面向5G时代的光纤复用设备建设策略研究
发布时间：2020-06-12 10:53:10 热度：3891
6/12/2020，光纤在线讯，随着5G时代的到来，大规模的基站建设工程必不可少，传输资源变得越来越紧缺。本文根据光复用设备的工作原理，对应用光复用设备的各类实例建设方案进行了分析，并给出了应用价值，能有效实现快速建站的目的。
引言
纵观移动通信社会的发展，人们对更高性能的网络追求从未停止，伴随着物联网、车联网等新型技术的兴起，万物互联时代即将来临，目前以4G网络形态为主的通信网络将无法满足海量设备连接、爆炸性数据流量增长等需求，因此，5G必将应运而生，大规模的5G网络的建设变得越来越迫切[1] 。但是考虑当前传送网络承载能力的问题，大规模建站一定会带来大量占用纤芯资源的情况，注定会给整个传送网络带来重大负荷。
另外，传送网构建存在物业协调困难、再生周期长等问题，因此利用纤芯复用产品实现接入网光缆快速重构变得尤为重要。
本文为了满足5G建设需求，提出了采用光纤复用设备实现光缆快速重构的建设方案。该方案能有效解决传送网光缆纤芯资源不足但需要快速完成业务接入的问题，能将接入业务需求承载在有限的纤芯资源上，从而释放出空闲纤芯完成其他业务接入。
光纤复用设备工作模型及建设方法
光纤复用设备实质上是利用粗波分的8～16个波长，将其进行波分复用，能把不同波长的光信号合成为一束光，在接收端再分解，从而实现单纤多波分 [2] [3] 。目前市场上主要厂商包括瑞斯康达、烽火等，新型的光纤复用设备产品主要有1:6聚合、1:8聚合、1:12聚合和1:18聚合4种类型，波长在1271nm至1611nm之间，可合成或分离的波道数量分别为6、8、12和18。最高传输容量可达80Gbit/s，支持2G、3G、4G和5G等多种网络频段。这种新型的光纤复用设备与老式波分复用设备相比，技术上更为先进，设备外观、品质、形态等方面都变得更为精致，可应用在各类网络建设环境，从而可多途径进行部署，能及时缓解大规模建站带来的纤芯不足问题。
在4G网络基站建设方案中，各大运营商对基站按照物理位置和站型大小等方式进行了分类，本文按照宏站、微小站和室分站进行分类，其中以宏站为例来说明光纤复用设备的建设策略，首先我们定义基带处理单元简称为BBU、射频处理单元简称为RRU，BBU与RRU之间通过光模块传递光信号，RRU与天线之间通过馈线等进行连接，将信号放大形成3个扇区，从而达到信号覆盖效果，因此，我们在本文将组成一个基站的3个RRU认为是一组，并定义为一个光方向。
如图1所示，一套1:6聚合的光复用设备由2个光纤扩展器组成，网络建设策略是在已经定义的每个光方向上使用一套，纤芯资源快速完成扩容，具体方案是将匹配的光纤扩展器放置于近端BBU侧，为接入对应的3个RRU，在BBU中选择三个光口，分别使用波长为1271nm、1311nm、1351nm的10Gbit/s彩光光模块进行连接。此时， 3个光口的业务通过波分复用技术收敛在线路侧的单芯双向光纤上，并通过光纤传达至远端RRU处的光交箱内。为将光信号继续传送至远端RRU，在光交箱内放置另外1个光纤扩展器，然后再次分别通过1291nm、1331nm、1371nm的10Gbit/s彩光光模块与RRU相连，实现近端BBU与远端RRU之间的光路互通，从而完成网络建设。
图1 光纤复用设备（1:6聚合）应用模型
光纤复用设备在5G建设中的应用场景
光纤复用设备在4G网络中的应用越来越成熟，在错综复杂的5G网络建设场景中，也可通过应用光纤复用设备实现快速光缆重构，采用一对或一根光纤实现多个AAU到BBU（CU+DU）间的连接，达到快速建设5G网络的目的[4][5]。
3.1地铁隧道5G网络建设场景
地铁作为人流量密集的区域，5G网络建设必不可少，但在实际工程建设中，传输光缆资源建设往往由地铁方建设，地铁公司业主方往往需考虑三家运营商共建模式投入成本进行光缆建设，从而导致在部署5G网络时协调补缆难度较大。
因此，为加速完成5G网络建设，在运营商中提前部署重点区域5G建设，可在地铁“A站（近端BBU）”至“B站（远端AAU）”传输线路段利用光纤复用设备对原有纤芯资源扩容，实现快速重构，具体建设方案如图2所示，利用1:12聚合光纤复用设备，从地铁现网中挖掘出原有近端BBU和远端AAU之间的光纤资源，再通过波分复用技术将光信号传送至1条光纤中进行传输，纤芯资源仅耗费1芯即可完成网络建设，对于高密度组网的5G网络有极强的扩展性，有利于在地铁特殊场景下快速大规模部署5G网络。
图2 地铁网络光纤优化场景
3.2 基于C-RAN的5G接入网建设场景
当前C-RAN是新研究出的一种无线接入的网络架构，其基带处理单元集中部署，形成基带单元池，可减少物理机房数量，从而减少机房占用空间、减少建设投入资金。利用高速光传输网络和分布式的远端无线模块，可实现多个小区之间的分层协作，达到资源共享和动态调度的目的，构建优质、高速、低耗无线网络。
在4G网络时代，受传输资源限制和早期建站模式的影响，C-RAN在基站建设中未能大规模应用，但是在后4G时代，面对互联网企业迅猛发展所带来的巨大挑战，运营商在能耗、运维成本等方面已提出了降本增效、持续利润增长的概念，部分省份已经开始采用CRAN方式建站。因此，在5G时代，网络组网方案采用C-RAN接入网架构将成为一种趋势，但是在这种建设模式下，传送网光纤资源需求较大，面对激烈的市场竞争，急需对光纤资源进行快速重构，实现快速建站。
如图3所示，传统式建网方式中传输设备形成环状，各建设站点BBU设备是四处分散分布，不集中放置，因此只需占用环路上2芯光纤即可；C-RAN建网方式则是将多个站点对应的BBU进行集中化处置，即将BBU集中放置在某个地理位置良好、适合接入的机房内，形成BBU池，这种池化机房我们称之为C-RAN机房，图3所示BBU池共计放置BBU数量3台，下挂AAU（或RRU）数量9个，根据计算所需的纤芯资源达到了18芯，若采用直连光缆无法快速完成网络建设。
图3 C-RAN建设模式
如图4所示为解决该建设模式下的问题，网络建设时将18芯光纤需求收敛在光纤复用设备（1:18聚合）中，仅占用1芯环路共享光纤完成传输，节省了大量纤芯资源，能快速重构光缆资源，快速完成C-RAN网络建设。
图4 C-RAN基站光纤资源优化场景
3.3 室内分布系统5G建设场景
室内分布系统作为5G网络覆盖的重要场景之前，在实际建设过程中存在大量需求光纤资源的情况，但是考虑到室分建设场景的复杂性，往往出现如竖井管道内光缆资源被监控对讲等设备利用，导致光纤资源不足；基建建设未预留足够空间敷设新光缆资源等问题。
为解决这些问题，在快速部署5G网络时，可采用光纤复用设备实现光缆快速重构，达到建设要求，如图2.3所示，某5G室内分布系统建设方案中，通过计算发现原有AAU需占用36芯纤芯资源，但现场情况无法满足相应需求，通过使用光纤复用设备（1:6聚合）后，占用光交箱中的6芯光缆即可完成建设，从而节省了30芯纤芯资源。
图5楼宇室分光纤资源优化场景
3.4高速铁路等5G覆盖场景
随着高速铁路等特殊高速场景的发展，未来交通系统将向速度更快、更便利方向发展，5G网络相比于4G网络，能支持500km/h的高铁时速，接口时延也减少了90%，能更好的满足高速交通网络建设的需要。
在高速铁路5G网络建设中，BBU-AAU拉远模式是主要的网络建设方案，在此方案下，高铁网络覆盖方式是采用多个AAU小区进行合并形成单一小区的方式组网，对应单一小区内的所有AAU只能拉远接入到合并小区机房中的BBU中。另外，考虑到高铁经过的区域、地貌等特点，往往跨段较长，越长跨度对应的AAU合并数量就越多，纤芯资源的消耗也越大。因此，在这种场景下，同样可以考虑利用光复用设备节省纤芯资源，实现快速建设的目的。如某市高铁建设组网图6所示，机房BBU池下拉9个远端AAU，共需消耗18芯光纤，通过利用光纤复用设备（1:6聚合），只需3芯光纤即可实现建设，节省大量纤芯资源。
图6 高铁沿线光纤优化应用场景
光缆快速重构方案应用价值
光纤复用设备作为一种新型的设备，采用的是插片式分光器结构，设计、生产、采购方式均满足运营商的管理规范。作为无源设备，光纤复用设备无需改变原有有源设备网络架构，只需安装在基站侧和光交箱中连接有源设备即可，能满足各类建设场景需求，并且具有较强的可扩展能力。
在网络建设方面，面对光纤资源匮乏地区，无条件新敷设光纤的场景，传统建设方案无法满足工期需求等情况，采用光复用设备能完成光缆快速重构，减少纤芯资源消耗，可大幅缩短建站时间，实现快速、大规模建站。但是若频繁使用光纤复用设备，可能会出现多个小区同时故障断网情况，因此需综合评估区域的实际情况确定建设方案。
在成本管理方面，大规模5G网络建设时代即将来临，工程建设将面临周期紧、工作量大、资源少等问题，光纤复用设备的应用可大量减少新建光缆带来的物业沟通成本、建设时间成本、管道光缆施工成本。但是引入新型设备后，势必也将增加使用者的培训和返工工作，从而也会带来一定的人力成本消耗。因此需要综合评估单项工程造价，确保使用后具有节省建设成本的作用。
在维护方面，每个厂家的光纤复用设备中的波分复用器件的特性是不同的，良好的光纤复用设备光学性能指标较好，传输通道透明，彩光光模块具有低插入损耗的特点，可实现即插即用，无需业务配置，因此在维护层面，应尽量选择合适的厂家并准备足够的备品备件完成维护工作，维护可靠性才能得到保证[6]。
结束语
目前5G网络建设正处于技术验证和试验网建设阶段，但随着客户对网络的需求，大规模大范围的5G网络建设离我们越来越近。本文探讨了面向5G网络建设中利用光纤复用设备实现接入网光缆快速重构的方案，该方案对网络快速建设和降低成本带来了很大好处，然后对相关5G建设场景的实际案例进行了详细分析，最后指出了该建设方案的应用价值，对未来5G网络建设具有一定的参考价值。
参考文献
[1]沈爱国,5G 无线网络基站建设模式探讨[J].电信快报,2018(7):17-25
[2]丁龙,刚马虹.DWDM技术进展及光复用器[J].2004. 电力系统通信, 2013 (1): 40-43.
[3]谢全慧. 光纤接入网的构成及接入网光复用技术选择[J]. 科技资讯, 2016: 64-65.
[4]刘智勇. E1无源光复用技术在运营商PDH改造项目中的应用[J]. 中国新通信, 2010: 82-85.
[5]金亮亮,毛培法,张江鑫.光复用技术及其在光纤通信系统中的应用[J]. 通信技术. 2002(11)
[6]苏航.光纤通信系统的故障排除与日常维护[J]. 广西通信技术. 2018(01)
来源：移动Labs
引言
纵观移动通信社会的发展，人们对更高性能的网络追求从未停止，伴随着物联网、车联网等新型技术的兴起，万物互联时代即将来临，目前以4G网络形态为主的通信网络将无法满足海量设备连接、爆炸性数据流量增长等需求，因此，5G必将应运而生，大规模的5G网络的建设变得越来越迫切[1] 。但是考虑当前传送网络承载能力的问题，大规模建站一定会带来大量占用纤芯资源的情况，注定会给整个传送网络带来重大负荷。
另外，传送网构建存在物业协调困难、再生周期长等问题，因此利用纤芯复用产品实现接入网光缆快速重构变得尤为重要。
本文为了满足5G建设需求，提出了采用光纤复用设备实现光缆快速重构的建设方案。该方案能有效解决传送网光缆纤芯资源不足但需要快速完成业务接入的问题，能将接入业务需求承载在有限的纤芯资源上，从而释放出空闲纤芯完成其他业务接入。
光纤复用设备工作模型及建设方法
光纤复用设备实质上是利用粗波分的8～16个波长，将其进行波分复用，能把不同波长的光信号合成为一束光，在接收端再分解，从而实现单纤多波分 [2] [3] 。目前市场上主要厂商包括瑞斯康达、烽火等，新型的光纤复用设备产品主要有1:6聚合、1:8聚合、1:12聚合和1:18聚合4种类型，波长在1271nm至1611nm之间，可合成或分离的波道数量分别为6、8、12和18。最高传输容量可达80Gbit/s，支持2G、3G、4G和5G等多种网络频段。这种新型的光纤复用设备与老式波分复用设备相比，技术上更为先进，设备外观、品质、形态等方面都变得更为精致，可应用在各类网络建设环境，从而可多途径进行部署，能及时缓解大规模建站带来的纤芯不足问题。
在4G网络基站建设方案中，各大运营商对基站按照物理位置和站型大小等方式进行了分类，本文按照宏站、微小站和室分站进行分类，其中以宏站为例来说明光纤复用设备的建设策略，首先我们定义基带处理单元简称为BBU、射频处理单元简称为RRU，BBU与RRU之间通过光模块传递光信号，RRU与天线之间通过馈线等进行连接，将信号放大形成3个扇区，从而达到信号覆盖效果，因此，我们在本文将组成一个基站的3个RRU认为是一组，并定义为一个光方向。
如图1所示，一套1:6聚合的光复用设备由2个光纤扩展器组成，网络建设策略是在已经定义的每个光方向上使用一套，纤芯资源快速完成扩容，具体方案是将匹配的光纤扩展器放置于近端BBU侧，为接入对应的3个RRU，在BBU中选择三个光口，分别使用波长为1271nm、1311nm、1351nm的10Gbit/s彩光光模块进行连接。此时， 3个光口的业务通过波分复用技术收敛在线路侧的单芯双向光纤上，并通过光纤传达至远端RRU处的光交箱内。为将光信号继续传送至远端RRU，在光交箱内放置另外1个光纤扩展器，然后再次分别通过1291nm、1331nm、1371nm的10Gbit/s彩光光模块与RRU相连，实现近端BBU与远端RRU之间的光路互通，从而完成网络建设。
图1 光纤复用设备（1:6聚合）应用模型
光纤复用设备在5G建设中的应用场景
光纤复用设备在4G网络中的应用越来越成熟，在错综复杂的5G网络建设场景中，也可通过应用光纤复用设备实现快速光缆重构，采用一对或一根光纤实现多个AAU到BBU（CU+DU）间的连接，达到快速建设5G网络的目的[4][5]。
3.1地铁隧道5G网络建设场景
地铁作为人流量密集的区域，5G网络建设必不可少，但在实际工程建设中，传输光缆资源建设往往由地铁方建设，地铁公司业主方往往需考虑三家运营商共建模式投入成本进行光缆建设，从而导致在部署5G网络时协调补缆难度较大。
因此，为加速完成5G网络建设，在运营商中提前部署重点区域5G建设，可在地铁“A站（近端BBU）”至“B站（远端AAU）”传输线路段利用光纤复用设备对原有纤芯资源扩容，实现快速重构，具体建设方案如图2所示，利用1:12聚合光纤复用设备，从地铁现网中挖掘出原有近端BBU和远端AAU之间的光纤资源，再通过波分复用技术将光信号传送至1条光纤中进行传输，纤芯资源仅耗费1芯即可完成网络建设，对于高密度组网的5G网络有极强的扩展性，有利于在地铁特殊场景下快速大规模部署5G网络。
图2 地铁网络光纤优化场景
3.2 基于C-RAN的5G接入网建设场景
当前C-RAN是新研究出的一种无线接入的网络架构，其基带处理单元集中部署，形成基带单元池，可减少物理机房数量，从而减少机房占用空间、减少建设投入资金。利用高速光传输网络和分布式的远端无线模块，可实现多个小区之间的分层协作，达到资源共享和动态调度的目的，构建优质、高速、低耗无线网络。
在4G网络时代，受传输资源限制和早期建站模式的影响，C-RAN在基站建设中未能大规模应用，但是在后4G时代，面对互联网企业迅猛发展所带来的巨大挑战，运营商在能耗、运维成本等方面已提出了降本增效、持续利润增长的概念，部分省份已经开始采用CRAN方式建站。因此，在5G时代，网络组网方案采用C-RAN接入网架构将成为一种趋势，但是在这种建设模式下，传送网光纤资源需求较大，面对激烈的市场竞争，急需对光纤资源进行快速重构，实现快速建站。
如图3所示，传统式建网方式中传输设备形成环状，各建设站点BBU设备是四处分散分布，不集中放置，因此只需占用环路上2芯光纤即可；C-RAN建网方式则是将多个站点对应的BBU进行集中化处置，即将BBU集中放置在某个地理位置良好、适合接入的机房内，形成BBU池，这种池化机房我们称之为C-RAN机房，图3所示BBU池共计放置BBU数量3台，下挂AAU（或RRU）数量9个，根据计算所需的纤芯资源达到了18芯，若采用直连光缆无法快速完成网络建设。
图3 C-RAN建设模式
如图4所示为解决该建设模式下的问题，网络建设时将18芯光纤需求收敛在光纤复用设备（1:18聚合）中，仅占用1芯环路共享光纤完成传输，节省了大量纤芯资源，能快速重构光缆资源，快速完成C-RAN网络建设。
图4 C-RAN基站光纤资源优化场景
3.3 室内分布系统5G建设场景
室内分布系统作为5G网络覆盖的重要场景之前，在实际建设过程中存在大量需求光纤资源的情况，但是考虑到室分建设场景的复杂性，往往出现如竖井管道内光缆资源被监控对讲等设备利用，导致光纤资源不足；基建建设未预留足够空间敷设新光缆资源等问题。
为解决这些问题，在快速部署5G网络时，可采用光纤复用设备实现光缆快速重构，达到建设要求，如图2.3所示，某5G室内分布系统建设方案中，通过计算发现原有AAU需占用36芯纤芯资源，但现场情况无法满足相应需求，通过使用光纤复用设备（1:6聚合）后，占用光交箱中的6芯光缆即可完成建设，从而节省了30芯纤芯资源。
图5楼宇室分光纤资源优化场景
3.4高速铁路等5G覆盖场景
随着高速铁路等特殊高速场景的发展，未来交通系统将向速度更快、更便利方向发展，5G网络相比于4G网络，能支持500km/h的高铁时速，接口时延也减少了90%，能更好的满足高速交通网络建设的需要。
在高速铁路5G网络建设中，BBU-AAU拉远模式是主要的网络建设方案，在此方案下，高铁网络覆盖方式是采用多个AAU小区进行合并形成单一小区的方式组网，对应单一小区内的所有AAU只能拉远接入到合并小区机房中的BBU中。另外，考虑到高铁经过的区域、地貌等特点，往往跨段较长，越长跨度对应的AAU合并数量就越多，纤芯资源的消耗也越大。因此，在这种场景下，同样可以考虑利用光复用设备节省纤芯资源，实现快速建设的目的。如某市高铁建设组网图6所示，机房BBU池下拉9个远端AAU，共需消耗18芯光纤，通过利用光纤复用设备（1:6聚合），只需3芯光纤即可实现建设，节省大量纤芯资源。
图6 高铁沿线光纤优化应用场景
光缆快速重构方案应用价值
光纤复用设备作为一种新型的设备，采用的是插片式分光器结构，设计、生产、采购方式均满足运营商的管理规范。作为无源设备，光纤复用设备无需改变原有有源设备网络架构，只需安装在基站侧和光交箱中连接有源设备即可，能满足各类建设场景需求，并且具有较强的可扩展能力。
在网络建设方面，面对光纤资源匮乏地区，无条件新敷设光纤的场景，传统建设方案无法满足工期需求等情况，采用光复用设备能完成光缆快速重构，减少纤芯资源消耗，可大幅缩短建站时间，实现快速、大规模建站。但是若频繁使用光纤复用设备，可能会出现多个小区同时故障断网情况，因此需综合评估区域的实际情况确定建设方案。
在成本管理方面，大规模5G网络建设时代即将来临，工程建设将面临周期紧、工作量大、资源少等问题，光纤复用设备的应用可大量减少新建光缆带来的物业沟通成本、建设时间成本、管道光缆施工成本。但是引入新型设备后，势必也将增加使用者的培训和返工工作，从而也会带来一定的人力成本消耗。因此需要综合评估单项工程造价，确保使用后具有节省建设成本的作用。
在维护方面，每个厂家的光纤复用设备中的波分复用器件的特性是不同的，良好的光纤复用设备光学性能指标较好，传输通道透明，彩光光模块具有低插入损耗的特点，可实现即插即用，无需业务配置，因此在维护层面，应尽量选择合适的厂家并准备足够的备品备件完成维护工作，维护可靠性才能得到保证[6]。
结束语
目前5G网络建设正处于技术验证和试验网建设阶段，但随着客户对网络的需求，大规模大范围的5G网络建设离我们越来越近。本文探讨了面向5G网络建设中利用光纤复用设备实现接入网光缆快速重构的方案，该方案对网络快速建设和降低成本带来了很大好处，然后对相关5G建设场景的实际案例进行了详细分析，最后指出了该建设方案的应用价值，对未来5G网络建设具有一定的参考价值。
参考文献
[1]沈爱国,5G 无线网络基站建设模式探讨[J].电信快报,2018(7):17-25
[2]丁龙,刚马虹.DWDM技术进展及光复用器[J].2004. 电力系统通信, 2013 (1): 40-43.
[3]谢全慧. 光纤接入网的构成及接入网光复用技术选择[J]. 科技资讯, 2016: 64-65.
[4]刘智勇. E1无源光复用技术在运营商PDH改造项目中的应用[J]. 中国新通信, 2010: 82-85.
[5]金亮亮,毛培法,张江鑫.光复用技术及其在光纤通信系统中的应用[J]. 通信技术. 2002(11)
[6]苏航.光纤通信系统的故障排除与日常维护[J]. 广西通信技术. 2018(01)
来源：移动Labs
