舒華德，林右宇，曾姍姍，李 儆（菲尼薩光電通訊（上海）有限公司，上海201201）

0 前言

隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的爆發(fā)式增長(zhǎng)，為了提高無線網(wǎng)的覆蓋能力，以及降低建設(shè)維護(hù)成本，C-RAN越來越多地得以在現(xiàn)網(wǎng)中部署。在C-RAN的部署中，為了提升CoMP 情況下的無線帶寬利用率，對(duì)BBU 采取進(jìn)一步的集中放置，導(dǎo)致與BBU相連的RRU數(shù)目進(jìn)一步增加，這些都會(huì)對(duì)前傳網(wǎng)的架構(gòu)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。白光直驅(qū)以及級(jí)聯(lián)白光直驅(qū)等方案，通過增加光纖數(shù)目來實(shí)現(xiàn)前傳網(wǎng)帶寬的提升需求；彩光直驅(qū)以及OTN/WDM等方案則采用多波長(zhǎng)技術(shù)，進(jìn)一步提升前傳網(wǎng)的帶寬?；诖笕萘慷嗖ㄩL(zhǎng)的靈活可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可以更好地適應(yīng)移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)增長(zhǎng)的長(zhǎng)期需求，而單纖雙向的DWDM系統(tǒng)，則可以進(jìn)一步降低光纖資源的消耗，有望成為未來前傳網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)選擇。

應(yīng)用于上述DWDM系統(tǒng)的多波長(zhǎng)光源，可以基于固定波長(zhǎng)激光器光模塊，每個(gè)光源采用不同的固定波長(zhǎng)。但是在C-RAN 的前傳網(wǎng)應(yīng)用中，由于RRU 分布地域廣，固定波長(zhǎng)激光器光模塊的缺點(diǎn)將逐漸顯露出來，運(yùn)維難度大，構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)缺乏靈活性，難以擴(kuò)展等等，而低成本的高速可調(diào)諧激光器光模塊，通過波長(zhǎng)管理控制方案降低成本，并可以很好地解決C-RAN前傳網(wǎng)的運(yùn)維和網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)問題，必將成為上述前傳網(wǎng)的關(guān)鍵性技術(shù)，有望得到規(guī)模應(yīng)用。

1 移動(dòng)前傳網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及可調(diào)諧激光器應(yīng)用

1.1 移動(dòng)前傳網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

C-RAN的前傳網(wǎng)，是給集中放置的BBU與分布式RRU 提供業(yè)務(wù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)，此傳輸網(wǎng)絡(luò)在BBU與RRU之間，以CRPI 為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)用戶、同步、控制盒管理等數(shù)據(jù)信息承載。從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與演進(jìn)看，基于C-RAN的前傳網(wǎng)，可能存在下面幾種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

a）白光直驅(qū)以及級(jí)聯(lián)白光直驅(qū)方案：每對(duì)RRUBBU 站點(diǎn)采用2對(duì)光纖或者1對(duì)光纖。前者采用雙纖雙向光模塊實(shí)現(xiàn)，后者則采用單纖雙向光模塊實(shí)現(xiàn)且上行與下行采用不同的波長(zhǎng)傳輸。白光直驅(qū)方案占用光纖纖數(shù)較多，每個(gè)站點(diǎn)3個(gè)扇區(qū)占用3對(duì)光纖（雙纖雙向）或者3根光纖（單纖雙向）。隨著RRU 的密度不斷加大，站點(diǎn)不斷增加，光纖資源必將會(huì)成為部署的瓶頸。級(jí)聯(lián)白光直驅(qū)方案可以減少光纖占用，但其級(jí)聯(lián)能力以及業(yè)務(wù)量都會(huì)受限。

b）彩光直驅(qū)方案：采用波分復(fù)用技術(shù)，在BBU 與RRU 中使用彩光光模塊，外接無源波分復(fù)用器，實(shí)現(xiàn)BBU與RRU之間的業(yè)務(wù)傳輸。此種方案，可以減少光纖資源占用，但是由于波分復(fù)用器是無源方式外接，無法進(jìn)行監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維難度較大。目前現(xiàn)網(wǎng)部署多采用粗波分技術(shù)，受限于光功率預(yù)算，基于粗波分技術(shù)的彩光直驅(qū)組網(wǎng)距離以及網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)數(shù)受限。

c）WDM/OTN 系統(tǒng)方案：在BBU以及RRU站點(diǎn)部署WDM/OTN 設(shè)備，如圖1 所示。此方案利用OTN 設(shè)備實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的匯聚以及保護(hù)，基于WDM 技術(shù)增加業(yè)務(wù)帶寬，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)承載。該方案組網(wǎng)靈活，保護(hù)能力強(qiáng)，但是由于OTN 映射會(huì)增加額外的延時(shí)，尤其是考慮到后續(xù)無線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)到Pre-5G以及5G的超低延時(shí)要求，WDM/OTN 系統(tǒng)方案能否得到大規(guī)模應(yīng)用還有待檢驗(yàn)。

圖1 WDM/OTN系統(tǒng)用于移動(dòng)前傳網(wǎng)

采用單纖雙向波分復(fù)用技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)BBU與RRU之間業(yè)務(wù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)，還可以減少光纖資源的占用，進(jìn)一步降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本。相對(duì)于彩光直驅(qū)方案以及WDM/OTN 系統(tǒng)方案，該方案在BBU 與RRU 之間引入單纖雙向DWDM系統(tǒng)，并可進(jìn)一步結(jié)合波長(zhǎng)的集中管理與控制技術(shù)，在RRU站點(diǎn)引入低成本可調(diào)諧激光器模塊。圖2為此方案的框圖。

1.2 D W D M 系統(tǒng)架構(gòu)及可調(diào)諧激光器控制技術(shù)

圖2 單纖雙向DWDM系統(tǒng)用于移動(dòng)前傳網(wǎng)

單纖雙向DWDM 系統(tǒng)的前傳網(wǎng)，不同RRU 站點(diǎn)的業(yè)務(wù)，需要采用不同的波長(zhǎng)來承載。采用不同固定波長(zhǎng)的彩光模塊可以實(shí)現(xiàn)上述業(yè)務(wù)承載?？紤]到RRU 站點(diǎn)的維護(hù)成本，以及對(duì)安裝人員的技術(shù)要求，采用可調(diào)諧激光器光模塊將會(huì)是更加合理的方案。可調(diào)諧激光器光模塊，可以結(jié)合目前正在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的單纖雙向DWDM系統(tǒng)的集中波長(zhǎng)管理技術(shù)，降低光模塊的成本，并進(jìn)一步達(dá)到降低RRU站點(diǎn)部署成本并簡(jiǎn)化運(yùn)維的目的。

ITU-T 正在起草G.metro 標(biāo)準(zhǔn)（Multichannel bi-di?rectional DWDM applications with port agnostic singlechannel optical interfaces），此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)將規(guī)范一種低成本單纖雙向DWDM 系統(tǒng)應(yīng)用。圖3 為G.metro 系統(tǒng)的框圖，其中Head-end為匯聚節(jié)點(diǎn)，TEE（Tail end Equip?ment）為末梢節(jié)點(diǎn)設(shè)備。

相對(duì)于傳統(tǒng)的WDM 系統(tǒng)，G.metro 標(biāo)準(zhǔn)在以下幾個(gè)方面有所突破，從而達(dá)到簡(jiǎn)化開通、運(yùn)維以及降低網(wǎng)絡(luò)部署與運(yùn)營(yíng)成本的目的。

a）支持單纖雙向系統(tǒng)。

b）在TEE側(cè)，采用可調(diào)光模塊實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)端口無關(guān)特性。

c）在TEE 到HE 方向，定義了調(diào)頂信號(hào)（pilot tone），用于集中的波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)。

d）在HE 到TEE 方向，定義了信息通道（message channel）；在HE 側(cè)，定義了集中的波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)。兩者結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)TEE 的波長(zhǎng)以及光功率的集中監(jiān)視。

圖4為一種波長(zhǎng)集中監(jiān)測(cè)、控制與管理示意框圖，TEE節(jié)點(diǎn)不同波長(zhǎng)的可調(diào)諧激光器模塊采用不同的調(diào)頂信號(hào)，由HE 節(jié)點(diǎn)的集中波長(zhǎng)鎖定器實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)與光功率的監(jiān)視，再由信息通道發(fā)送控制信息到各個(gè)TEE站點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)TEE節(jié)點(diǎn)的波長(zhǎng)以及光功率控制。

單纖雙向DWDM系統(tǒng)，也可以與現(xiàn)有的PON技術(shù)共用ODN，減少接入光纖資源占用。圖5 為TWDM PON與P2P WDM共存的系統(tǒng)框圖。

圖3 G.metro單纖雙向DWDM系統(tǒng)框圖

圖4 G.metro波長(zhǎng)控制示意圖

圖5 P2P WDM PON系統(tǒng)用于移動(dòng)前傳網(wǎng)

ITU-T 起草的G.698.2 修訂版標(biāo)準(zhǔn)，定義了40G NG-PON2系統(tǒng)的PMD（Physical media dependent）層要求，在annex B中還定義了輔助管理與控制通道（Auxil?iary management and control channel），傳輸波長(zhǎng)分配信息與OAM 數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)P2P WDM 系統(tǒng)的波長(zhǎng)控制?？紤]到信號(hào)的透明性要求，該標(biāo)準(zhǔn)建議采用透明輔助管理與控制通道（transparent AMCC），并且定義了2種實(shí)現(xiàn)方式，Baseband overmodulation 與RF-pilot-tone。G.698.2中定義的透明輔助管理與控制通道功能，與G.metro定義的信息通道功能類似。

基于上述標(biāo)準(zhǔn)定義的單纖雙向DWDM系統(tǒng)，應(yīng)用在前傳網(wǎng)中，可以實(shí)現(xiàn)集中放置BBU與分布式RRU之間的業(yè)務(wù)傳送。單纖雙向技術(shù)的采用，降低光纜數(shù)量要求，降低系統(tǒng)成本。與此同時(shí)，基于標(biāo)準(zhǔn)定義的波長(zhǎng)管理控制功能，可調(diào)諧激光器光模塊應(yīng)用在上述WDM系統(tǒng)的RRU節(jié)點(diǎn)中，將會(huì)帶來以下幾方面的好處。

a）簡(jiǎn)化運(yùn)維：由于實(shí)現(xiàn)了集中的波長(zhǎng)管理技術(shù)，RRU節(jié)點(diǎn)的可調(diào)諧激光器光模塊，在上電的時(shí)候根據(jù)系統(tǒng)要求，將其波長(zhǎng)調(diào)節(jié)至系統(tǒng)分配的波長(zhǎng)，從而達(dá)到簡(jiǎn)化開通、簡(jiǎn)化運(yùn)維的目的。

b）降低成本：進(jìn)一步地，通過集中的波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，并基于信息通道或者輔助管理與控制通道，反饋控制RRU側(cè)的可調(diào)諧激光器光模塊的波長(zhǎng)，可以達(dá)到降低RRU側(cè)的可調(diào)諧激光器光模塊的波長(zhǎng)穩(wěn)定度要求，以及降低其成本的目的。

2 可調(diào)諧激光器技術(shù)以及成本淺析

可調(diào)諧激光器技術(shù)，其波長(zhǎng)調(diào)節(jié)以及集成方式的不同，波長(zhǎng)調(diào)節(jié)范圍以及成本也各不相同。表1 列出了幾種典型的可調(diào)諧激光器技術(shù)及成本對(duì)比。

由表1 可以看出：SG-DBR 技術(shù)，無論從集成度、成本，以及演進(jìn)能力（25G支持能力）方面，相對(duì)于其他技術(shù)有無可比擬的優(yōu)勢(shì)，有望成為后續(xù)低成本單纖雙向波分系統(tǒng)的主流方案。

可調(diào)諧激光器技術(shù)在移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，光模塊的成本是極其重要的因素。而降低可調(diào)諧激光器光模塊的成本，要從材料成本以及制造成本2 個(gè)方面考慮，并采用低成本的技術(shù)與方案。

表1 可調(diào)諧激光器技術(shù)對(duì)比分析

前面提到，通過集中的波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，并利用信息通道或者輔助管理與控制通道控制，反饋控制RRU側(cè)的可調(diào)諧激光器光模塊的波長(zhǎng)，從而達(dá)到降低RRU側(cè)可調(diào)諧激光器光模塊的波長(zhǎng)穩(wěn)定度要求，以及降低其成本的目的。具體而言，當(dāng)前的可調(diào)諧激光器，在無波長(zhǎng)鎖定的情況下運(yùn)行，可以達(dá)到100 GHz 間隔的DWDM 系統(tǒng)的波長(zhǎng)穩(wěn)定性要求，對(duì)于50 GHz 間隔的DWDM系統(tǒng)，則需要采用精確的波長(zhǎng)鎖定技術(shù)。在光器件中集成標(biāo)準(zhǔn)具（Etalon），可以實(shí)現(xiàn)50 GHz 波長(zhǎng)穩(wěn)定度要求。圖6 為50 GHz 間隔可調(diào)諧激光器光模塊的封裝示意圖，其中標(biāo)準(zhǔn)具以及相應(yīng)的光功率監(jiān)測(cè)探測(cè)器，用于實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)，圖7為與標(biāo)準(zhǔn)具相關(guān)的波長(zhǎng)控制電路。采用G.metro 的集中波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)后，可以不再需要圖6 中的標(biāo)準(zhǔn)具以及相應(yīng)的光功率監(jiān)測(cè)探測(cè)器。與此同時(shí)，對(duì)應(yīng)的制造流程，也可以得到簡(jiǎn)化。類似地，圖7中與標(biāo)準(zhǔn)具相關(guān)的控制電路、波長(zhǎng)控制精度以及制造流程都可以簡(jiǎn)化。上述幾項(xiàng)簡(jiǎn)化措施，都可以降低光模塊的材料成本以及制造成本。

圖6 帶50 GHz波長(zhǎng)鎖定標(biāo)準(zhǔn)具的可調(diào)諧激光器封裝示意圖

當(dāng)然，采用新的封裝技術(shù)，以及采用低成本的可調(diào)諧激光器技術(shù)，還可進(jìn)一步降低可調(diào)諧激光器光模塊的成本。相信有了這些系統(tǒng)級(jí)以及器件級(jí)的低成本方案與措施，低成本可調(diào)諧激光器光模塊以及單纖雙向DWDM系統(tǒng)，將在未來的前傳網(wǎng)中得到大規(guī)模應(yīng)用。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)比移動(dòng)前傳網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，分析單纖雙向DWDM 系統(tǒng)采用的集中波長(zhǎng)管理控制技術(shù)。通過分析認(rèn)為集中的波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，并利用信息通道或者輔助管理與控制通道控制，反饋控制RRU側(cè)的可調(diào)諧激光器光模塊的波長(zhǎng)，可以達(dá)到降低RRU側(cè)的可調(diào)諧激光器光模塊成本，并且進(jìn)一步簡(jiǎn)化RRU站點(diǎn)部署以及降低運(yùn)維成本的目的?？烧{(diào)諧激光器光模塊與單纖雙向DWDM系統(tǒng)的波長(zhǎng)控制技術(shù)的結(jié)合，將有利于構(gòu)建靈活與低成本的移動(dòng)前傳網(wǎng)絡(luò)，有望在C-RAN前傳網(wǎng)中得到大規(guī)模應(yīng)用。

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圖7 帶50 GHz波長(zhǎng)鎖定標(biāo)準(zhǔn)具的可調(diào)諧激光器頻率控制電路

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