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发布日期: 2017年7月5日

让传输网为5G做好准备:未来将由光纤主宰

Previously published on Light Reading

Having attended the Mobile World Congress and OFC conferences this year, I've seen a consistent theme emerge: Now is the time to prepare transport networks for the coming of 5G. The current industry consensus is for deployment of 5G services to commence broadly in 2020. But preparing for 5G is a tricky proposition, given that 5G New Radio is still in the early stages of standardization.

之前发表在《LightReading》杂志上

在参加世界移动大会OFC大会后,我看到大家都在谈论一个话题:是时候让传输网做好准备,迎接5G的到来了。目前,业内共识是5G服务大体上将于2020年开始部署。但为5G做好准备是一个比较复杂棘手的命题,因为5G新无线空口标准(5G NR)仍处于标准化的早期阶段。

在5G标准还在变化未定的时候,网络运营商现在是否能够采取行动,为5G传输奠定基础?令人欣慰的是,至少在物理层,通往5G的道路清晰可见:网络将基于光纤,而网络架构将是集中型RAN(C-RAN)。

C-RAN最初在4G阶段被引入(商业部署目前正在逐步增加),为移动网增加了一个新传输网段:前传。在C-RAN中,无线射频单元仍然在蜂窝发射塔顶部,但BBU被从蜂窝发射塔挪开,布置到机房内,在这里它们很容易彼此以及与其它位于机房内的网元交换数据。蜂窝发射塔和BBU之间的距离最大可达20 km,它们之间的数据交换采用标准的CPRI协议。

关于C-RAN,有两点需要特别强调一下:

  • C-RAN是实现5G需要的传输网架构,因为BBU的虚拟化(Cloud RAN)会是让5G成为可能的一个关键部分。要扩展并提供虚拟化有望实现的优势,现在就需要实施C-RAN架构。
  • 鉴于容量和距离要求,前传网将主要基于光纤。(在某些情况下可能会使用微波,但只有在无法选择光纤时才会如此。)

物理层的测试要求也很简单明确,关注点在对于任何光纤网都非常关键的光纤测试上。即便如此,在为5G数据速率和架构做准备时,有一些不同之处需要了解。

衰减

衰减指光信号在光纤内传输时出现的功率减少现象。造成衰减的常见原因包括连接器较脏或受损、光纤过度弯曲、光纤熔接有故障以及随着传输距离增长时的光纤本身。与分布式RAN相比,C-RAN会造成两个可能增加损耗的重要因素:(1)光纤传输距离更长,因为射频拉远头(RRH)和BBU之间的物理距离从分布式RAN架构中的数十米增长到10 km-20 km;(2)传输路径上的连接数量更多。

光时域反射仪(OTDR)是精准测量衰减的理想工具,应在任何新部署的C-RAN光纤网中采用它进行测试。如果OTDR发现连接器出现过高损耗,那么光纤端面检测器就可以用来确定是否应该清洁光纤端面。

色度色散和偏振模色散

色散指光脉冲的展宽,它可能会造成光纤传输过程中误码率增加。目前两种影响最大的色散是色度色散(CD)和偏振模色散(PMD)。CD由光脉冲内不同的波长(颜色)以不同的速度传输所造成。PMD由不同偏振状态的波长的传播速度差异所造成。

在速率低于10G时,CD和PMD容限非常高,但当速率达到10G或更高时,色散就成为问题。当移动回传网向10 Gbit/s数据速率(以及更高速率)迁移时,这就成为一个重要的考虑因素。距离也是一个造成色散的因素。测试和测量解决方案供应商EXFO建议当光纤超过15-20 km时,进行色散测试,在调试前进行该测试以避免与CD/PMD相关的故障。

得益于数字信号处理的强大功能,在长距离网络中以及最近在城域网中向相干10G传输的迁移减少了很多与色散损伤有关的问题。但相干检测也有一些在10G直接检测系统中没有的局限性,如对偏振状态(SOP)和PMD的快速变化非常敏感。由于SOP和PMD可在几微秒内出现变化,因此相干接收器必须实时补偿PMD和SOP,但有时如果二者变化太快就很难补偿,导致信号丢失。

预防相干接收器内出现SOP和PMD补偿故障的最佳方法是避免使用PMD较高的光纤,因为SOP和PMD的快速变化更多地出现在PMD较高的光纤内。

概况起来,由于更高层的任何协议场景预计都会需要集中型RAN架构,因此计划部署5G的运营商目前就可以在物理层采取措施,将光纤向外延伸到自己的蜂窝基站。从而物理层测试角度而言,这种方法比较简单直接,重点在光纤鉴定上。

在物理层以上,对于5G前传和回传规划来说,情况更为复杂一些。我们会在另一个博客中探讨用于5G的前传/回传网。