芯耀
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5G時(shí)代的前傳承載鴨梨山大。一方面，5G NR大帶寬和Massive MIMO技術(shù)引入令5G前傳容量成倍增長(zhǎng)；另一方面，5G采用CU/DU集中式部署的C-RAN架構(gòu)，需通過(guò)前傳網(wǎng)絡(luò)連接多個(gè)AAU。
這意味著，如果采用傳統(tǒng)的光纖直連方案，5G前傳網(wǎng)絡(luò)將需要大量的光纖，不但部署成本高，且后期運(yùn)維復(fù)雜。因此，5G時(shí)代需探索創(chuàng)新前傳承載方案。
5G時(shí)代的前傳方案
5G時(shí)代的前傳方案主要有：光纖直連、無(wú)源WDM、半有源WDM和有源WDM。
光纖直連
即DU池與每個(gè)AAU之間直接采用光纖點(diǎn)到點(diǎn)組網(wǎng)，AAU和DU分別采用25Gbps灰光模塊。光纖直連方案實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但最大的問(wèn)題是光纖資源占用很多。
對(duì)于傳統(tǒng)帶三個(gè)扇區(qū)的單個(gè)宏站，在100MHz頻譜帶寬+64T64R配置下需要三個(gè)25Gbit/s eCPRI接口，6對(duì)25G光模塊，6根光纖（上下行各三根）；對(duì)于中國(guó)移動(dòng)160MHz的5G頻譜和電信聯(lián)通的200MHz共享5G頻譜，25G前傳接口數(shù)量需再翻倍。而在C-RAN組網(wǎng)架構(gòu)下，一個(gè)DU若帶幾十個(gè)AAU，那就需要幾百根光纖了。即使采用BiDi單纖雙向解決方案，可以節(jié)省一半的光纖資源，但在C-RAN架構(gòu)下，尤其是DU大集中場(chǎng)景下，仍然需要消耗大量的光纖資源。這對(duì)網(wǎng)絡(luò)部署效率、部署成本和后期網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，因此光纖直連方案基本不適合5G時(shí)代。
無(wú)源WDM
為了節(jié)省光纖資源，業(yè)界提出了WDM（波分復(fù)用）方案，即將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)復(fù)用到一根光纖中進(jìn)行傳送，發(fā)送端通過(guò)合波器將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)復(fù)用到一根光纖中傳送，接收端的分波器反之。WDM又主要分為無(wú)源WDM和有源WDM。
無(wú)源WDM主要由無(wú)源合分波器和彩光模塊組成，DU和AAU設(shè)備采用固定波長(zhǎng)的彩光模塊，DU前段和AAU站點(diǎn)上分別配置無(wú)源合分波器來(lái)完成WDM功能，從而利用一根或一對(duì)光纖實(shí)現(xiàn)多個(gè)AAU和DU之間的連接。
無(wú)源WDM的優(yōu)點(diǎn)：1）由于沒(méi)有負(fù)責(zé)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的有源設(shè)備，設(shè)備成本較低，且無(wú)需電源供電；2）無(wú)源WDM對(duì)前傳業(yè)務(wù)進(jìn)行透?jìng)魈幚?，幾乎沒(méi)有處理時(shí)延（不包括傳輸時(shí)延），可最大限度的支持DU和AAU之間的傳輸距離，無(wú)需與基站設(shè)備進(jìn)行互操作測(cè)試。
無(wú)源WDM的缺點(diǎn)：1）由于采用固定波長(zhǎng)的彩光模塊，每個(gè)AAU使用不同的波長(zhǎng)，會(huì)增加前期波長(zhǎng)規(guī)劃與管理的工作量，為此，業(yè)界提出了支持多個(gè)波長(zhǎng)自動(dòng)配置的可調(diào)諧彩光模塊技術(shù)，但目前存在成本較高的問(wèn)題；2）缺少OAM機(jī)制和保護(hù)機(jī)制，運(yùn)維管理較困難。
有源WDM
有源WDM也采用無(wú)源WDM中使用的無(wú)源組件，但與無(wú)源WDM不同的是，它增加了光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換單元等有源組件，在AAU站點(diǎn)和DU機(jī)房配置了有源WDM/OTN設(shè)備，來(lái)完成非特定波長(zhǎng)與特定波長(zhǎng)之間的光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換，再通過(guò)彩光接口和無(wú)源合分波器在多個(gè)AAU和DU之間實(shí)現(xiàn)單根光纖復(fù)用不同波長(zhǎng)的光信號(hào)。
有源WDM的優(yōu)點(diǎn)：1）擁有完善的OAM管理、性能監(jiān)控、故障診斷等功能，提供保護(hù)和鏈路自動(dòng)倒換機(jī)制；2）由于AAU側(cè)采用灰光模塊，無(wú)需復(fù)雜的波長(zhǎng)規(guī)劃和管理；3）相比無(wú)源WDM，組網(wǎng)方式更自由，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和環(huán)狀組網(wǎng)。
有源WDM的缺點(diǎn)：1）有源WDM/OTN設(shè)備成本相對(duì)較高；2）有源WDM需電源供電才能運(yùn)行，在AAU側(cè)部署時(shí)可能會(huì)受限于站址空間、遠(yuǎn)端供電等問(wèn)題；3）有源組件可能會(huì)帶來(lái)處理時(shí)延和抖動(dòng)。
半有源WDM
顧名思義，半有源WDM綜合了上面兩種方案的特點(diǎn)，旨在兼顧兩者的優(yōu)點(diǎn)，在DU側(cè)采用有源WDM設(shè)備，在AAU側(cè)采用彩光模塊和無(wú)源WDM設(shè)備。
5G前傳WDM技術(shù)
我們先來(lái)聊聊光通信的工作波段，如下圖所示，其位于近紅外區(qū)域，波長(zhǎng)范圍為1000-1675nm，主要分為T波段、O波段、E波段、S波段、C波段、L波段、U波段。
其中，由于不同波段傳輸損耗和色散代價(jià)不同，T波段、E波段和U波段傳輸損耗大，難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，尚未投入實(shí)際使用，當(dāng)前光通信系統(tǒng)研究和產(chǎn)品主要集中在O波段、S波段、C波段和L波段。
對(duì)于5G前傳，考慮到其色散問(wèn)題和成本等因素，有CWDM、LWDM、MWDM、DWDM等幾種技術(shù)方案，主要占用C波段和O波段。
CWDM
ITU-T G.694.2標(biāo)準(zhǔn)為CWDM在1271-1611nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)定義了18個(gè)可用波長(zhǎng)，包括O波段、E波段、S波段、C波段和L波段，間隔為20nm。但綜合考慮色散、產(chǎn)業(yè)成熟度、成本等因素，目前比較成熟的5G前傳方案主要采用1271、1291、1311、1331、1351、1371這6個(gè)波長(zhǎng)，前5波屬于O波段，第6波屬于E波段。業(yè)界通常稱為前6波。
如果采用6個(gè)波長(zhǎng)，意味著5G NR 200MHz帶寬下，一個(gè)帶三扇區(qū)的5G站點(diǎn)需兩根光纖連接DU與AAU，因此需擴(kuò)展到12個(gè)波長(zhǎng)，即增加1471、1491、1511、1531、1551、1571這6個(gè)波長(zhǎng)，業(yè)界通常稱為后6波。
不過(guò)，由于前6波的色散代價(jià)較低，只需低成本的DML激光器和PIN接收器，就可滿足鏈路功率預(yù)算需求；而后6波由于色散代價(jià)較高，需在發(fā)端采用成本較高的EML激光器，在收端采用性能更好、接收靈敏度更高的APD管，來(lái)補(bǔ)償色散代價(jià)，成本更高，也需要成熟的產(chǎn)業(yè)鏈支持。
DML（Directly Modulated Laser，直接調(diào)制器激光器），EML（Electlro-absorption Modulated Laser，電吸收調(diào)制激光器），是光模塊的兩種調(diào)制方式，DML通過(guò)直接控制通過(guò)激光器的電流來(lái)發(fā)出不同強(qiáng)度的光，EML通過(guò)外調(diào)制器改變通光的比例來(lái)得到不同強(qiáng)度的光，經(jīng)過(guò)激光器的是恒定的電流。PIN及APD管指的光模塊ROSA接收端的二極管。
DWDM
如上所述，WDM將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)復(fù)用到一根光纖中傳輸，可使用的波長(zhǎng)越多，一根光纖上可承載的信號(hào)也就越多。為了使用更多的波長(zhǎng)，需要將某個(gè)波段劃分為更窄的波長(zhǎng)間隔。波長(zhǎng)間隔越窄，一根光纖上可承載的信號(hào)越多，但對(duì)濾光、復(fù)用/解復(fù)用等光器件要求越精密，成本更高；反之亦然。
DWDM的波長(zhǎng)間隔遠(yuǎn)小于CWDM，減小到0.8nm或更小，波長(zhǎng)范圍為1525-1565nm（C波段）和1570-1610nm （L波段），波長(zhǎng)數(shù)量達(dá)40、80或更多，不僅具備波長(zhǎng)資源豐富、帶寬和容量大的優(yōu)勢(shì)，還可通過(guò)放大器進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸，通常應(yīng)用于長(zhǎng)途大容量通信、核心網(wǎng)、骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)等場(chǎng)景。
5G前傳場(chǎng)景中，DWDM可采用具備端口波長(zhǎng)無(wú)關(guān)、波長(zhǎng)自適配能力的波長(zhǎng)可調(diào)諧光模塊方案，可降低波長(zhǎng)規(guī)劃和管理復(fù)雜度，提高業(yè)務(wù)開通效率。但由于DWDM波長(zhǎng)處于色散代價(jià)較高的區(qū)域，激光器僅能使用EML激光器方案，成本較高。同時(shí)，需要低成本的可調(diào)諧光模塊。
LWDM
LWDM的全稱是LAN-WDM，波長(zhǎng)間隔約4.4nm（800GHz），劃分了8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)，包括前4波：1295.56nm、1300.05nm,、1304.58nm、1309.14nm，后4波：1273.54nm、1277.89nm、1282.26nm、1282.66nm。為了擴(kuò)展到12波，在8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)的基礎(chǔ)上新增了4個(gè)波長(zhǎng)：1269.23nm、1332.41.nm、1313.73nm、1291.10nm，一共形成12個(gè)波長(zhǎng)。
LWDM用O波段，波長(zhǎng)間隔更緊密，色散代價(jià)低，成本適中，8個(gè)標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈較為成熟，但要擴(kuò)展到12波，仍然需要產(chǎn)業(yè)鏈上下游大力支持。
由于光模塊激光器的波長(zhǎng)會(huì)隨著溫度產(chǎn)業(yè)漂移，對(duì)于波長(zhǎng)間隔為20nm的CWDM，有足夠的隔離度，不需要專門的TEC溫控，但不管是DWDM還是LWDM，由于波長(zhǎng)間隔較小，都需要TEC溫控，因此CWDM相比DWDM和LWDM在這方面更具成本優(yōu)勢(shì)。
MWDM
MWDM屬于波長(zhǎng)創(chuàng)新方案，其重用了CWDM的前6波，利用激光器波長(zhǎng)隨溫度發(fā)生偏移的特性，采用溫度調(diào)諧將前6波左右各偏移3.5nm擴(kuò)展到12個(gè)波長(zhǎng)，從而可實(shí)現(xiàn)在5G NR 160M/200M帶寬下一站一芯就可滿足5G前傳需求。
MWDM可重用CWDM前6波產(chǎn)業(yè)鏈成熟的DML激光器設(shè)計(jì)，利于控制成本，但相比CWDM，MWDM需增加TEC溫控來(lái)控制波長(zhǎng)漂移。另外，MWDM的后4波因色散代價(jià)較高，需APD管來(lái)補(bǔ)償色散代價(jià)，這意味著比前8波采用PIN接收器的成本更高。
