面向C-RAN的传输承载方式的探讨

摘要：结合C-RAN的网络架构和技术特点，提出并分析了面向C-RAN的几种传输承载方式，希望对今后C-RAN的建设起到有益的参考。

0  前言

当前各个移动运营商面临着激烈的竞争，随着移动互联网、物联网蓬勃发展，无线网络中的数据流量迅速上升，能源消耗问题也变得日益严重，同时潮汐效应导致基站利用率低下。传统架构的无线接入网在移动互联网时代面临着降低成本、提高性能和节能减排的挑战，必须考虑引入新的无线接入网络构架以满足低成本、高容量、低能耗、易运营的要求。

C-RAN通过结合集中化的基带处理、高速的光传输网络和分布式的远端无线模块，形成绿色清洁、集中化处理、协作化无线电、云计算化（的无线接入网构架，如图1所示。如何实现低成本、高性能的无线信号光传输网络是亟需解决的问题。本文针对传统的无线接入网向C-RAN网络演进的传输承载方式和网络架构进行分析和讨论。

图1 C-RAN的网络架构示意图

1  C-RAN传输问题的由来

我们先看一下现有的基站传输组网情况。现有基站主要有一体化基站或分布式BBU+RRU两种。分布式基站是把传统基站的基带处理部分（BBU）和射频部分（RRU）分开的基站设备形态。BBU与RRU之间采用高速CPRI光接口，一般采用光纤直连的方式，如果采用远供方式，传输距离在200 m以内。室分基站存在多个RRU级联共享一个通用公共无线电接口（CPRI）的组网模式，目前典型级联配置多是2～3级RRU级联实现频点覆盖；虽然设备可以支持6级级联，但由于可靠性、可维护性等限制因素，基本无应用。

C-RAN架构引入后给传输带了什么？基带资源集中放置后带来一个副作用就是光纤拉远基站大量增多。BBU不再仅仅连接机房所在楼顶的RRU，而是需要连接好几公里甚至更远的RRU天面设备。C-RAN的传输问题实质上是大规模分布式基站拉远传输对光纤的海量需求。BBU、RRU分离，其间所需传输的数据量，远超传统的宏基站几个数量级。我们看几种情况：BBU、RRU虽分离，但近距离放置，比如塔上/塔下，通过光纤直驱方式，不存在问题；BBU、RRU分离，距离较远（数十km内），通过光纤直驱方式，在数量很少或光纤资源极为丰富的情况下，也同样不成为问题；当BBU集中数量较多，而光纤资源不够丰富的情况下，传统的光纤直驱方式，每个RRU占据一对光纤将极大的消耗光纤资源。也就是说在C-RAN模式下，需要新的传输方案以满足无线网络的架构演进。传输网络接入层由现有的光纤承载基站回传低速业务向承载高速的CPRI业务转变。具体详见图2。

图2 传统组网和C-RAN组网结构示意图 

2  CPRI传输的需求分析

2.1  传输带宽

CPRI 规定的接口带宽中，GSM 主要采用1 228.8 Mbit/s接口，3G 主要采用2 457.6/6 144.0 Mbit/s 接口，LTE 主要采用4 915.2/9 830.4 Mbit/s接口。可见现有的2G/3G向LTE演进中，CPRI的带宽也逐步增加，远远超过现有的接入层622M MSTP和GE/10GE PTN环的带宽。

2.2  延时要求

根据目前的实际能力，GSM可支持78 km的传输距离补偿（相当于390 μs），TD-S可支持40 km的传输距离补偿（相当于200　μs），LTE可支持40 km的传输距离补偿（相当于200　μs）。

2.3  时钟同步需求

基站空口载波频率稳定度优于±0.05 ppm，时钟跟踪精度±0.002 ppm。

2.4  保护倒换需求

无线侧已具备保护倒换能力。

2.5  OAM需求

适用于BBU-RRU、RRU-RRU之间的连接，因此其开销应当具备基本的对链路质量和故障的判断；CPRI协议支持LOS/LOF/SDI/RAI/8B10B误码检测，以及版本、线速率、信令速率自协商，以及复位等功能。

3  面向C-RAN的传输承载方式

面向C-RAN的传输承载方式主要有光纤直驱、彩光直驱、WDM/OTN承载和Unipon等4种。由于时延要求非常严格，目前还不能基于PTN来承载，有的厂家提出用PTN来承载，实际是在PTN上配置简易DWDM/OTN系统，与OTN承载无异。接下来对上述4种承载方式进行详细论述。

3.1  光纤直驱承载方式

BBU和RRU之间采用光纤点到点直连，也可利用光纤把BBU的CPRI接口串联连接多个RRU，RRU和BBU采用普通白光模块。常用于RRU及光纤线路故障率较低的室分系统中，支持环形、链形网络拓扑，不支持环带链结构。每个RRU级联组独占一对纤芯，光纤纤芯需求量=2×RRU数量/RRU级联级数；光纤需求随着站点数线性增加，占用纤芯较多。当前RRU/BBU不具备性能劣化监测功能，部分具备线路故障定位能力，电信级网管不足。采用光纤直驱方案，不需要任何设备或现网的改造即可简单、快速部署。适合于光纤资源丰富的地区或者小规模的C-RAN汇聚。图3示出的是光纤直驱方式网络架构示意图。

 图3 光纤直驱方式网络架构示意图

3.2  集成彩光承载方式

RRU到BBU采用不同的波长复用到同一光纤内（彩光原理），RRU和BBU采用彩光模块，波长复用/解复用采用无源设备。目前的彩光光模块可支持8种光波，每个光波即一个6G传输通道，相当于更多RRU到BBU之间的IQ的信号可在同一光纤上传输，从而提高光纤利用率，降低对城域网光纤资源的占用。支持环形拓扑、链形拓扑，不支持环带链拓扑，光纤线路故障率低，适于2.5G低速CPRI业务。每个无源波分系统独占一对纤芯，光纤纤芯需求量=2×RRU数量/RRU级联级数/波长数（CWDM一般为8）；当前RRU/BBU不具备性能劣化监测功能，部分具备线路故障定位能力。彩光模块成本稍高，同时由于集成于无线设备，无线专业具备传输维护能力，扩容容易受限，界面不清晰，距离受限于光功率预算，专业协调和维护工作量都比传统方式更大，一般不建议采用。适合光纤紧张地区的小规模C-RAN集中化部署。图4示出的是彩光承载方式示意图。

图4 彩光承载方式示意图

3.3  WDM/OTN承载方式

BBU到RRU以WDM/OTN设备传输，RRU和BBU采用普通光模块，传输链路需要OTU（波长转换单元）和复用解复用设备。该种承载方式适用于光纤资源紧张或者传输距离长的场景，支持环形拓扑、链形拓扑，环带链等多种拓扑，同时支持多种无线制式，支持专线、PON等业务传送；每个波分系统独占一对纤芯，光纤纤芯需求量=2×RRU数量/RRU级联级数/子波复用数/波长数（城域DWDM波长一般为40）；OTN具备完善的性能劣化监测功能和线路故障定位能力。

采用WDM/OTN承载，虽然增加了WDM/OTN传输设备成本，但对光纤需求极大降低，适合大规模C-RAN汇聚。

同时OTN设备作为统一的承载平台，除了承载CPRI的带宽外，也可为OLT上行GE/10GE带宽和大颗粒大客户专线（GE/10GE）提供接入。图5示出的是WDM/OTN承载方式示意图。

图5 WDM/OTN承载方式示意图

3.4  Uni-PON承载方式

Uni-PON是指PON的技术与波分技术进行结合，从而能为用户提供宽带服务又可以为射频信号提供传输。BBU与RRU之间的传输借助PON技术实现，融合有线与无线传输，链路需要OTU、复用解复用设备。采用该种方式可最大化重用现有PON接入技术，节省主干光纤，适合大中城市室内环境覆盖以及低密度郊区覆盖。从成本角度来看，Uni-PON毫无疑问具有很大的优势，但由于PON承载C-RAN需要对原有网络进行改造，很容易造成光功率预算不足，另外从安全角度来看，PON网络的星型结构安全性相对较差。图6示出的是Uni-PON承载方式示意图。

图6 Uni-PON承载方式示意图

以上4种承载方式各有利弊，表1从技术特点、传输方式、带宽、运维等各个方面进行了比较。

表1 C-RAN传输承载方案对比表

C-RAN无论采用以上哪种解决方案，均可以利用BBU-RRU之间的环网保护，在传输上不采取保护措施。相对而言，OTN设备承载方式无论从界面清晰度、完善的OAM、支持大颗粒业务、传输距离和平滑演进等各方面均拥有明显优势，但同时也是成本较高的一种解决方案。光纤资源丰富的地方，可采用光纤直驱的方式；光纤资源不丰富的地方，综合考虑其他业务，优先采用OTN承载的方式。

4  结束语

C-RAN 架构是对传统RAN架构的一次深度变革，目前的C-RAN还处于初级阶段，实现了基于光传输网络的分布式BBU+RRU基站的架构设计。传输网络应结合现有资源合理部署、积极应对，为C-RAN的到来提供高带宽、高保障的接入和承载平台。