江苏省邮电规划设计院有限责任公司 江苏南京 210019
摘要：针对新型无线网络架构C-RAN，探讨可行的传输解决方案。
关键词：C-RAN CPRI OTN/WDM 光纤直驱
1、引言
传统的无线接入网每个基站覆盖周边各自的小片区域，为达到良好的信号覆盖，运营商需要建设数量巨大的基站，这意味着高额的建设投资、站址配套、站址租凭以及维护费用，更多的资本开支（CAPEX）和运营开支（OPEX）；但实际上现有的基站的实际利用率还很低，网络的平均负载一般来说大大低于忙时负载，为充分利用空闲的基站处理能力，中国移动提出了基于集中式基带处理（baseband unit，BBU）池、由远端射频单元（Remote radio Heads，RRH）组成的协作式无线网络和基于开放平台的实时云型技术设施的无线接入网（Cloud radio access networks，C-RAN）。新型的无线网络架构对传输网络提出了新的要求，本文就C-RAN传输解决方案进行探讨。
2、C-RAN对传输网络的影响和需求分析
如上图所示，场景C 为传统无线架构，对应的传输方案为部署三层PTN网络（接入、汇聚、核心）。在C-RAN结构下（场景A和场景B），CPRI基带信号传输要求高带宽、低时延抖动和低频率抖动，现有PTN GE接入环已无法满足需求，CPRI具体的性能指标要求如下表所示。
CPRI信号的高带宽、高时间和频率同步精度要求对传输网络提出严峻挑战，结合当前传输技术发展情况，可考虑光纤直驱（适用于场景B：BBU部署的位置较低）和OTN/WDM接入环（适用于场景A：BBU部署在汇聚机房）两种传输解决方案，网络结构如下图所示。
3、两种传输解决方案优缺点分析
（1）光纤直驱
光纤直驱方案各项传输性能指标可满足CPRI要求，但是对光纤资源的消耗严重，实际操作中很难满足光纤直驱全网建设需求。适当的降低BBU的部署位置（即场景B），可大大减少接入层光纤的消耗，主要压力落在末端接入光纤上。
方案优点：
①方案简单、复杂度低；
②节省传输设备和接入机房成本；
③性能指标好；
方案缺点：
①光纤消耗严重，采用白光直驱时，每个站址需要1对光纤，同站址RRU可串联；采用彩光直驱时（BBU和RRU采用定制的彩光光模块，成本高），每4个站址需要1对光纤（采用无源的光分插复用器（OADM），4个RRU共用1对光纤，但传输距离受限，40Km光模块仅能传输约8km），同站址RRU可串联；
②环保护能力不足，CPRI协议环保护倒换时间200ms，业务中断达秒级（传输为50ms内），仅支持链路中断倒换，不支持帧丢失、性能劣化倒换。
③OAM欠缺，CPRI仅有面向短距传输的简单的无线侧OAM，缺乏传输OAM，网络运维能力不足。
（2）OTN/WDM接入环
OTN/WDM采用波分复用技术，在1对纤芯中传送不同波长的多路信号，大大的降低了纤芯资源的消耗，但由于引入有源设备，建设、维护成本相应增加；再者，CPRI信号针对短距光纤直驱设计，没有为传输技术预留余量，CPRI over OTN各项传输性能指标存在严峻考验。
方案优点：
①大大节省纤芯资源：每环（6～15个或更多站址）1对光纤（密波）或1~2对光纤（粗波）；
②完善的环网保护：倒换时间<50ms；支持链路中断、帧丢失、性能劣化等倒换；
③OAM机制：传输OAM，确保网络可靠性和运维能力；
④良好的可扩展性：全业务统一承载；
⑤传输距离长：满足80km以上传输；
方案缺点：
①建设维护成本高：WDM/OTN成本较高，单设备成本约为现网PTN的3～4倍，同时相应增加机房、用电和空调等配套建设及运维成本；
②传统OTN频率抖动为20PPm，无法满足CPRI信号0.002ppm的频率抖动要求，需采用两级锁相技术；
③OTN的业务映射、汇聚、串并变换、FEC等处理步骤引入时延和时钟抖动，导致性能指标劣化；
④在接入层部署OTN设备，对原有城域传送网架构带来较大的冲击，运营商面临新建OTN面临如何与现有PTN网络共存的问题。
以上两种传输解决方案各有利弊，实际应用中应根据场景的不同，结合网络资源情况进行合适的选择。由于现有技术和方案的局限性，应积极从无线技术、传输技术两个层面进行探索，研究更加契合C-RAN的传输解决方案。
4、其他解决思路
传输技术层面，研究改造和建设统一承载的UniPON平台，同时服务于移动网络和固网，有效利用PON的ODN（光分配网络）并提升承载业务的性能，使分布式基站传输能够更充分地利用PON的点对多点的光纤分配网资源，节约光纤和设备成本，并更易于管理。
无线技术层面，积极跟踪基带信号带宽压缩技术，最大限度的降低BBU和RRU之间的信号带宽，研究对现网改动较小的PTN承载远端部分基带处理的GSM C-RAN的可行性。
5、结束语
从无线技术的角度出发，C-RAN具有其独特的优势，如通过BBU集中化的方式可以极大减少基站机房数量，减少配套设备特别是空调的能耗；远端无线射频单元到用户的距离由于高密度的射频单元配置而缩小，从而在不影响网络整体覆盖的前提下可以降低发射功率，从而延长用户终端电池寿命和降低无线接入网络功耗；通过所有虚拟基站共享一个基带池，基带池中的处理资源可以动态调度以处理不同的RRU的基带信号，更适应移动通信系统中的潮汐效应，使得基带处理资源得到了最优利用，能耗自然降低。
C-RAN在成为移动运营商的选择的同时，对传送网的架构和技术提出了新的要求和挑战，本文主要从当前的传输技术水平出发，探讨满足C-RAN各项性能指标的传输解决方案。
参考文献
[1]中国移动通信研究院，C-RAN无线接入绿色演进白皮书
论文作者:杨涛,陈启章
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第36期
论文发表时间:2018/6/7
标签：光纤论文; 基带论文; 基站论文; 网络论文; 信号论文; 技术论文; 解决方案论文; 《建筑学研究前沿》2017年第36期论文;