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发布日期: 2017年3月31日

克服C-RAN中的网络故障,迎接5G网络的来临

5G是基站通信领域的下一个革命性阶段,它即将成为实现完全互连的社会的全球无线标准。除了在移动网上支持GB速率外, 5G还有望支持设备和连接的大规模增长、网络功能虚拟化(NFV)、8k HD视频流、流量的指数级增长(全球移动数据流量在2015年增加了74%)、物联网(IoT)连接、以及新出现但尚不知名的技术,以满足高带宽用户对高速移动宽带不断增长的要求。

这些需求非常巨大,以至于5G可能将移动数据速率提高到4G的1,000倍,将互连设备的数量提高10至100倍,为每个用户提供1-10GB的吞吐量,将网络的能耗减少90%,并将端到端往返延迟降低到1毫秒乃至更少。

全球各地的用户目前正使用4G/LTE和LTE-Advanced(LTE-A)移动宽带服务,而5G标准化的工作已经开始,许多运营商正计划开始5G实验。事实上,CNET报告,Verizon预计2017年将开始一定程度的5G商业部署,比2020年通过5G 标准要早许多。由于时间非常重要,因此移动网运营商(MNO)应开始制定路线图并组建新集中型无线接入网(C-RAN)和云RAN架构的主要部分。

在设计和组建阶段进行正确的测试对于成功部署C-RAN和5G至关重要。通过在物理层使用在一个高级测试设备,将物理层的OTDR光纤测试功能同传输层的RRH和BBU模拟模式、CPRI协议分析和光射频验证,以及用于测试回传的以太网链路验证功能集成起来,MNO可以克服C-RAN/云RAN固有的复杂性和损伤,从而实现经济高效、低延迟、可靠且一次性成功的5G网络。

从FTTA过渡到C-RAN,再到云RAN的组成部分

现在,移动业已经用光纤替换了很多射频(RF)铜缆,实现光纤到天线(FTTA)(如图1所示)。从铜缆向光纤的过渡会为MNO带来

4G/LT蜂窝部署的典型FTTA架构

图1:4G/LTE基站部署的典型FTTA架构

更低的噪声、更低的功率要求和更高的带宽。FTTA和传统铜缆基站基站间的另一个明显区别是在FTTA中,位于传统发射塔底部的RRU被挪到了塔顶的天线旁边,而且最近又被完全整合到了发射塔的多个天线内。RRH(射频拉远头)和BBU(基站单元或基站)间的连接被称为前传,它使用CPRI或OBSAI传输协议。BBU执行信号处理功能并生成无线电信号,而RRH将无线电信号转换为射频(或无线)信号。

如图2所示,我们可以做一个类比,即组建5G网就像盖房子一样,由FTTA做为C-RAN和云RAN的基础,而移动边缘计算是完成5G网的最后一层。低层的效率低下或出现问题会对高层以及5G网造成不利影响。

C-RAN的组成部分

图2:C-RAN的组成部分

在完成物理层安装测试后,在推出阶段验证FTTA可以确保天线基站随时可用,以支持下一阶段的集中型RAN和虚拟化,以及最终的5G。FTTA前传的主要物理层测试包括使用光纤端面检测器在每个连接点进行光纤连接器检测,如FTB-700G V2系列FIP-400B系列检测器,由其进行快速、简单的通过/未通过连接器端面分析,这对于检测较脏的连接器或连接器端面损坏非常重要,这些问题造成了超过80%的网络故障。物理层测试的下一阶段包括在RRH处安装光纤环路(Rx至Tx),进行环回测试。接下来,使用OTDR或其高级版本——EXFO的iOLM来鉴定端到端光纤链路和验证损耗预算。FTB-700G V2测试设备上获得专利的智能光链路测试仪(iOLM)功能可以为任何水平的技术人员将传统的OTDR测试变成简单、自动、一次成功的结果,且不需要配置参数或分析多条复杂的OTDR曲线。测试设备的iLOOP功能基于环回测试方法,用来同时直接从地面或基站同时测试两条光纤。

在完成关键的物理层测试后,需要采用FTB-700G V2的CPRI协议分析仪来进行服务验证,通过模拟BBU来从发射塔底测试RRH的状况,从而避免不必要的发射塔攀爬。其它测试步骤包括通过模拟RRH来验证BBU,然后验证SFP收发器的安装和连接正确无误,实现优秀的传输性能。

由于FTTA经过峰值性能和QoS测试与验证,因此MNO可以信心十足地进行下一步5G、云RAN网络组建。如果执行FTTA测试和验证的质量较差或像很多人那样完全略过,基站可能需要重新测试和代价高昂的故障诊断。

近一步了解C-RAN、5G及其优点

集中型RAN(C-RAN)和任何新网络架构一样,也会带来突出的优势、机遇和挑战。简单地说,C-RAN的最准确定义是将发射塔底的BBU挪到一个集中位置,这个位置通常被称为BBU池,一般位于机房或数据中心内(参见图3)。请注意,移动网核心通过构成回传的IP网连接到基站上。通过RAN的集中化,可以实现向5G的过渡,因为5G将基于网络分段、端到端网络虚拟化、频段更大的新无线网和新频谱要求,以及云RAN里的无线资源协同。

集中型RAN(C-RAN)架构

图3:集中型RAN(C-RAN)架构

因此,云RAN的最终实现取决于BBU集中化的成功。云RAN,更确切地说,被定义为将BBU的所有或部分功能虚拟化。

C-RAN为MNO带来许多优势,包括多个能够降低Capex和Opex的优势:

  • 天线基站简化
  • 能耗增益(>50%)
  • 提高现场服务效率
  • 在基站处减少占地面积
  • 减少维护时间和成本
  • 从集中位置进行监测和故障诊断
  • 升级周期更快、更简单
  • 位于安全地点的BBU池可确保优秀的流量传输,避免被篡改和天气造成的损坏。

为实现云RAN及其带来的优势,重要的是了解C-RAN的固有损伤,以便可以使用FTB-700G V2系列测试设备和FTB-5700色散测试设备来进行有效的测试,从而克服这些损伤。

克服C-RAN的挑战——通向5G之路

C-RAN基础设施部署的一个主要挑战包括集中的BBU和前传FTTA区之间的距离较长(如图4所示)。这是为什么密切注意上文所述的FTTA部署质量如此重要的原因。在C-RAN里,如果距离较长,达到15英里,则意味着有衰减,使功率损耗预算更加难以达到。此外,C-RAN带来了一些新网元,如WDM复用器(MUX)和解复用器(DEMUX),它们都会大幅衰减信号。在这些长距离上,密切注意造成损耗的宏弯也极其重要。

C-RAN距离图解

图4:C-RAN距离图解

为计算功率损耗预算,始终考虑SFP规格表上规定的最差情景,提供最小和最大发射功率信息很重要,使损耗预算 = SFP最小发射功率减去SFP敏感度。不同厂商和型号的设备之间的损耗预算差异很大。图5中的无源C-RAN解释了如何计算总功率损耗。在无源C-RAN中,必须考虑复用器/解复用器损耗。在有源C-RAN中,必须计算具备光电光(O-E-O)转换功能的网元的单独损耗预算。请注意,有源C-RAN可能足以满足功率预算,但不足以满足延迟预算,因为重新生成了传输信号,造成了重要的时延。

图5:总功率损耗示例

图5:总功率损耗示例

要解决由于C-RAN到BBU距离较长而可能遇到的波长问题,我们需要知道在前传骨干环网中,必须正确地配置每个OADM并将光纤连接到正确的端口上,从而将波长分插到正确的发射塔上。如图6所示,不同的波长源自BBU池。常见的问题包括在OADM内未正确进行的连接,这可能造成本来用于A发射塔的蓝波长被连接到B发射塔,使得网络完全无效并容易出现严重的停机。

BBU到RRH的距离造成的波长问题

图6:BBU到RRH的距离造成的波长问题

为了避免这种潜在的缺陷,可使用工作在特定CWDM或DWDM波长的CWDM或DWDM OTDR来测量信号波长处的损耗,而采用标准的OTDR则不可能。OTDR可以通过了解BBU到RRH的距离,确认波长问题是否得到妥善解决。

解决波长问题

图7:解决波长问题

由于包括超高分辨率的4k电视视频流在内的“带宽饥饿型”移动网需求仍在快速增长,因此实现5G和云RAN需要在回传和前传内实现100G的数据速率。C-RAN网的距离和数据速率增加会造成色散问题,因此MNO应进行彻底的色散测试,要实现向5G C-RAN的过渡就必须进行这些测试。

有两种色散:色度色散(CD),它是由于光脉冲内不同波长以不同的速度传输,造成的一种脉冲展宽;偏振模色散(PMD),它是不同偏振模状态的传输速度差造成的一种脉冲展宽。两者都可能导致严重的误码率(BER),进而可能造成在极端情况下网络出现故障(如图8所示)。

色散导致的脉冲展宽

图8:色散导致的脉冲展宽

色散问题可能会影响C-RAN网的回传和前传区域。ITU G.650.3标准规定当带宽达到>10 GB/s时,应测试色散。由于色散现象的特性,在光纤段长度增加时更可能出现色散问题。通常建议在长度超过10 km的光纤段内测试色散。我们可以迅速、轻松地进行关键的测试,这是因为有了FTB-5700,它与现有色散测试仪的不同之处在于能够进行单端的CD/PMD测试。这种单端测试功能可以将所需的技术人员和相关成本降低一半甚至更多,同时确保完备的前传和回传5G C-RAN网络基础设施。

结束语

虽然5G和C-RAN会带来更加复杂的新移动网络基础设施,但配备合适的测试设备的MNO可以克服任何挑战,从而实现支持5G的网络并成功地从FTTA过渡到C-RAN,然后过渡到云RAN。概况起来,图9显示了要在每个位置进行的关键测试。

位于蜂窝基站的C-RAN测试域

C-RAN测试域:在BBU池

如欲了解革命性的FTB-700G V2系列多业务测试仪FTB-5700色散测试仪详情,敬请访问www.exfo.com。如欲了解5G和C-RAN的详情,敬请观看Jean-Sébastien Tassé的网络广播《从集中型RAN到云RAN》