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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

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基站发射塔顶部,但BBU被从基站发射塔挪开,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。基站发射塔和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补偿故障的理想方法是避免使用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。