C-RAN承载方案分析

      C-RAN是一种具备集中（Centralized）、协作（Cooperative）、云化（ Cloud）、绿色（Clean）特征的先进的无线接入网络架构。如图1所示，C-RAN通过将BBU集中放置，可共享基带，大幅降低无线接入网络的能耗和TCO，并且可以通过协作式无线电大幅提升无线网络性能。


       图1  C-RAN网络架构图

   在传统的移动接入网络中，接入网层次承担的是A口/Iub接口传输功能，传输带宽一般为几十兆，通过MSTP/PTN等设备实现传输。C-RAN模式下由于集中的基带池在网络层次中的提升，使得接入网层次需要承担Ir接口（一般为CPRI格式）的传输功能，实际上是原来短距离的CPRI传输拉远为接入层次的传输需求，传输的带宽一般为几个G，通常的手段是通过光纤直驱来解决，但这种模式需要采用较多的光纤，在光纤资源丰富的地区可直接快速部署，如珠海移动的C-RAN和韩国KT的CCC都是这种模式。但在光纤资源紧张的地区需要通过其他手段实现。中兴通讯通过增强型光纤直驱、彩光直驱和OTN下沉承载等方案，在使用极少量光纤（与传统的RAN相当）的情况下全面覆盖各种场景的C-RAN承载需求。

CPRI的传输需求

    在无线接入网中，不同的制式所需带宽不同，典型的3种制式3个站点所需带宽如表1所示。

   表1  不同制式CPRI传输带宽需求

注：GSM每站点实际为1.25G，6G为考虑到18级级联后的速率。

    除以上带宽需求外，CPRI协议和相关标准要求以下指标：  

• 传输距离不小于10km，中兴通讯的BBU实际能补偿40km；
  
• 每级RRU设备引入的抖动小于±0.002ppm；
  
• TD-SCDMA和TD-LTE要求基站时间同步精度为±1.5μs，在采用1588的时间同步和C-RAN的场景可留给传输部分的指标为±100ns（建议值）。

    另外，在不使用传输设备的解决方案中，BBU-RRU还应能够利用CPRI开销完成基本的OAM功能。根据目前的网络现状和规划，C-RAN主要位于接入网的层次中，即BBU池位于汇聚与接入的交界处，每个环下带的RRU站点为4~6个。

C-RAN不同承载方案分析

    为实现C-RAN的核心功能，Ir接口中的IQ数据带宽大且可压缩的余地小，延时抖动要求高，且不具备统计复用和汇聚特性，因此SDH/MSTP/PTN/PON/SWITCH等传统的承载设备无法胜任，需采用WDM技术或设备来解决C-RAN的传输问题。

    在C-RAN建设的过程中，光纤资源丰富的地区可直接采用光纤直驱快速建设。光纤资源不足的情况下，思路一是付出少量的光纤资源，组建独立的C-RAN业务网络，即增强型光纤直驱和彩光直驱；思路二是推动室外型OTN设备下沉来承载，在实际的部署中，可根据不同的阶段和场景采用不同的方案。

增强型光纤直驱

    在GSM网络中，CPRI的带宽较小，可通过将大量的RRU直接级联来减少光纤资源的消耗。如图2所示，增强型光纤直驱通过CPRI光口级联可实现最大18级RRU级联，采用成熟的6G光模块即可实现。同光纤直驱类似，无线侧设备通过CPRI信号自身可完成增强型光纤直驱的保护、OAM和网络管理。 通过增强型光纤直驱，仅使用一对光纤可实现6个站点的承载，是GSM C-RAN建设中最优的传输方案。

  图2  18级RRU级联实现增强型光纤直驱

彩光直驱

    彩光直驱利用WDM技术，在BBU池配置光合分波器OMD，RRU节点配置光分插复用器OAD，如图3所示，图中给出了4个节点，每节点配置OAD1为例。在彩光直驱方案中，BBU和RRU上的光模块分别采用带波长的彩光（WDM）模块，采用CWDM技术最大可支持18个波长，采用DWDM技术最大可支持80个波长。

  图3  彩光直驱原理示意图

    彩光直驱方案，每个BBU-RRU波长连接在物理上是点对点的连接，因此功率预算是彩光直驱需要考虑的关键问题。具体的计算原则为：本地上下路OAD插损+其他节点OAD直通插损+OMD插损+活接头+线路损耗+工程余量<光模块功率预算（发光功率-接收灵敏度）。以TD-SCDMA系统6个站点20km环长CWDM（8波系统）彩光直驱为例，线路的功率预算为：1+5×1+2.5+（8+5×2）×0.5+0.25×20+3=25.5dB，当前的6G彩光模块已可达25dB，基本满足TD-SCDMA C-RAN彩光直驱的建设需求。通过提升彩光模块的功率预算，可支持6节点40km的彩光直驱应用，当前的PON系统中10G光模块的的功率预算已高达30dB以上。

    在未来的LTE阶段，每个站点需要3个10G波长，CWDM彩光直驱仍可支持4站点20km应用，如果采用DWDM+光放大器技术，完全可以支持6站点40km的应用。进一步地，考虑到LTE阶段站点数量更加密集，而光缆网络的拓扑不会有太大变化，可通过多个站点共用一个OAD的方式，一对光纤实现40km环上24个LTE站点的C-RAN承载需求。

    在彩光系统的运维上，同光纤直驱类似无线设备可通过CPRI信号自身可完成保护、OAM和网络管理。而在工程上，由于OAD为无源器件，可置于室外电源柜/光交接箱中。OMD和OA等器件可置于BBU池所在的机房。

    通过彩光直驱，仅使用一对光纤可实现TD-SCDMA和TD-LTE的C-RAN承载。

OTN承载

    OTN是采用WDM技术的综合承载设备，在C-RAN承载方案中，把CPRI作为其承载的业务类型之一，CPRI over OTN的各种映射方案在ITU-T G.709标准中已有规定，考虑到CPRI的抖动和延时性能要求较高，通过合理的设计，完全能够满足CPRI承载的需求。

    OTN除了可以承载C-RAN外，还可以对已有的SDH/MSTP/PTN传输、PON/以太网等裸纤业务实现综合承载。由于引入了传输层面，OTN承载具备完善的保护、OAM和故障诊断能力，并可支持环形、树形（Uni-PON）和MESH型等多种网络结构。

    但传统的OTN设备用于核心骨干网，成本较高。用于C-RAN承载中后，用量巨大，相关功能可以采用ASIC实现，从而可以大幅降低设备成本。另一方面，在C-RAN的应用场景中，绝大多数是无机房的应用，小型化的OTN设备需要采用工业级器件，增加温控能力，考虑更为严苛的环境应用和安装条件，如楼道壁挂、抱杆等安装方式和环境。

    在室外型OTN下沉的情况下，通过新建和扩建OTN传输网络可以满足多厂家多业务综合承载需求。

小结

    C-RAN的承载方案研究，首要的是以合理的成本代价，解决C-RAN的光纤消耗问题，使C-RAN的规模建设成为可能。

    针对GSM网络的C-RAN建设，中兴通讯提出采用增强型光纤直驱（18个RRU级联）方案，可极大地节省光纤资源，已实现商用化。针对TD-SCDMA网络，中兴通讯提出采用彩光（CWDM）直驱，同样仅使用一对光纤实现（支持6个站点/波长共18个RRU），采用的都是成熟技术，基本完成商用准备，目前正在进行现场测试。而未来通过采用DWDM、OA、FEC等成熟技术完全可满足未来LTE阶段的承载需求。

    增强型光纤直驱和彩光直驱以较低的成本，可解决C-RAN建设中光纤资源消耗过大的问题，且网络的保护能力和运维支撑能力，全面优于传统的C-RAN承载方案（即光纤直驱），使C-RAN的规模建设成为可行。

    如未来对C-RAN承载方案的要求由聚焦于解决C-RAN规模建设可行性的光纤资源消耗过大问题，转变为适应多制式/多厂家或综合业务（包括宽带接入、大客户等）承载环境，这时C-RAN的承载问题转化为承载网络的优化问题，目前看室外型OTN下沉是比较理想的解决方案，当前OTN设备的成本水平在用于C-RAN规模建设时将会有巨大的下降空间。

    因此，当前C-RAN承载不存在无法解决的技术问题，但对现有的网络建设和运维模式有一定影响，这需要产业链各方一起努力推进C-RAN承载建设方案的成熟和完善。

[关键词] C-RAN