5G来袭 解析高密度无线系统的前传方案

无线通信的LTE时代已全面开启。随着5G逐渐走近，单个基站的带宽将会大幅增加，基站部署密度加大，现有的基站建网方式已显现出一些问题。如基站选址困难、机房成本高、基站资源利用率低、维护工作量大等。

随着BBU与RRU分离以及RRU拉远技术的逐渐成熟，未来5G也必将采用BBU集中部署的方案，现有的光纤直连承载前传方案不再适用，因此对于未来5G的超高密度无线网络，集中部署的前传承载成为研究的重点。

BBU集中部署的主要优势

BBU集中到局站主要的优势包括：

1、节省建设投资：BBU集中放置可以减少基带硬件设备的数量，降低设备费用；同时无需新建基站机房与相关配套设施，可充分利用现有局站机房内的空间、电源和空调等资源，大大节省机房和配套设施投资。

2、减少运维成本：BBU设备集中安装，减少了无线、承载专业的维护工作量；BBU集中部署，提高了电源供给的效率，利于节能减排；GPS设备亦可实现共享和集中，降低建设和维护成本。

3、实现快速建网：RRU完全室外型设计，直接引入市电并安装室外一体化电源箱，即可满足建设要求，大大降低了基站选址和建设难度，同时提升了网络建设速度。原先基站寻址新建或租赁一个无线基站，需要通过土建（租赁不需要）、装修、电源空调及主设备采购建设安装等流程环节，采用BBU集中方式后将大幅缩短基站的建站周期。

4、无线网络质量提升：未来BBU基带池化，可实现多个无线站点基带资源共享，有效地应对话务潮汐效应，根据话务动态变化，灵活配置基带资源，提高了资源利用率；可消除RRU边缘的干扰，便于提升密集区域的切换性能，减少掉线；可实现站内的载波聚合，以提高速率；可实现站间CoMP（多点协同），以提高站间边缘速率。

在以上优势中，BBU集中的成本优势是最直观且可以在短期内看到成效的。根据国内运营商的测算，平均每宏基站可减少18．46万元投资，按5000个站的规模计算，累计可省9．23亿元，每年还可节省运营成本（主要是基站机房租赁和维护成本）1．62亿元。

前传承载的接口

BBU集中后，移动承载网的结构将发生较大的变化，新的网络结构如图1所示。

前传技术方案

一、光纤直连方案：

顾名思义，RRU与BBU之间的CPRI接口采用光纤直接连接。目前CPRI光模块由基站设备供应商统一提供，无需考虑光模块的互通问题。

为了节省一半的光纤资源，业界提出了单纤双向的解决方案。单纤双向就是指双方向的数据信号采用不同的波长在一根光纤中传送。由于双方向各须增加一个波长选择滤波器，透过发送波长，折射接收波长，因此，成本较单纤单向光模块有所增加。

光纤直连方案实现简单，但最大的问题就是光纤资源占用很多，即使采用单纤双向方案，光纤资源的占用量仍然不容忽视，在光纤资源紧张的区域，不宜采用此方案。另外，目前基站对于CPRI光接口的管理功能还比较弱，保护机制不完善。

二、WDM方案：

这个方案是利用波分复用特性，将多个CPRI链路采用不同的波长承载，然后再复用到一根光纤中，以达到节省光纤资源的目的。WDM方案有两种实现方案。

WDM承载设备方案：采用小型化的WDM承载设备实现CPRI链路的承载。由于BBU和RRU通过CPRI接口与WDM承载设备直接连接，基站设备只需选用短距光模块即可。WDM承载设备具备组网能力，可以为CPRI链路提供保护机制。

此种方案有两种实现方式，一种是成帧方案即将CPRI信号映射到OTN帧结构后再转换成彩光信号实现波分复用，一种是非成帧方案即直接将CPRI信号转为彩光后实现波分复用。由于实现方式不同，两类设备在功能和性能上存在差异。

1． 信号封装到OTN帧的实现方案可支持更好的管理，可以提高前传网络的可管理性和可靠性；同时，由于成帧操作，绝对时延和时延精度有所劣化。

2． CPRI信号不封装到OTN帧的实现方案可保证很小的绝对时延和时延精度，但是由于无法监测误码，无法在线路性能劣化时执行倒换。

CPRI彩光方案：基站CPRI接口采用彩光模块，通过无源的合分波器实现波分复用，无需配置承载设备。CPRI彩光方案的优势如下：

1． 相对于普通CRPI光纤直连方案，CPRI彩光模块的传输距离更长，且可以通过WDM方式节约光纤资源；

2． 相对于WDM方案，可以减少BBU／RRU设备与WDM设备之间的白光互联光模块，降低建设成本。

但是，CPRI彩光方案目前尚处于萌芽期，网管能力、保护能力仍处于未知状态，维护问题能否解决也是影响其未来应用的关键因素。不过由于彩光方案全程无源、使用简单并且支持波分复用等优势，目前也是业界比较看好的前传方案。

三、WDM－PON承载方案：

WDM－PON由于接入用户带宽需求不足，一直进展较慢，近期随着CPRI承载和用户带宽需求的迅速增长，业界也开始考虑把WDM－PON作为承载CPRI信号的技术方案之一。

WDM－PON的一个最大特点就是波长独立，不同波长通道可采用不同协议、速率、码型，承载不同业务，这将为CPRI的承载减少光纤和专用设备。在性能上，CPRI的需求远比普通用户接入严格得多，因此WDM－PON需要简化协议和封装的流程，来满足CPRI对于时延和抖动的需求。对于CPRI的信号可以采用直接透传，或者将CPRI信号做简单处理后封装进以太网帧进行传输。目前WDM－PON承载CPRI的技术方案还处于起步阶段，ITU－T15组的Q2正在进行相关的标准化工作。

面向5G的下一代前传接口 5G每基站带宽是4G的1000倍＝10x基站密度x10x载波带宽x10x频谱效率，通常来讲，抛开基站密度因素，每基站所需带宽是4G的30～50倍。按照通常的5G模型分析，如果继续沿用CPRI格式的前传接口，前传带宽有可能达到1Tbit／s以上，不管经济上还是技术上前传将变得无法负担，因此对CPRI接口进行优化刻不容缓。

NGFI是指下一代无线网络主设备中基带处理功能与远端射频处理功能之间的前传接口，基本特征是重新定义了BBU和RRU的功能，将部分BBU处理功能移至RRU上，进而导致BBU和RRU的形态改变，重构后分别重定义名称为RCC（Radio Cloud Center，无线云中心）和RRS（Radio Remote System，射频拉远系统），并且基于分组交换协议将前传由4G的点对点接口重新定义为多点对多点的移动前传网络。NGFI的架构如图2所示。

图2 NGFI的架构

RCC和RRS的划分有很多种方式，包括：

1）2层内部划分－LOW MAC／HIGH MAC

2）MAC／PHY划分

3） Bit－level／Symbol－level划分

4） Symbol－level／Sample－level

5）Baseband／RF划分

不同划分方式会带来不同的前传带宽和时延要求，一般两者不可兼备。需要带宽小的划分方式会有更严格的时延要求，另外由于更多功能转移到了远端设备，也会带来远端设备的复杂化。因此，在未来使用的时候需要根据具体需求在各种方案之间进行权衡。目前国内外主流运营商都倾向于前传带宽不超过25Gbit／s，这样可以充分利用将要出炉的25G以太网标准和成熟的100G光模块产业链（4×25G）。

标准化方面，2015年10月成立了IEEE1914任务组，研究NGFI的需求和架构。任务组由中国移动主导，国内厂家包括烽火、中兴在内，共45个成员，目前就应用场景、应用需求、关键指标等提出了很多想法。另外IEEE定义了用以太网传输CPRI信号的帧结构的IEEE1904．3标准，今年该标准会转移到IEEE1914任务组中，这也是业界比较看好的用以太网帧格式稍作修改承载5G前传的标准。