無源波分技術及其在4G/5G前傳中的應用
1、無源波分前傳方案簡述
無源波分採用WDM技術，將BBU/DU至不同RRU/AAU的電路採用不同的波長合路到一根光纖中傳輸。例如，一個4G巨集站某個頻段的S111站共3個RRU，BBU至RRU的收發埠數共6個，在BBU側和RRU側各採用1個6路的OTM（光終端複用器）就可以將BBU和RRU間的收發訊號合路到一根光纖中傳輸，如圖1所示。
圖1 無源WDM前傳方案
由於OTM是無源器件，故各業務埠光模組需採用不同的波長，即彩光模組。無源波分系統包括OTM和彩光模組2部分，使用時需將BBU/DU或RRU/AAU標準波長（常用的1550nm或1310nm）的光模組（俗稱灰光模組或白光模組）替換成相同速率的彩光模組。
無源波分支援的組網結構分為雙星型（見圖1）和匯流排型（見圖2）。無線前傳主要使用雙星型組網，匯流排型主要用於高速公路、高鐵、隧道等場景的覆蓋。
圖2 無源波分的匯流排型組網結構
系統支援的業務主要和光模組有關，以10Gbps彩光模組為例，支援包括：基站前傳業務（Option1～7）、以太業務（GE/10GE）和SDH業務（STM-4/16/64）。
2、系統模型及波長分配
系統用於承載無線前傳業務時，主要採用6合1（即1根光纖傳輸6個波長）、12合1和18合1模型；用於其他業務承載時，還會用到8合1模型。
由於CWDM最大支援18個波長，故系統最大支援
表1 無源波分常用模型的波長分配表
| 序號 |
中心波長(nm) |
波段 |
6合1模型 |
8合1模型 |
12合1模型 |
| 1 |
1271 |
O |
★ |
|
★ |
| 2 |
1291 |
★ |
|
★ |
|
| 3 |
1311 |
★ |
|
★ |
|
| 4 |
1331 |
★ |
|
★ |
|
| 5 |
1351 |
★ |
|
★ |
|
| 6 |
1371 |
E |
★ |
|
★ |
| 7 |
1391 |
|
|
|
|
| 8 |
1411 |
|
|
|
|
| 9 |
1431 |
|
|
|
|
| 10 |
1451 |
|
|
|
|
| 11 |
1471 |
S |
|
★ |
★ |
| 12 |
1491 |
|
★ |
★ |
|
| 13 |
1511 |
|
★ |
★ |
|
| 14 |
1531 |
C |
|
★ |
★ |
| 15 |
1551 |
|
★ |
★ |
|
| 16 |
1571 |
L |
|
★ |
★ |
| 17 |
1591 |
|
★ |
|
|
| 18 |
1611 |
|
★ |
|
儘管表中的波長均可使用（非G.652D光纖應避開1371、1391nm和1411nm波長），為便於管理，建議波長的選擇應統一。
3、系統的光功率預算指標要求
由於BBU/DU與RRU/AAU間的光纖網路一般是結構複雜的ODN（光分配網），故BBU/DU和RRU/AAU的光功率預算除考慮光纜線路的長度因素外，還要考慮光鏈路中OTM的插損和活接頭的數量。OTM的插損見表2。
表2 OTM插損參考表
| OTM型別 |
參考值（dB） |
典型值（dB） |
| 6合1 |
2.6 |
1.1 |
| 8合1 |
2.8 |
1.2 |
| 12合1 |
3.2 |
1.5 |
| 18合1 |
3.5 |
1.7 |
| 說明：參考值是當前主流廠商執行的最差標準，典型值是多數主流廠商可達到的水平。 |
||
通常，市區BBU/DU與RRU/AAU間的光纖鏈路長度一般不超過10.0km，鏈路中的活接頭數量約8個，則系統的光功率預算需滿足表3的要求。
表3 系統的光功率預算表
| 專案 |
單位值 |
數量 |
數值（dB） |
| 光纖及熔接衰減 |
0.45dB/km |
10.0 |
4.5 |
| 活動連線衰減 |
0.5dB/個 |
8 |
4.0 |
| OTM插損（18合1） |
1.7dB/個 |
2 |
3.4 |
| 維護餘量 |
|
|
2.0 |
| 合計 |
|
|
13.9 |
若光纖鏈路長度、活動聯結器數量或OTM插損與表3中有較大偏差，應重新計算。
4、彩光模組的光功率引數
當前，多數廠商用於無線前傳的光模組依然採用的是WDM裝置用光模組的標準，在使用中存在以下幾方面的問題：
（1）光模組的光功率預算按傳輸距離分成10km、20km、40km和80km幾種規格，但這一分類標準因未考慮ODN網路的複雜性和OTM的插損，並不適合在無線前傳中採用。例如，10km和20km光模組的光功率預算（光功率預算＝平均傳送光功率（最小值）－最大接受靈敏度－最大發生和色散的代價）只有10dB和12dB，顯然無法滿足系統的光功率預算指標要求，雖然並不妨礙系統的開通，但系統的光功率維護餘量幾乎沒有，不利用網路日後的維護。
（2）不同廠商生產的光模組光介面引數有較大的差別，即使是滿足同一光功率預算的光模組，各廠商光模組的“平均傳送光功率（最小值）”、“最大接受靈敏度”指標也有超過2dB的差別，這就給光模組的互換性帶來很大的麻煩。對使用者來說，將不得不為每一廠商的光模組留有維護備件。
（3）光模組的使用溫度範圍為-20℃～+70℃，由於RRU/AAU一般安裝在室外，在極端天氣下可能會影響使用。
為解決這些問題，工信部發布了《無線基站BBU 與RRU 互連用SFP/SFP+光收發合一模組(YD/T 3131-2016)》技術標準，在該標準中，光模組的推薦使用溫度範圍擴大到了-40℃～+85℃，並且建議了彩光模組的光介面技術指標。例如，用於4G前傳的彩光模組部分指標如下：
表4 用於4G前傳的彩光模組光介面部分指標
| 引數 |
單位 |
中距 |
長距 |
|
| 平均傳送光功率 |
最大值 |
dBm |
+3.2 |
+6 |
| 最小值 |
dBm |
-3.8 |
-1 |
|
| 最大發送和色散的代價 |
dB |
2.0 |
2.0 |
|
| 最小過載光功率 |
dBm |
-7 |
-7 |
|
| 最大接受靈敏度 |
dBm |
-19.4 |
-23.1 |
|
根據這一標準，中距、長距光模組的光功率預算分別為13.6dB和20.1dB，按表3中的模型計算，最小傳輸距離分別為9.3km和21.6km，可以滿足絕大多數場景的傳輸需求。但也應注意，當鏈路的實際衰耗太小時，光功率很容易過載。
5、基於DWDM技術的無源前傳方案
CWDM技術最多支援18合1的模型，超過18波（當前最大使用24波）則需使用DWDM技術。
DWDM系統一般不以中心波長作為主要引數，而代之以中心頻率。24波系統使用的中心頻率分別為：192.1THz～193.2 THz、193.17THz～194.8 THz，波道間隔為100GHz，對應的波長範圍為：1560.61nm～1551.72nm和1546.92nm～1538.98nm。
基於DWDM方案的投資較大，大約是CWDM方案的數倍；涉及的光模組型別多，可能會給維護帶來不便；是否有必要採用值得商榷。
6、面向5G的挑戰
僅從技術上分析，無源波分技術完全可以用於5G前傳，但商用初期可能面臨以下挑戰：
（1）彩光模組的價格。5G前傳將採用25Gbps的光模組，商用初期如果相應的彩光模組價格過高，則會影響方案的實施；例如，1個S111站共需替換12個彩光模組，若每個彩光模組3000元，則總投資超過3.6萬；如果具備管道或杆路資源，新放5公里24芯光纜的造價也不超過3.6萬元；無源波分的成本將高過光纖直連的成本。
（2）彩光模組的產業鏈成熟情況。無源波分方案中將使用到多個波長的彩光模組，具體到某一波長的彩光模組，其市場需求量尚不足灰光模組的數十分之一，在商用初期，產業鏈可能難以跟上。
（3）傳輸距離受限。當系統速率達到25G時，系統的傳輸距離將受光纖色散的影響較大，傳輸距離據估算將不超過8km。
（4）受低成本有源前傳方案的挑戰。低成本有源前傳方案採用低速的光模組進行高速傳輸，在4G/5G混合承載的場景中，價格將會對無源波分方案形成挑戰。
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