單纖雙向(Bidi)是如何實(shí)現(xiàn)的？會(huì)在5G前傳中占一席之地嗎？

  當(dāng)前，5G前傳采用的主要方案是：無源波分和光纖直連。無源波分具有占用光纜纖芯少、可快速部署等優(yōu)點(diǎn)，隨著價(jià)格的進(jìn)一步降低，已成為現(xiàn)階段5G前傳采用的主要技術(shù)方案。光纖直連根據(jù)無線設(shè)備采用光模塊的不同分為雙纖雙向和單纖雙向(Bidi)，中國(guó)移動(dòng)主要采用的是雙纖雙向，中國(guó)電信主要采用的是單纖雙向。

  單纖雙向與雙纖雙向孰優(yōu)孰劣?和無源波分相比有什么優(yōu)缺點(diǎn)?在5G前傳中能不能占有一席之地呢?

  單纖雙向的技術(shù)原理

  單纖雙向是指在一根光纖里同時(shí)傳輸收發(fā)兩個(gè)方向的光信號(hào)。無線設(shè)備采用的光模塊都是光收發(fā)合一模塊，雙纖雙向光模塊有兩個(gè)與光纖連接端口，而單纖雙向光模塊則只有一個(gè)與光纖連接端口。

  單纖雙向主要通過WDM方式實(shí)現(xiàn)。如下圖所示，BBU側(cè)的光模塊發(fā)送波長(zhǎng)λ1的激光通過45°分光片后耦合進(jìn)光纖，在AAU端，波長(zhǎng)λ1的光信號(hào)經(jīng)45°分光片反射后被接收；反之亦然。

  單纖雙向光模塊中的核心器件為45°分光片，分光片的光源照射面鍍?cè)鐾改ぁ⒎瓷涿驽兎瓷淠?，增透膜和反射膜的原理可參考?a target="_blank">無源波分系統(tǒng)中波分復(fù)用器的組成和原理》。光模塊中的發(fā)射/接收器件(bosa)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及實(shí)物照片見下圖。

  單纖雙向光模塊的收發(fā)采用了不同的波長(zhǎng)，用于5G前傳光模塊的工作波長(zhǎng)一般為1270nm/1330nm或1270nm/1310nm。就是說，單纖雙向光模塊包含了2種型號(hào)，必須配對(duì)使用。對(duì)于沒有明確A、B端的通信系統(tǒng)(如PTN等環(huán)網(wǎng)系統(tǒng))，在使用中較容易出現(xiàn)差錯(cuò)，而對(duì)于有明確A、B端的通信系統(tǒng)，只要規(guī)定好A或B端使用某一波長(zhǎng)的光模塊即可。

  單芯雙向與其他前傳方案的區(qū)別

  1、光纜線路建設(shè)

  (1)光纖直連方案

  單纖雙向占用的纖芯數(shù)雖然只是雙纖雙向的一半，但多數(shù)情況下，布放的主干光纜皮長(zhǎng)是一樣的。例如，1個(gè)CRAN機(jī)房收容宏站的個(gè)數(shù)一般為5～15個(gè)，假如按BBU數(shù)最大為40臺(tái)計(jì)算，則采用單/雙芯方案時(shí)，占用的主干光纜纖芯數(shù)分別為120/240芯，在同一路由上均只需布放1條主干光纜，相應(yīng)的光纜建設(shè)情況如下圖所示。

  由于單纖雙向占用的纖芯數(shù)較少，原有宏站的接入光纜纖芯多半能滿足接入需求，所以，配線光纜(主干光交～宏站)的建設(shè)量通常只有雙纖雙向方案的一半左右。

  (2)無源波分方案

  5G前傳的無源波分當(dāng)前主要采用6合1和12合1系統(tǒng)，對(duì)光纜纖芯的消耗非常少。但由于前傳光纜網(wǎng)絡(luò)要求與寬帶業(yè)務(wù)共用ODN網(wǎng)絡(luò)，若CRAN機(jī)房至主干光交間沒有光纜資源，則依然需要建設(shè)主干光纜。

  而原有宏站的接入光纜剩余纖芯資源大多可滿足使用需求，只需建設(shè)部分段落從主干光交至宏站的配線光纜即可。

  2、工程投資

  單纖雙向與雙纖雙向光模塊只是發(fā)射/接收器件略有不同，元器件成本差別不大。但由于單纖雙向光模塊的市場(chǎng)需求量較小，故價(jià)格略高15%左右。

  無源波分系統(tǒng)含合/分波器件，而且1351nm、1371nm波長(zhǎng)的光模塊因有較大的色散代價(jià)，需采用價(jià)格更貴的APD檢測(cè)器件，元器件成本會(huì)更高。同樣由于市場(chǎng)規(guī)模的原因，當(dāng)前單纖雙向系統(tǒng)的單價(jià)反而比無源波分系統(tǒng)高約10%左右。

  工程投資主要包括光纜線路投資和光模塊投資，以一個(gè)4系統(tǒng)(其中5G與4G 3d mimo各1個(gè)系統(tǒng)、其它4G站2個(gè)系統(tǒng))的宏站接入為例，各種方案的投資差別見下表。

  由于當(dāng)前中國(guó)移動(dòng)無線設(shè)備采購(gòu)時(shí)均已包含雙纖雙向光模塊，采用無源波分時(shí)需要替換掉原有的光模塊，所以，考慮光模塊替換成本后的無源波分造價(jià)(13799元)與雙纖雙向比差別并不像上表中那么明顯。

  3、維護(hù)與管理

  由于單纖雙向光模塊使用的波長(zhǎng)并不會(huì)產(chǎn)生較大的色散代價(jià)(見《聊聊5G前傳無源波分方案中色散的影響》一文)，傳輸指標(biāo)方面與雙纖雙向光模塊并無其它區(qū)別。使用中只需規(guī)定某一波長(zhǎng)用于AAU端、另一波長(zhǎng)用于BBU端即可，并不會(huì)給運(yùn)維帶來其它不便。

  但無源波分系統(tǒng)，則存在以下缺點(diǎn)：

  (1)由于1351nm、1371nm波長(zhǎng)的光模塊有較大的色散代價(jià)，會(huì)導(dǎo)致傳輸距離受限;

  (2)需和合/分波器的端口配合，對(duì)BBU和AAU端光模塊的使用波長(zhǎng)進(jìn)行規(guī)劃;

  (3)需要在光纖鏈路中安裝合/分波器件，鏈路中活動(dòng)連接多，故障點(diǎn)多;

  (4)光模塊型號(hào)多，維護(hù)與管理不便。

  結(jié)論與建議

  單纖雙向與雙向雙向相比，造價(jià)上有明顯優(yōu)勢(shì)，也不會(huì)增加維護(hù)與管理的不便，光纖直連應(yīng)采用單纖雙向方案。

  當(dāng)前，中國(guó)移動(dòng)無線設(shè)備采購(gòu)時(shí)均已包含雙纖雙向光模塊，采用無源波分前傳方案時(shí)原光模塊并不能很好利用，這樣，還不如在設(shè)備采購(gòu)時(shí)統(tǒng)一采用單纖雙向光模塊，不但造價(jià)更低，還有利于維護(hù)管理。

  若無線設(shè)備的光模塊單獨(dú)采購(gòu)，則無源波分的造價(jià)最低。受色散代價(jià)的限制，低成本的無源波分方案并不適合較長(zhǎng)距離的傳輸(見《5G前傳采用無源波分時(shí)的傳輸受限距離》)，建議前傳距離較長(zhǎng)時(shí)采用單纖雙向方案。

  圖/文：老丁頭; 審閱：施華俊 陳波