控制信息到TEE。在2015年3月Q6柏林中间会议上，包括爱立信、华为、中国联通在内的多家公司联合提出了下行控制通道的帧结构和消息类型，帧结构如图5所示。在2015年6—7月日内瓦会议上，华为和中国联通提出提案进一步完善了异常消息处理机制和状态转移图。

图5 G.metro 下行控制通道帧结构

c）G.metro导频及其参数。此前，华为及ADVA均提出在TEE发射光信号上面增加导频，标示不同的波长以进行波长锁定。进一步地，在2015年3月Q6柏林中间会议上，分析讨论了为了规避信号串扰降低光信号功率后，必须需要导频辅助以判断波长调节到正确波长，从而实现G.metro 重要特性——波长自动适配/端口无关。在2015年6—7月日内瓦会议上，ADVA提出一种基于数字信号调制的导频产生方案，同时提议了相关的导频参数，但比特率参数因为直接基于该实现方案，未得到同意。会议讨论认为在做决定之前需要其他导频实现方案的文稿以根据多种实现方案综合决定。

总而言之，G.metro 这种新型的无色化WDM 系统可解决目前波分系统中的彩光模块成本较高、缺乏统一性、备货难度大等问题，节省移动前传网光纤消耗，简化设备调测配置，降低用户的CAPEX和OPEX。

4 新型D M T 低成本高速C PR I承载方案

图6 示出的是全室外FO 低成本移动前传承载方案。该产品OSN810 只通过一对光纤与局端OSN1800连接，支持点到点和链型组网，可支持1+1 光线路保护。华为研发的一种创新传输技术，在只增加少量成本下，将原本只能传输10 Gbit/s 的光模块“超频”到50 Gbit/s。基于该技术，形成了一种新型的CPRI Hub 承载方案。该方案利用OTN 将多个CPRI 信号汇聚成一路高速OTN信号，比如汇聚成50 Gbit/s，然后利用这种低成本高速的DMT 技术进行传输，这样在保持WDM/OTN 承载方案优势的同时，进一步降低了成本。OSN810 在客户侧提供12 路信号接口，支持CPRI op⁃tion 2～8 和GE/10GE 业务，同时线路侧的速率根据接入业务在10～50 Gbit/s动态可调。FO解决方案从设备成本、建网成本和运维管理等角度，全方位为客户带来价值，其主要具有以下特色。

图6 全室外FO低成本移动前传承载方案

a）设备尺寸小、支持与华为无线Blade RRU 共同安装、独立抱杆或挂墙安装，“0”站址租用、快速安装，节省70%部署时间，降低客户CAPEX。

b）支持通过网管远程管理，免光路调测、上电走人、业务免配置，极简运维，线路保护，在线监控（在线延时测量、在线误码检测），降低客户OPEX。

c）低速率器件实现高性能大容量传输，降低设备成本。

5 结束语

随着移动互联网的发展，移动运营商需要移动前传网络C-RAN 来提升系统容量和性能，降低运营成本。为了解决波分方案RRU侧光接口波长种类多、备货与运维难度大的问题，ITU-T 目前正在开发G.metro标准，作为未来5G 移动前传、移动回传以及固网宽带的融合接入解决方案，相关的光模块和产品预计会随着标准的不断完善而规模走向市场。为了应对当前C-RAN 低成本、高容量的需求，华为推出了基于DMT的低成本高速解决方案，利用10G 光模块实现50G 的容量传输并简化了网络部署，并考虑采用T-MUX的方式逐步实现与G.metro相关产品的对接，目前包括中国联通在内的多个运营商正在进行实验室测试和现网测试。这些新型的移动前传方案将极大地助力4G 无线承载和客户商业成功。

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