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助力实现C-RAN: 应对前端回传带来的挑战之下篇——前端回传的解决方案

2015-05-04  来源:中国信息产业网  作者:

  本系列文章的上篇分析了运营商对于前端回传网络的需求。第二部分将讨论实现前端回传网络的五大主要候选技术方案。

  ·点到点光纤

  ·微波

  ·无源WDM

  ·有源WDM

  ·OTN

  1.1、点到点光纤

  点到点光纤实现的前端回传网络中,每个RRH头都通过其光纤对(或者是单条光纤——如果使用的是双向的单根光纤)与BBU相连。在RRH及BBU中均使用了“灰色”光模块。

  该方案的巨大挑战在于需要消耗大量光纤,乃至于无法为大量部署C-RAN方案找到切实可行的途径。

  1.2、微波

  微波前端回传正逐渐兴起,成为前端回传的一个可行方案,尤其是在HetNets中,其中的小基站层通过前端回传到附近的宏基站。但是,基于微波的前端回传也有其局限:

  ·带宽:通常至多只支持CPRI option 3

  ·范围有限:通常只能在很短的半径内

  ·基站选址的难题

  ·对气候相关的衰减非常敏感

  本篇后面部分将着重在基于光纤的前端回传,原因在于其能够支持所有的CPRI速率,以及网络运营商期望达到的20km的传送范围。

  1.3、无源WDM

  基于无源WDM的前端回传解决方案直接在RRH和BBU中部署CWDM或DWDM光模块,并采用了一个无源光增/删复用器(OADM)将有色波长复用到单个光纤对上。

  该方案满足CPRI或3GPP延迟和定时的需求,大大降低了对光纤的要求,并使得OADM 设备无需电源。

  但是,此方案也存在一些重大的缺陷:

  1.缺少一个分界点导致了监管及运营方面的困难

  2.缺少OAM的功能使得错误定位在运营时十分具有挑战性、也很昂贵

  3.CPRI客户数目限制在18个(CWDM局限在18个波长)

  4.每个集中化的RRH使用了两个价格更为高昂的有色光模块(一个在RRH端,另一个在BBU端)

  5.有些远端射频头单元可能无法满足有色光模块所需的更高功耗要求

  6.无法支持保护功能

  1.4、有源WDM

  有源WDM方案利用了OADM中一个单独的转发器来将灰色光转化为有色光。通

  常在转发器上会采用一块FPGA来提供数量有限的OAM&PMON。此外,也可以利用这块FPGA来实现厂商专有的TDM复用机制。

有源 WDM 的方案带来了如下几个挑战:

1.降低了光纤的要求,与无源WDM达到相当水平

2.在RRH及BBU中得以使用灰色光

3.相较无源WDM,有源WDM提供了一个分界点

4.提供了实现简单PMON的机会,如对CPRI 8B/10B代码进行监测。

但是,该方案也存在需要电源、每个RRH用了两个有色光模块、PMON和OAM需要消耗额外的带宽等缺陷。

1.5、OTN

基于OTN的解决方案与有源WDM方案的架构相似,但也存在两个重大的差异。

首先,该方案是基于一种经过实际验证的、标准化的技术(通过ITU G.709),该技术在当今运营商网络中已普遍采用,WDM网络管理的模式也是为人所熟知。第二点,该技术助力实现了基于标准的TDM复用,因此能够大幅度降低有色光模块及前端回传网络中所需带宽的数目。

图1 基于OTN 的前端回传方案

OTN 具备的诸多优势如下:

1.TDM 复用可以降低有色模块的数目,从而大幅降低成本

2.基于标准的电信级技术

3.标准化的FEC可以降低功耗、减少光模块的成本,网络中无需放大功能,即能达到所需的传送范围。

4.标准化及每个CPRI客户都有的OAM

5.带内客户及通道监测使故障隔离成为可能,无需消耗额外的带宽

6.多业务能力可以同时支持移动前端回传与后端回传

7.可以扩展,能支持HetNets和电信汇聚

8.在运营商网络中已经广泛部署

9.运营商的网络运营团队对此十分熟悉

10.能让多家移动运营商共享同样的底层架构

下面我们通过一个案例,,从经济的角度将不同的前端回传方案进行对比。

前端回传的案例研究

在如下图2中描绘的前端回传网络的环境下,我们来对上文中陈述的每个可选方案之间进行比较。

图2 案例研究的网络环境

假设包括:

·6 个集中化的基站

·每个基站3个分区

·每个基站均采用了CPRI Option 3

·无源及有源WDM方案中采用了CWDM SFP 模块

·OTN方案中采用了CWDM XFP 模块

·OTN方案中采用了3个CPRI,经过TDM 复用成一个OTU2

表1中总结了比较的结果。在点到点的案例中,使用了36条网络光纤,而所有其他方案都可以将光纤数目减少到14条。由于WDM案例中没有使用TDM复用,需要18个有色CWDM光模块,因此耗尽了CWDM带中所有可用的18个带宽。这就彰显了基于非OTN的WDM系统的一个重大局限:可扩展性。此情况下一旦移动运营商需要在网络中添加一个集中式的基站;添加一个小基站;或在已有的扇区添加电信汇聚功能,运营商就需要在增加在前端回传网络上的投入。

另一方面,由于OTN提供了基于标准的复用功能,在OTN的部署案例中只需要6个有色光模块及6个带宽——从而可以在相同的网络设施上提供3x网络容量的扩展。

DWDM当然也能将带宽扩展到超过18个。但是,如果要投资DWDM设备来建设前端回传网络,理性的选择自然是利用可用的网络容量来提供其他服务,并充分实现其价值——但这一点,只有基于标准的OTN传送才可能实现。

表1 前端回传可选方案比较一览

OTN 在成本上也占据了优势。在相同的网络环境下,假设成本如下:

·黑光纤每月的租赁费用: $30 / 条

·灰模块: $50

·CWDM SFP: $175

·CWDM XFP: $450

表2 前端回传网络的成本

将OTN用来实现前端回传的优点一目了然:OTN能以最低的成本提供扩展性最佳、电信级别、且是基于标准的前端回传的解决方案。但满足严格的 3GPP 和CPRI 要求及缺乏可用的解决方案是目前OTN实现前端回传尚需解决的难题。

PMC的前端回传方案

迄今为止,用OTN实现前端回传最大的挑战一直在于满足严格的CPRI 和3GPP 定时要求。这些要求挑战性极强,直接导致了市面上没有什么可用的解决方案——从芯片商及OEM的角度而言均是如此。PMC改变了这一局面。

PMC在其OTN 处理器的HyPHY Flex系列产品中支持CPRI前端回传,首次从商用芯片的角度让可扩展和成本低廉的OTN前端回传成为了现实。该解决方案可支持利用G.709标准映射或PMC的创新GFP-T映射方案将至多16个CPRI信号映射至最多2xOTU2中。采用GFP-T将OTU2的利用率提至最大,同时将延迟及抖动降至最低。

图3 用HyPHY 20Gflex实现CPRI前端回传的主要性能

对于设备供应商而言,PMC提供了性价比优良的电信级前端回传方案,该方案可以满足网络运营商的要求,并且是基于现场验证的芯片方案。对于网络运营商,该方案提供的这些能力则可以帮助其构建具备如下特性的前端回传网络:

·更佳的网络可靠度

·更长的网络运行时间

·降低运营成本

结论

网络运营商正在积极促成C-RAN的实现,目标是以以最低的成本提供更高的移动网络容量。欲将C-RAN的愿景变为现实,一个可扩展的、性价比优良的前端回传网络的方案至关重要。通过一系列的验证显示,OTN是承载前端网络回程最理想的选择,而已在全球主流设备中运行的HyPHY 方案将可为设备商以及运营商提供独特的价值。

关键词:OTN WDM网络 模块 CPRI 光纤