摘要：結合C-RAN的網絡架構和技術特點，提出并分析了面向C-RAN的幾種傳輸承載方式，希望對今后C-RAN的建設起到有益的參考。
0 前言
當前各個移動運營商面臨著激烈的競爭，隨著移動互聯網、物聯網蓬勃發展，無線網絡中的數據流量迅速上升，能源消耗問題也變得日益嚴重，同時潮汐效應導致基站利用率低下。傳統架構的無線接入網在移動互聯網時代面臨著降低成本、提高性能和節能減排的挑戰，必須考慮引入新的無線接入網絡構架以滿足低成本、高容量、低能耗、易運營的要求。
C-RAN通過結合集中化的基帶處理、高速的光傳輸網絡和分布式的遠端無線模塊，形成綠色清潔、集中化處理、協作化無線電、云計算化（的無線接入網構架，如圖1所示。如何實現低成本、高性能的無線信號光傳輸網絡是亟需解決的問題。本文針對傳統的無線接入網向C-RAN網絡演進的傳輸承載方式和網絡架構進行分析和討論。
圖1 C-RAN的網絡架構示意圖
1 C-RAN傳輸問題的由來
我們先看一下現有的基站傳輸組網情況。現有基站主要有一體化基站或分布式BBU+RRU兩種。分布式基站是把傳統基站的基帶處理部分（BBU）和射頻部分（RRU）分開的基站設備形態。BBU與RRU之間采用高速CPRI光接口，一般采用光纖直連的方式，如果采用遠供方式，傳輸距離在200 m以內。室分基站存在多個RRU級聯共享一個通用公共無線電接口（CPRI）的組網模式，目前典型級聯配置多是2～3級RRU級聯實現頻點覆蓋；雖然設備可以支持6級級聯，但由于可靠性、可維護性等限制因素，基本無應用。
C-RAN架構引入后給傳輸帶了什么？基帶資源集中放置后帶來一個副作用就是光纖拉遠基站大量增多。BBU不再僅僅連接機房所在樓頂的RRU，而是需要連接好幾公里甚至更遠的RRU天面設備。C-RAN的傳輸問題實質上是大規模分布式基站拉遠傳輸對光纖的海量需求。BBU、RRU分離，其間所需傳輸的數據量，遠超傳統的宏基站幾個數量級。我們看幾種情況：BBU、RRU雖分離，但近距離放置，比如塔上/塔下，通過光纖直驅方式，不存在問題；BBU、RRU分離，距離較遠（數十km內），通過光纖直驅方式，在數量很少或光纖資源極為豐富的情況下，也同樣不成為問題；當BBU集中數量較多，而光纖資源不夠豐富的情況下，傳統的光纖直驅方式，每個RRU占據一對光纖將極大的消耗光纖資源。也就是說在C-RAN模式下，需要新的傳輸方案以滿足無線網絡的架構演進。傳輸網絡接入層由現有的光纖承載基站回傳低速業務向承載高速的CPRI業務轉變。具體詳見圖2。
圖2 傳統組網和C-RAN組網結構示意圖
2 CPRI傳輸的需求分析
2.1 傳輸帶寬
CPRI 規定的接口帶寬中，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。可見現有的2G/3G向LTE演進中，CPRI的帶寬也逐步增加，遠遠超過現有的接入層622M MSTP和GE/10GE PTN環的帶寬。
2.2 延時要求
根據目前的實際能力，GSM可支持78 km的傳輸距離補償（相當于390 μs），TD-S可支持40 km的傳輸距離補償（相當于200 μs），LTE可支持40 km的傳輸距離補償（相當于200 μs）。
2.3 時鐘同步需求
基站空口載波頻率穩定度優于±0.05 ppm，時鐘跟蹤精度±0.002 ppm。
2.4 保護倒換需求
無線側已具備保護倒換能力。
2.5 OAM需求
適用于BBU-RRU、RRU-RRU之間的連接，因此其開銷應當具備基本的對鏈路質量和故障的判斷；CPRI協議支持LOS/LOF/SDI/RAI/8B10B誤碼檢測，以及版本、線速率、信令速率自協商，以及復位等功能。
3 面向C-RAN的傳輸承載方式
面向C-RAN的傳輸承載方式主要有光纖直驅、彩光直驅、WDM/OTN承載和Unipon等4種。由于時延要求非常嚴格，目前還不能基于PTN來承載，有的廠家提出用PTN來承載，實際是在PTN上配置簡易DWDM/OTN系統，與OTN承載無異。接下來對上述4種承載方式進行詳細論述。
3.1 光纖直驅承載方式
BBU和RRU之間采用光纖點到點直連，也可利用光纖把BBU的CPRI接口串聯連接多個RRU，RRU和BBU采用普通白光模塊。常用于RRU及光纖線路故障率較低的室分系統中，支持環形、鏈形網絡拓撲，不支持環帶鏈結構。每個RRU級聯組獨占一對纖芯，光纖纖芯需求量=2×RRU數量/RRU級聯級數；光纖需求隨著站點數線性增加，占用纖芯較多。當前RRU/BBU不具備性能劣化監測功能，部分具備線路故障定位能力，電信級網管不足。采用光纖直驅方案，不需要任何設備或現網的改造即可簡單、快速部署。適合于光纖資源豐富的地區或者小規模的C-RAN匯聚。圖3示出的是光纖直驅方式網絡架構示意圖。
圖3 光纖直驅方式網絡架構示意圖
3.2 集成彩光承載方式
RRU到BBU采用不同的波長復用到同一光纖內（彩光原理），RRU和BBU采用彩光模塊，波長復用/解復用采用無源設備。目前的彩光光模塊可支持8種光波，每個光波即一個6G傳輸通道，相當于更多RRU到BBU之間的IQ的信號可在同一光纖上傳輸，從而提高光纖利用率，降低對城域網光纖資源的占用。支持環形拓撲、鏈形拓撲，不支持環帶鏈拓撲，光纖線路故障率低，適于2.5G低速CPRI業務。每個無源波分系統獨占一對纖芯，光纖纖芯需求量=2×RRU數量/RRU級聯級數/波長數（CWDM一般為8）；當前RRU/BBU不具備性能劣化監測功能，部分具備線路故障定位能力。彩光模塊成本稍高，同時由于集成于無線設備，無線專業具備傳輸維護能力，擴容容易受限，界面不清晰，距離受限于光功率預算，專業協調和維護工作量都比傳統方式更大，一般不建議采用。適合光纖緊張地區的小規模C-RAN集中化部署。圖4示出的是彩光承載方式示意圖。
圖4 彩光承載方式示意圖
3.3 WDM/OTN承載方式
BBU到RRU以WDM/OTN設備傳輸，RRU和BBU采用普通光模塊，傳輸鏈路需要OTU（波長轉換單元）和復用解復用設備。該種承載方式適用于光纖資源緊張或者傳輸距離長的場景，支持環形拓撲、鏈形拓撲，環帶鏈等多種拓撲，同時支持多種無線制式，支持專線、PON等業務傳送；每個波分系統獨占一對纖芯，光纖纖芯需求量=2×RRU數量/RRU級聯級數/子波復用數/波長數（城域DWDM波長一般為40）；OTN具備完善的性能劣化監測功能和線路故障定位能力。
采用WDM/OTN承載，雖然增加了WDM/OTN傳輸設備成本，但對光纖需求極大降低，適合大規模C-RAN匯聚。
同時OTN設備作為統一的承載平臺，除了承載CPRI的帶寬外，也可為OLT上行GE/10GE帶寬和大顆粒大客戶專線（GE/10GE）提供接入。圖5示出的是WDM/OTN承載方式示意圖。
圖5 WDM/OTN承載方式示意圖
3.4 Uni-PON承載方式
Uni-PON是指PON的技術與波分技術進行結合，從而能為用戶提供寬帶服務又可以為射頻信號提供傳輸。BBU與RRU之間的傳輸借助PON技術實現，融合有線與無線傳輸，鏈路需要OTU、復用解復用設備。采用該種方式可最大化重用現有PON接入技術，節省主干光纖，適合大中城市室內環境覆蓋以及低密度郊區覆蓋。從成本角度來看，Uni-PON毫無疑問具有很大的優勢，但由于PON承載C-RAN需要對原有網絡進行改造，很容易造成光功率預算不足，另外從安全角度來看，PON網絡的星型結構安全性相對較差。圖6示出的是Uni-PON承載方式示意圖。
圖6 Uni-PON承載方式示意圖
以上4種承載方式各有利弊，表1從技術特點、傳輸方式、帶寬、運維等各個方面進行了比較。
表1 C-RAN傳輸承載方案對比表
C-RAN無論采用以上哪種解決方案，均可以利用BBU-RRU之間的環網保護，在傳輸上不采取保護措施。相對而言，OTN設備承載方式無論從界面清晰度、完善的OAM、支持大顆粒業務、傳輸距離和平滑演進等各方面均擁有明顯優勢，但同時也是成本較高的一種解決方案。光纖資源豐富的地方，可采用光纖直驅的方式；光纖資源不豐富的地方，綜合考慮其他業務，優先采用OTN承載的方式。
4 結束語
C-RAN 架構是對傳統RAN架構的一次深度變革，目前的C-RAN還處于初級階段，實現了基于光傳輸網絡的分布式BBU+RRU基站的架構設計。傳輸網絡應結合現有資源合理部署、積極應對，為C-RAN的到來提供高帶寬、高保障的接入和承載平臺。
