RoF和xPON的混合组网探讨

杨斌博，李广成

(1.武汉邮电科学研究院，武汉430074；2.烽火通信科技股份有限公司，武汉430074）

RoF和xPON的混合组网探讨

杨斌博1，李广成2

(1.武汉邮电科学研究院，武汉430074；2.烽火通信科技股份有限公司，武汉430074）

如何利用现有光纤资源是解决光载射频传输（RoF）应用于4G移动前传的一个可行思路。首先简述了RoF和xPON的组网各要素并指出传统xPON应用于移动回传的不足，然后根据二者共性提出混合组网的解决方案，并对混合组网的形式、应用场景及技术难点作了探讨。

RoF；xPO N；混合组网

0　引言

随着我国4G网络的规模商用，高速大容量的移动通信为人们带来高带宽的应用，但也面临未来更高带宽的刚性需求。4G网络建设采用BBU（Base Band Unit,BBU）+RRU（Radio Remote Unit,RRU）分布式基站组网方案。主要处理模块位于中心机房BBU，从而可以使RRU功能和结构简化，提高网络覆盖率和网络容量，使得网络调度和维护更加灵活，同时能够有效地降低成本。在BBU和RRU之间利用光纤作为传输链路，具有低损耗、高带宽和防止电磁干扰等特点。传统的基站回传技术（如SDH/MSTP、PTN）存在光纤资源占用高、带宽受限的缺点，尤其是在进行室内覆盖的情况下这些缺点更为明显。一种光纤直接承载射频信号的技术RoF（Radio over Fiber,RoF）成为业界关注的焦点之一，RoF融合无线和有线的技术优点，在保障终端移动性的同时，也提供了高带宽，可提供数十G的潜在带宽。xPON是FTTx核心技术，已规模化商用。目前有很多针对RoF和WDM-PON融合的研究，但需要重新设计OLT及ONU的整体架构，短期内难以实现快速商用。如现阶段能将RoF和xPON进行混合组网，则暂时规避了该问题，将非常有利于加速4G及后续新技术的快速部署，支持透明升级。基于上述技术现状，本文对RoF和xPON的混合组网进行探讨。

1　技术简介

1.1RoF技术简介

射频信号基于RoF传输，所有频率的调度均由BBU模块完成，RRU设备结构更加简单，更具成本优势、部署灵活和维护方便等特性，因而更适用于移动前传，尤其是4G网络，如图1所示。

在30GHz以上的微波频段，特别是40～60GHz，能够提供数十G的无线带宽，同时无线信号在空间传播时衰耗非常严重，可以降低蜂窝小区的半径，这样既能实现无缝覆盖，又能减少相邻小区间的频率干扰，是未来室内无线覆盖中非常具有潜力的频段，将该频段融合进RoF具有非常广阔的应用前景[1]。

RoF支持单纤双向的点对多点网络结构，同时下行方向采用广播模式[2]，传输距离可达50km[3]。典型的RoF网络拓扑图如图2、图3所示。RoF组网形式中点对多点拓扑能够有效降低整体组网功耗[4]，节约运营成本，应重点考虑部署。

图1　Radio-over-Fiber方案原理示意图

图2　RoF点对点网络拓扑图

图3　RoF点对多点网络拓扑图

1.2xPON技术简介

xPON是无源光网络接入核心技术，由局端OLT设备、ODN和远端ONU设备组成，形成点对多点网络结构。

xPON目前已规模部署，下一代40G PON也已经选定 TWDM-PON方案[5]。TWDM-PON通过波长堆叠后向兼容GPON、XGPON并支持ODN重用以保护运营商投资。表1列出了部分关键指标的对比。xPON所使用的波长如图4所示。

表1　xPON技术关键指标对比

1.3传统xPON基站回传

xPON也应用于移动基站回传，传统的回传方案是将移动中心站的基带信号通过数字接口，从网络侧经OLT传输至远端ONU，其ONU类型为CBU（Cell Backhaul Unit,CBU），提供的接口类型通常为GE，时钟方案可采用带内1588V2和SyncE，或提供1PPS+ TOD时间接口[7]。但该方案受到了xPON上下行总带宽的限制，还需要寻找一种新的方案能够应对高总带宽的场景。

2　混合组网

现阶段中国各大运营商均大规模部署了xPON网络，FTTx已经规模接入到小区、大型商场、体育馆、高层写字楼等，这些场所通常是无线室内覆盖的盲点、热点，有刚性的深度覆盖需求。根据表1，目前已规模部署的xPON技术的最大传输距离为20km，下一代xPON技术可达40km甚至60km，在有效距离上也比较符合RoF的部署特点（50km）[3]。RoF同xPON的混合组网能够充分利用已部署的ODN网络，且RoF所使用波长规避xPON的波长（如图4所示）即不重叠，具有快速部署、维护方便、节省Capex效果显著等特点。

2.1混合组网形式

混合组网形式依据BBU同OLT是否共站址而有不同的组网形式：

①二者共站址时，RoF通过合分波器接入xPON网络，经过光分离器到达远端RRU单元，经过O/E变换后直接通过天线发送给最终用户。接收方向上RRU将接收到的用户信号经过E/O变换向回传送至BBU，从而完成信号的双工通信。当RRU同ONU共站点时需增加1∶2的光分离器，如图5所示。RoF的波长选择必须规避xPON所使用的波长。

图4　xPON的波长分配图

图5　BBU和OLT共站址的混合组网

②二者异站址时，合分波器件可位于ODN的某一分支上，如图6所示。

图6　BBU和OLT异站址的混合组网

2.2应用场景

RoF和xPON混合组网可应用的场景有居民小区、别墅区、CBD、医院、酒店、大型购物商城、体育馆、机场、火车站等等场合，并可以提供三网融合服务，如图7所示。

图7　RoF和xPON混合组网的应用场景

共站址的组网形式更适用于各种业务同运营商，或新建站点等场景，便于总体规划设计和维护。

异站址的组网形式更适用于各种业务来自不同运营商，或旧网改造等场景。

RoF具有对所传输射频信号透传特性，在不同的两种混合组网形式中，均支持后续业务平滑加载功能，可采用新的波长来加载某种业务或者接入某个运营商的新网络业务。

借助xPON已规模部署的ODN网络，运营商可以根据网络规划需要或某一用户的需求逐步通过RoF加载业务，选取不同类型的RRU即可用于以上场景的室外或室内覆盖。同时，RoF或xPON的部署顺序可以灵活处理。

2.3技术难点

RoF同xPON混合组网具有节约成本、部署快速和便于维护等优势，但实际部署时也存在一些技术难点，在规划、设计和部署时需要认真考虑。

①光调制技术：毫米光波的产生是RoF的关键技术之一，低成本高效率的光调制技术是实现规模部署的关键[8]。

②非线性效应：随着RRU终端的增加，光纤中所使用的波长数量和总的光功率也会增加，光纤和激光器的非线性效应也会随之增加，如四波混频（Four Wavelength Mix,FWM）和相位交叉调制（Cross-Phase Modulation,XPM）等，需要综合考虑波长规划、线路总的光功率预算和各波长的增益平衡。

③光功率预算：当RRU同ONU共站时，需要在线路中增加1：2光分离器，降低了抵达ONU和RRU的光功率，因而需要综合规划xPON和RoF的光功率预算，同时也需要兼顾成本因素，选取合理的光器件，或者增加合适的光放大器。

④无色光模块：混合组网中ONU和RRU均需要采用无色收发光模块，相对于各自单独部署，尤其终端数量较大时，成本会相应增加很多，需要运营商引导光模块厂家开发出低成本的无色光模块。

⑤维护：RoF和xPON混合组网后覆盖的用户密度将上升一个数量级，一旦出现断纤尤其主干光纤断纤等故障，会有大量的用户受到影响，因此需要考虑系统维护的时效性。因此，应该增加光线路检测手段，如果是同运营商，则可借助xPON系统（有些厂家OLT设备支持OTDR检测模块）的光线路诊断功能定位断纤位置，以便及时恢复服务；如果是异运营商，则需要在RoF系统设计时增加OTDR检测功能模块，需要克服ODN网络对OTDR的影响。

3　结束语

RoF和xPON的都是优秀的接入技术，应用于不同的场景，目前针对RoF和WDM-PON融合的研究较多[3,4,9]，但需要对OLT和ONU的整体架构进行重新设计，短期内难以实现商用。而二者混合组网能够较为快速地进行部署，并可灵活应用于不同的场景，而且不会对现有已部署的xPON造成大的影响，能有效保护运营商的投资。

目前RoF离规模部署还有待时日，但相信随着研究的不断深入和技术难点的解决，RoF和xPON的混合组网将会有更加广阔的应用前景，并支持未来向二者融合平滑过渡。

[1]XIAO Y,YU J.A novel WDM-RoF-PON Architecture based on 16QAM-OFDM Modulation for Bidirectional Access Networks[J].Optics Communications,2013(295):99-103.

[2]LIU Y,QI X,XIE L.Dual-beam Optically Injected Semiconductor Laser for Radio-over-Fiber Downlink Transmission with Tunable Microwave Subcarrier Frequency[J].Optics Communications,2013(292):117-122.

[3]SARUP V,GUPTA A.A Study of various Trends and Enabling Technologies in Radio over Fiber(RoF)Systems[J].Optik-International Journal for Light and Electron Optics.2015,126(20):2606-2611.

[4]GOWDA A S,DHAINI A R,KAZOVSKY L G,et al.Towards Green Optical/Wireless In-Building Networks:Radio-Over-Fiber[J].JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY.2014,32(20):3545-3556.

[5]蒋铭，沈成彬，金嘉亮.NG-PON2技术进展及其应用研究[J].电信科学,2014（6）：111-117.

[6]李俊玮，杨立伟.NG-PON2标准化进展及其技术方案[J].电信网技术，2013（10）：57-59.

[7]黄寅，李广成.GPON+PTN技术在移动回传网中的应用研究[J].电视技术，2011，35（14）:39-42.

[8]白娇.RoF系统中的关键技术研究与应用[D].北京：北京邮电大学电信工程学院，2007.

[9]杨立伟，李俊玮.基于RoF-PON融合的接入系统研究[J].电信网技术,2014（4）：48-52.

Discussion on integration of RoF and xPON

YANG Bin-bo1,LI Guang-cheng2
(1.Wuhan Research Institute of Posts and Telecommunications,Wuhan 43074,China；2.FiberHome Telecommunication Technologies Co.,Ltd.,Wuhan 430074,China）

As numerous optic fibers demanded for deploying Radio over Fiber(RoF)technology in 4G network,it is a logic proposal to find out how to utilize the deployed optic fibers underground efficiently.Firstly the essential key networking elements of both RoF and xPON were briefed,meanwhile the deficiency of conventional xPON in mobile backhaul application was concerned,and then based on the common points of them,the solution of integration of RoF and xPON is proposed,moreover,its networking methods,application scenarios and technical difficulties are further discussed as well.

radio over fiber,xPON,integration networking

TN915.62,TN915.65

A

1002-5561（2016）05-0001-04

10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2016.05.001

2015-12-25。

杨斌博（1979-），男，硕士，工程师，主要从事光通信系统研究。