前傳技術(shù)方案 - 5G來襲 解析高密度無線系統(tǒng)的前傳方案

前傳技術(shù)方案

一、光纖直連方案：

顧名思義，RRU與BBU之間的CPRI接口采用光纖直接連接。目前CPRI光模塊由基站設(shè)備供應(yīng)商統(tǒng)一提供，無需考慮光模塊的互通問題。

為了節(jié)省一半的光纖資源，業(yè)界提出了單纖雙向的解決方案。單纖雙向就是指雙方向的數(shù)據(jù)信號采用不同的波長在一根光纖中傳送。由于雙方向各須增加一個波長選擇濾波器，透過發(fā)送波長，折射接收波長，因此，成本較單纖單向光模塊有所增加。

光纖直連方案實現(xiàn)簡單，但最大的問題就是光纖資源占用很多，即使采用單纖雙向方案，光纖資源的占用量仍然不容忽視，在光纖資源緊張的區(qū)域，不宜采用此方案。另外，目前基站對于CPRI光接口的管理功能還比較弱，保護機制不完善。

二、WDM方案：

這個方案是利用波分復(fù)用特性，將多個CPRI鏈路采用不同的波長承載，然后再復(fù)用到一根光纖中，以達到節(jié)省光纖資源的目的。WDM方案有兩種實現(xiàn)方案。

WDM承載設(shè)備方案：采用小型化的WDM承載設(shè)備實現(xiàn)CPRI鏈路的承載。由于BBU和RRU通過CPRI接口與WDM承載設(shè)備直接連接，基站設(shè)備只需選用短距光模塊即可。WDM承載設(shè)備具備組網(wǎng)能力，可以為CPRI鏈路提供保護機制。

此種方案有兩種實現(xiàn)方式，一種是成幀方案即將CPRI信號映射到OTN幀結(jié)構(gòu)后再轉(zhuǎn)換成彩光信號實現(xiàn)波分復(fù)用，一種是非成幀方案即直接將CPRI信號轉(zhuǎn)為彩光后實現(xiàn)波分復(fù)用。由于實現(xiàn)方式不同，兩類設(shè)備在功能和性能上存在差異。

1． 信號封裝到OTN幀的實現(xiàn)方案可支持更好的管理，可以提高前傳網(wǎng)絡(luò)的可管理性和可靠性；同時，由于成幀操作，絕對時延和時延精度有所劣化。

2． CPRI信號不封裝到OTN幀的實現(xiàn)方案可保證很小的絕對時延和時延精度，但是由于無法監(jiān)測誤碼，無法在線路性能劣化時執(zhí)行倒換。

CPRI彩光方案：基站CPRI接口采用彩光模塊，通過無源的合分波器實現(xiàn)波分復(fù)用，無需配置承載設(shè)備。CPRI彩光方案的優(yōu)勢如下：

1． 相對于普通CRPI光纖直連方案，CPRI彩光模塊的傳輸距離更長，且可以通過WDM方式節(jié)約光纖資源；

2． 相對于WDM方案，可以減少BBU／RRU設(shè)備與WDM設(shè)備之間的白光互聯(lián)光模塊，降低建設(shè)成本。

但是，CPRI彩光方案目前尚處于萌芽期，網(wǎng)管能力、保護能力仍處于未知狀態(tài)，維護問題能否解決也是影響其未來應(yīng)用的關(guān)鍵因素。不過由于彩光方案全程無源、使用簡單并且支持波分復(fù)用等優(yōu)勢，目前也是業(yè)界比較看好的前傳方案。

三、WDM－PON承載方案：

WDM－PON由于接入用戶帶寬需求不足，一直進展較慢，近期隨著CPRI承載和用戶帶寬需求的迅速增長，業(yè)界也開始考慮把WDM－PON作為承載CPRI信號的技術(shù)方案之一。

WDM－PON的一個最大特點就是波長獨立，不同波長通道可采用不同協(xié)議、速率、碼型，承載不同業(yè)務(wù)，這將為CPRI的承載減少光纖和專用設(shè)備。在性能上，CPRI的需求遠比普通用戶接入嚴格得多，因此WDM－PON需要簡化協(xié)議和封裝的流程，來滿足CPRI對于時延和抖動的需求。對于CPRI的信號可以采用直接透傳，或者將CPRI信號做簡單處理后封裝進以太網(wǎng)幀進行傳輸。目前WDM－PON承載CPRI的技術(shù)方案還處于起步階段，ITU－T15組的Q2正在進行相關(guān)的標準化工作。

面向5G的下一代前傳接口 5G每基站帶寬是4G的1000倍＝10x基站密度x10x載波帶寬x10x頻譜效率，通常來講，拋開基站密度因素，每基站所需帶寬是4G的30～50倍。按照通常的5G模型分析，如果繼續(xù)沿用CPRI格式的前傳接口，前傳帶寬有可能達到1Tbit／s以上，不管經(jīng)濟上還是技術(shù)上前傳將變得無法負擔，因此對CPRI接口進行優(yōu)化刻不容緩。

NGFI是指下一代無線網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備中基帶處理功能與遠端射頻處理功能之間的前傳接口，基本特征是重新定義了BBU和RRU的功能，將部分BBU處理功能移至RRU上，進而導(dǎo)致BBU和RRU的形態(tài)改變，重構(gòu)后分別重定義名稱為RCC（Radio Cloud Center，無線云中心）和RRS（Radio Remote System，射頻拉遠系統(tǒng)），并且基于分組交換協(xié)議將前傳由4G的點對點接口重新定義為多點對多點的移動前傳網(wǎng)絡(luò)。NGFI的架構(gòu)如圖2所示。

圖2 NGFI的架構(gòu)

RCC和RRS的劃分有很多種方式，包括：

1）2層內(nèi)部劃分－LOW MAC／HIGH MAC

2）MAC／PHY劃分

3） Bit－level／Symbol－level劃分

4） Symbol－level／Sample－level

5）Baseband／RF劃分

不同劃分方式會帶來不同的前傳帶寬和時延要求，一般兩者不可兼?zhèn)?。需要帶寬小的劃分方式會有更嚴格的時延要求，另外由于更多功能轉(zhuǎn)移到了遠端設(shè)備，也會帶來遠端設(shè)備的復(fù)雜化。因此，在未來使用的時候需要根據(jù)具體需求在各種方案之間進行權(quán)衡。目前國內(nèi)外主流運營商都傾向于前傳帶寬不超過25Gbit／s，這樣可以充分利用將要出爐的25G以太網(wǎng)標準和成熟的100G光模塊產(chǎn)業(yè)鏈（4×25G）。

標準化方面，2015年10月成立了IEEE1914任務(wù)組，研究NGFI的需求和架構(gòu)。任務(wù)組由中國移動主導(dǎo)，國內(nèi)廠家包括烽火、中興在內(nèi)，共45個成員，目前就應(yīng)用場景、應(yīng)用需求、關(guān)鍵指標等提出了很多想法。另外IEEE定義了用以太網(wǎng)傳輸CPRI信號的幀結(jié)構(gòu)的IEEE1904．3標準，今年該標準會轉(zhuǎn)移到IEEE1914任務(wù)組中，這也是業(yè)界比較看好的用以太網(wǎng)幀格式稍作修改承載5G前傳的標準。