張海燕（科銳安中國(guó)技術(shù)有限公司，北京100191）

1 M FH 市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)與技術(shù)挑戰(zhàn)

針對(duì)分布式基站及BBU-RRU 間傳輸，傳統(tǒng)的光纖直驅(qū)的方式雖然成本低，開(kāi)通簡(jiǎn)便，但是隨著LTE基站規(guī)模增加，光纖直驅(qū)方式將占用大量寶貴光纖資源，很難實(shí)現(xiàn)中長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展的要求。圖1 示出的是光纖直驅(qū)移動(dòng)前傳。

無(wú)論是運(yùn)營(yíng)商還是設(shè)備供應(yīng)商，都希望能采用更高效、成本更低的移動(dòng)前傳方式。越來(lái)越多解決方案旨在尋求既滿足移動(dòng)前傳的基本要求（高帶寬、低時(shí)延、接口協(xié)議滿足CPRI 或OBSAI，可選擇的鏈路保護(hù)方式），又能控制合理的成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)備小型化和低功耗。

圖1 光纖直驅(qū)移動(dòng)前傳

在眾所周知的WDM-PON、CWDM 基礎(chǔ)傳輸格式上，衍生出了許多不同的設(shè)備形態(tài)，這些設(shè)備形態(tài)對(duì)信號(hào)對(duì)接格式、端口協(xié)議進(jìn)行了有限的轉(zhuǎn)化，但是傳輸核心性能是繼承底層的傳輸方式固有的性能。CWDM技術(shù)還需要一對(duì)光纖，拓?fù)渲荒苁擎溞位颦h(huán)形，無(wú)法充分利用現(xiàn)有的星形光纖接入網(wǎng)。

圖2 示出的是無(wú)源WDM（WDM-PON）；圖3 示出的是有源WDM（CWDM或DWDM）。

圖2 無(wú)源WDM（WDM-PON）

圖3 有源WDM（CWDM或DWDM）

這些方案基本上都是將光分波合波器和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器技術(shù)轉(zhuǎn)化到接入的應(yīng)用上，無(wú)論簡(jiǎn)化多少，線路分光器件的引入會(huì)帶來(lái)光傳輸代價(jià)和投資成本的增加，而且系統(tǒng)極限波道數(shù)量和線路很有限，固化鏈形或環(huán)形拓?fù)洳贿m用接入模式，且無(wú)法利用成熟的功率放大技術(shù)，應(yīng)用范圍非常有限。

2 相干檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介

在高速長(zhǎng)距光傳輸應(yīng)用中，相干檢測(cè)技術(shù)的規(guī)模應(yīng)用充分證明能極大提升光線路的光信噪比耐受度，最重要的是，該技術(shù)激發(fā)了城域傳輸技術(shù)應(yīng)用的廣闊思路。

簡(jiǎn)而言之，相干檢測(cè)技術(shù)有點(diǎn)類(lèi)似檢波收音機(jī)原理，即：OLT 端相當(dāng)于多路發(fā)送端和接收端（多路頻點(diǎn)同時(shí)發(fā)送和接收），ONU是單路發(fā)送端接收端（單路特定頻點(diǎn)發(fā)送接收），每個(gè)ONU 與OLT 用一對(duì)臨近的頻點(diǎn)（50 GHz 頻段內(nèi)2 個(gè)頻點(diǎn)，PCT?-Paired Channel Technology）（見(jiàn)圖4）作為上下行的通信頻點(diǎn)，接收端通過(guò)采用特定頻點(diǎn)的本振與接收到的信號(hào)拍頻，諧振特性使對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)被檢出，非對(duì)應(yīng)頻點(diǎn)被隔離。

相干檢測(cè)技術(shù)在應(yīng)用中主要有2 種產(chǎn)品形態(tài)，即超密集波分復(fù)用（UDWDM）和高密集波分復(fù)用（HDWDM）。

UDWDM特性：采用相干檢測(cè)技術(shù)，在C波段可以提供1 000個(gè)頻率對(duì)，每用戶獨(dú)立使用一個(gè)頻率對(duì)，上下行對(duì)稱(chēng)速率1 Gbit/s。

HD-WDM 特性：采用相干檢測(cè)技術(shù)，在C 波段可以提供100個(gè)頻率對(duì)，每用戶獨(dú)立使用一個(gè)頻率對(duì)，上下行對(duì)稱(chēng)速率10 Gbit/s?？梢圆捎妙l點(diǎn)捆綁方式向終端用戶提供更高的速率N×10 Gbit/s。

圖5示出的是xDWDM邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

承載HD-WDM 的光纖物理拓?fù)淇梢允侨我忸?lèi)型，即可以利用PON 光纖接入星形網(wǎng)，也可以利用鏈形或環(huán)形網(wǎng)，比較靈活。

3 相干檢測(cè)技術(shù)在接入層應(yīng)用的價(jià)值優(yōu)勢(shì)

廣泛的物理拓?fù)溥m應(yīng)性：可以說(shuō)，HD-WDM 或UDWDM 技術(shù)繼承了PON 和WDM 各自的優(yōu)點(diǎn)但拋棄了各自的應(yīng)用局限，物理層信號(hào)在光纖媒介中廣播性發(fā)送但選擇性接收，光纖只要可達(dá)，業(yè)務(wù)就可達(dá)，可以應(yīng)用任意光纖物理拓?fù)?，星形、環(huán)形、鏈形或其他拓?fù)洹?/p>

低時(shí)延傳輸：移動(dòng)前傳應(yīng)用對(duì)傳輸時(shí)延要求很高，在10 μm 范圍，PCT?-Paired Channel Technology 技術(shù)收發(fā)采用獨(dú)立的頻點(diǎn)，10G碼流的調(diào)制與解調(diào)，優(yōu)化的FEC字節(jié)開(kāi)銷(xiāo)，無(wú)復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理，所以端到端傳輸時(shí)延在微秒級(jí)以下。

覆蓋范圍廣：相干接收具有較高諧振增益（或者說(shuō)接收靈敏度），使得光功率線路衰減代價(jià)高達(dá)46 dB（接入段距離80 km）；重要的是，因?yàn)槊總€(gè)上下行頻率對(duì)只占用50 GHz 帶寬，即使只在C 波段應(yīng)用，分光比也可以達(dá)到1∶96，必要時(shí)，C波段成熟光放技術(shù)可以有效

圖4 PCT?-Paired Channel Technology

4 U D W D M /H D-W D M 與傳統(tǒng)設(shè)備的成本對(duì)比

圖5 xDWDM邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

利用，可以實(shí)現(xiàn)超百千米的覆蓋。

網(wǎng)絡(luò)扁平化：網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的增加，結(jié)合端到端高帶寬特性，原有城域網(wǎng)接入層與匯聚層的分界可以取消，即接入層業(yè)務(wù)直接到達(dá)核心節(jié)點(diǎn)（OLT接口板卡可以直接插在核心節(jié)點(diǎn)OTN網(wǎng)元上）。

圖6示出的是網(wǎng)絡(luò)扁平化趨勢(shì)。

上下行速率對(duì)稱(chēng)：PCT?-Paired Channel Technolo?gy采用獨(dú)立的上下行頻點(diǎn)，終端用戶的上下行速率是對(duì)稱(chēng)的，上下行速率都可以達(dá)到10 Gbit/s。

成本優(yōu)化：因?yàn)橄喔蓹z測(cè)技術(shù)替代分光器件，額外插損減少，器件成本也得以降低。另外網(wǎng)絡(luò)扁平化帶來(lái)匯聚層設(shè)備投資和運(yùn)維成本的減少。由于使用PCT?-Paired Channel Technology，光纖消耗只有一根，或者利用傳統(tǒng)PON的光纖分配網(wǎng)絡(luò)，大大減少光纖占用。

在傳統(tǒng)移動(dòng)前傳方案中，除光纖占用率較高的光纖直驅(qū)方式外，CWDM/WDM-PON 都需要使用到彩色光模塊，對(duì)于單個(gè)RRU 的接入，至少需要一對(duì)彩色光模塊，因?yàn)閭鬏斁嚯x、波道數(shù)量不同，匯聚層設(shè)備配置成本（隨著技術(shù)發(fā)展，10G傳輸設(shè)備市場(chǎng)已經(jīng)脫離最優(yōu)生產(chǎn)規(guī)模期，成本曲線將進(jìn)入上升區(qū)間）受具體應(yīng)用影響而浮動(dòng)，大致可以將分光器件成本統(tǒng)一到光模塊的成本中。

以N×10G 為例，CWDM、WDM-PON 可以通過(guò)簡(jiǎn)化，直接采用彩色SFP+模塊進(jìn)入到WDM 光線路系統(tǒng)中，該固定波長(zhǎng)SFP+模塊的平均市場(chǎng)采購(gòu)價(jià)（將線路器件、可能的SOA）每端口大約425 美元，如果采用可調(diào)波長(zhǎng)的SFP+，端口成本價(jià)上升到900 美元；在HDWDM系統(tǒng)中，相干模塊的早期市場(chǎng)價(jià)格估計(jì)在300美元以下，在規(guī)模化應(yīng)用且自主開(kāi)發(fā)光子集成推動(dòng)下，5年后單端口的成本最終可望下降到100～200 美元，十分具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

圖6 網(wǎng)絡(luò)扁平化趨勢(shì)

簡(jiǎn)單的成本對(duì)比還不足以說(shuō)明差距所在，對(duì)于同是N×10G的應(yīng)用，N值不同，成本結(jié)構(gòu)隨時(shí)間的變化也不同。一般來(lái)說(shuō)總成本可以分成固定成本+可變成本，在CWDM/WDM-PON 中，因?yàn)閿U(kuò)展空間受限，工程初期設(shè)計(jì)基本能確定網(wǎng)絡(luò)承載容限和建設(shè)規(guī)模，固定成本一次投入后，可擴(kuò)展的部分不多；對(duì)于HD-WDM而言，可以按照終端點(diǎn)的規(guī)模增長(zhǎng)逐步建設(shè)和拓展，固定成本部分只占少數(shù)，甚至連光纜纖芯的占用也是按需增加的，這對(duì)于投資決策者的壓力顯然小得多。

5 U D W D M /H D-W D M 市場(chǎng)展望

HD-WDM 究竟能在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)取代現(xiàn)有的城域接入方式，現(xiàn)在尚難以做出準(zhǔn)確判斷，但是僅僅從LTE網(wǎng)絡(luò)前傳需求空間上就能看出市場(chǎng)的吸引力。全國(guó)LTE基站總數(shù)從試驗(yàn)網(wǎng)到超過(guò)100萬(wàn)個(gè)僅僅用了不到2 年時(shí)間，截至2015 年8 月已經(jīng)超過(guò)150 萬(wàn)個(gè)，保守估計(jì)，到2016年年中，全國(guó)LTE基站總規(guī)模將在300萬(wàn)個(gè)以上。其中城市范圍內(nèi)的基站受光纖資源短缺影響，至少近1/3 有移動(dòng)回傳需求，郊區(qū)或農(nóng)村基站建設(shè)受傳輸距離和站址影響，至少一半有移動(dòng)回傳需求，綜合起來(lái)看，2016 年的移動(dòng)回傳需求將達(dá)到100 萬(wàn)以上端口對(duì)。以HD-WDM 端口標(biāo)準(zhǔn)成本270 美元（年降低10%）計(jì)算，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到4億元人民幣以上。

6 可能的挑戰(zhàn)

任何新技術(shù)的規(guī)?；袌?chǎng)應(yīng)用離不開(kāi)幾個(gè)基本條件的成熟：標(biāo)準(zhǔn)化、成本可持續(xù)降低的趨勢(shì)、良性行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。

相干檢測(cè)技術(shù)首先是在超長(zhǎng)距高速通信系統(tǒng)中應(yīng)用的，HD-WDM 不是簡(jiǎn)單的技術(shù)遷移，而是重新開(kāi)發(fā)的全過(guò)程，目前，相干解調(diào)的小型化研發(fā)還是一個(gè)棘手的工作，未來(lái)更可能要面向光子集成方向以解決功耗和成本。器件或功能單元的模組化后，也能與其他現(xiàn)有技術(shù)結(jié)合而相得益彰，例如直接結(jié)合數(shù)據(jù)交換機(jī)或路由器，可以實(shí)現(xiàn)更豐富的業(yè)務(wù)模式；PCT?-Paired Channel Technology 可調(diào)光接口結(jié)合SDN，在接入層節(jié)點(diǎn)間就可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖杂啥x，即接入節(jié)點(diǎn)可以自由選擇自己的通信對(duì)象，條件是雙方的頻點(diǎn)配對(duì)就可以了。

UDWDM/HD-WDM 雖然暫時(shí)只在有限的開(kāi)發(fā)聯(lián)合體間開(kāi)展了合作，但同樣需要上游芯片廠商的支持（如嵌入更高速率的FEC 編解碼芯片）或者下游設(shè)備集成商的融合。所謂良性行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)就是指成熟完善的產(chǎn)業(yè)鏈為上下游生產(chǎn)者、使用者及最終用戶創(chuàng)造穩(wěn)定可持續(xù)價(jià)值的一個(gè)系統(tǒng)，只有在優(yōu)化的資源配置上各方共同合作，為運(yùn)營(yíng)商降低網(wǎng)絡(luò)成本，才能實(shí)現(xiàn)共贏。

［1］ L.G.Kazovsky. Coherent optical receivers：Performance analysis and laser linewidth requirements［C］. in Proc. 29th A nnu. Tech. Symp.，1985：24-31.

［2］ S.Narikawa，H.Sanjoh，N.Sakurai，et al. Coherent WDM-PON using directly modulated local laser for simple heterodyne transceiver［C］.in Proc.31st ECOC，2005：449-450.

［3］ Marco Presi，F(xiàn)abio Bottoni，Raffaele Corsini，et al. All DFB-Based Coherent UDWDM PON With 6.25 GHz Spacing and a>40 dB Power Budget［J］.IEEE Photonics Technology Letters，2014，26（2）.

［4］ 王翠珍，邱麗波，李廷軍，等.UDWDM 光纖通信及其關(guān)鍵技術(shù)分析［J］.海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2002（6）：645-648.

［5］ ITU-T G.975.1 Forward error correction for high bit-rate DWDM submarine systems［S/OL］.［2015-08-07］. http://wenku.baidu.com/link?url=gsoibl50wrV5OsXWNy8IZR4FsyvFznrX9ULpcvq6BHfHx0 UReb_xp110cUGYbB4-RE5jZKGXSWhfAijhq.

［6］ ITU-T G.709 Interfaces for the optical transport network［S/OL］.［2015-08-07］. http://wenku.baidu.com/link?url=OZPDrLVCg4dnB?sO1aTf_wtc_qpZfKjKFJJzrUxhoP- VQ2_5S79suWfm1StAGlqNEJq3 6lHSKB_L8Kf2-6-9Z2_QQuzJfBFVMdg9K874CmfO.

［7］ 夏海山.公共通用無(wú)線接口（CPRI）協(xié)議的FPGA 實(shí)現(xiàn)［D］.南京：東南大學(xué)，2007.

［8］ 中國(guó)移動(dòng)研究院.下一代前傳網(wǎng)絡(luò)接口（NGFI）白皮書(shū)［EB/OL］.［2015-08-07］.http://www.365pr.net/article_view.asp?id=6747.

［9］ YD/T 2713-2014 光傳送網(wǎng)（OTN）保護(hù)技術(shù)要求［S］.北京：人民郵電出版社，2014.

［10］CPRI-003 通用無(wú)線接口（CPRI）：接口規(guī)范［S/OL］.［2015-08-07］. http://doc.mbalib.com/view/ccd7733bbc15c8b5adc14f75d5a73c ac.htm l.

［11］Christoph Kottke，Johannes Karl Fischer，Robert Elschner，et al. Co?herent UDWDM PON with joint subcarrier reception at OLT［EB/OL］.［2015-08-07］.https://osapublishing.org/.

［12］A.Shahpari，J.D.Reis，R.Ferreira，et al. Terabit+（192×10 Gb/s）Ny?quist shaped UDWDM coherent PON with upstream and downstream over a 12.8 nm band［C］. in Proc.Opt.Fiber Commun.Conf./Nat.Fiber Opt.Eng.Conf.，2013.

［13］ D.Lavery，E.Torrengo，S.Savory，et al. Bidirectional 10 Gbit/s long?reach WDM-PON using digital coherent receivers［C］. in Proc.Opt.Fiber Commun.Conf./Nat.Fiber Opt.Eng.Conf.，2011.