面向CRAN的5G前传方案
1、前传和CRAN
相对于4G无线接入网（RAN）的基带处理单元（BBU）、射频拉远单元（RRU）两级结构，5G RAN通常采用集中单元（CU）、分布单元（DU）和有源天线单元（AAU）三级结构。相应地，传输将演变为前传、中传和回传三级结构，通常将DU和AAU间的电路传输称为前传，如图1所示。
5G RAN的部署方式分为分布式无线接入网（CRAN）和集中式无线接入网（DRAN），5G接入网云化将推动CU、DU和AAU分离的大规模CRAN部署，此时，DU堆叠在中心机房（如4G的BBU集中机房），AAU分布在远端，如图2所示。
2、5G前传的接口需求
5G商用初期，AAU将主要利用现有RRU的物理站址，而DU也部署在BBU集中机房，因此，5G前传应综合考虑5G和4G混合承载的需求。4G和5G的前传的接口分别为：CPRI和eCPRI，传输速率分别为10G和25G，传输时延小于100um。
前传接口的数量则和每个物理站部署的逻辑站数量有关，以某运营商为例，一个物理站可能部署的逻辑站所使用的频段及端口数见表1；大多数情况下一个物理站CPRI的端口需求为6或9个、eCPRI端口需求为3。
3、5G前传方案分析
满足5G前传接口需求的前传方案主要有：光纤直连方案、无源WDM方案、有源WDM方案、SPN方案和WDM-PON方案。
3.1 光纤直连方案
光纤直连方案是将BBU/DU的端口与RRU/AAU的端口采用光纤直接连接的方式，通常每个BBU/DU与RRU/AAU的连接需要2芯，当BBU/DU和RRU/AAU采用BiDi（单芯双向）光模块时，连接的光纤数为1芯。
光纤直连方案组网结构简单、接入方便，但即便采用单芯双向方案，依然需消耗大量纤芯资源，通常每个4G和5G共址站需要36～48芯。按每个站新建36芯光缆0.5km（利用现有管道或杆路资源布放）、利旧原有光缆纤芯2.0km估算，光缆投资约1.2万元。
3.2 无源WDM方案
无源WDM方案的详细介绍详见《无源波分技术及其在4G/5G前传中的应用》一文。
该方案中，由于需要将原有BBU/DU和RRU/AAU的光模块替换成彩光模块，从而增加了彩光模块的成本。当前，用于1个4G/5G逻辑站（3个RRU/AAU）的无源WDM前传方案造价约0.17万元，按每个物理站9个RRU、3个AAU估算，总造价约0.68万元。
3.3 有源WDM方案
由于传统WDM方案造价过高，有源WDM方案主要指低成本WDM方案。
低成本WDM方案采用DMT（离散多载波）算法，用低速的光器件传输高速的信号，从而大大减少了设备成本。例如，传统WDM设备传送10个10GE的信号需要通过10个10G光模块合波成1个100G；而低成本的WDM方案则采用2个10G光模块，通过DMT算法使每个光模块传送50G的信号，再将2个50G信号合波成1个100G，如图3所示。与传统WDM方案相比，低成本WDM方案可使光模块的使用量减少数倍，从而使设备的成本减少1/2以上。
低成本WDM方案的造价和所提供的端口有关，按每个物理站9个RRU、3个AAU估算，总造价约3.5万。低成本WDM方案除造价高外，时延也难以满足5G前传需求。
3.4 WDM-PON方案
WDM-PON采用WDM技术，在OLT与AWG（阵列波导光栅）将多个波长复用在一根光纤上传输，从而节省OLT与AWG间的光纤资源，WDM-PON前传方案的拓扑结构如图4所示。WDM-PON可充分利用现有ODN资源，避免光缆线路的重复建设，降低5G网络部署成本，快速完成5G网络的覆盖。
WDM-PON技术虽然出现较早，由于缺少必要的应用，技术的发展及产业化进程一直比较缓慢。当前，随着5G前传需求的提出，WDM-PON关键技术的相关标准正在进一步完善，但WDM-PON技术实现难度较高、器件的成熟度较低、设备成本较高，近期难以成为主流传输技术。
3.5 几种前传方案的比较
以上共介绍了4种用于5G前传的技术，不同前传方案的对比见表2。
通过对以上几种可用于5G前传技术的对比分析，可得出以下结论：
（1）光纤直连方案对纤芯的消耗量非常大，但总体建维成本并不高；
（2）无源波分方案总体建设成本虽不高，但在维护中存在维护备件较多、光模块色谱难以辨识、链路光功率预算不足、需对每一AAU使用波长进行规划等问题。
（3）有源方案具有较强的OAM功能，可靠性高；但WDM-PON技术尚不成熟，低成本WDM方案的时延难以满足5G前传需求、在逻辑站较少的场景下单端口的造价依然较高。
4、前传方案选择的建议
综上所述，合理的光缆纤芯储备对5G快速建网和持续发展起重要的作用；当前应对5G前传，在需要新建光缆的段落预留充足的纤芯资源依然是最好的选择。具体建议如下：
（1）在现有接入光缆的纤芯数可满足纤芯直连需求，或现有接入光缆的纤芯数虽不满足需求，但光缆建设条件较好且平均每站新建长度不超过1km时，应采用光纤直连方案；
（2）现有接入光缆的纤芯不满足光纤直连需求时，若光缆建设难度较大、或光缆建设成本较高（例如：平均每站新建长度超过1km）、或工程时效性难以满足的情况下，宜采用无源WDM方案；
（3）对安全性要求较高的场景，应尽量采用DRAN方式（用PTN/SPN组环网接入），或采用半有源WDM方案。
图/文：老丁头；审阅：陈一伟
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