Labs简介无源波分技术是现阶段5G前传主要采用的技术。由于5G前传速率高达25G，色散成为影响5G前传的主要因素。介绍了无源波分复用前传方案的技术原理和常用型号的波长分配。通过对光模块传输和色散代价（TDP）指标的研究，分析了TDP的各种影响因素及其对5G前传的影响，最后结合光纤链路传输指标要求，提出了无源WDM技术的部署建议在5G前传中。1.简介5G前传是指5G无线接入网中DU（分布式单元）和AAU（有源天线单元）之间的传输。目前，5G前传方案主要包括：光纤直驱、无源波分、半有源波分和有源波分等。在各种前传方案中，由于光纤直驱方案需要消耗大量的纤芯资源，并且新建光缆需要一定的时间，还会受到管线和杆子资源的限制；半有源波分方案目前还不成熟；有源波分方案成本过高；而无源波分方案凭借占用纤芯少、价格低廉、部署迅速等优势，成为现阶段5G前传应用的主要方案。2.无源波分复用前传方案简介2.1无源波分复用前传方案技术原理将波长组合到一根光纤中传输。例如5G宏站通常有3个AAU，DU到AAU的收发端口数为6个，DU侧和AAU侧采用6路MUX/DEMUX，将DU和AAU之间的收发信号合路.路传输到光纤，如图1所示。图1无源波分复用前传方案技术原理由于MUX/DEMUX是无源器件，每个业务端口需要使用不同传输波长的光模块，即色光学模块。无源WDM系统包括MUX/DEMUX和彩光模块2部分。由于DU和AAU设备通常配备特定波长（一般为1310nm）的光模块，因此需要将DU和AAU的特定波长光模块（又称灰光模块）更换为同速率的彩色光模块.无源波分前传解决方案常用的组网结构分为双星型（见图1）和总线型（见图2）两种。双星组网结构主要应用于5G宏站前传场景，总线型主要应用于高速公路、高铁、隧道等场景。图2无源WDM总线型组网结构2.2无源WDM前传方案系统模型基于成本的考虑，无源WDM一般采用CWDM（粗波分）技术。CWDM一共支持18个波长。5G前传常用的型号有6合1（即1根光纤传输6个波长）和12合1。各型号使用的波长如表1所示。表1.常见无源WDM型号波长分配表。虽然18合1机型可以用于5G前传，但首先18合1机型使用的光模块种类较多，会增加维护难度；另外，G.652B光纤用在少数接入网中，也会受到光纤E波段衰减水峰的影响，不推荐使用。为了避免G.652B光纤E波段衰减水峰的影响，将12合1型号的波长分为前6波（1271nm~1371nm）和后6波（1471nm~1571nm）），而6合1模型使用的是前6波Wave。3.色散对5G前传的影响3.1光模块的传输和色散惩罚（TDP）色散是指光信号（脉冲）的不同频率分量在达到一定速率后以不同的速度传播时，由于脉冲展宽而引起的信号失真现象。距离。色散对传输的影响可以通过光模块的TDP（TransmitterDispersionPenalty，传输和色散惩罚）参数来体现。TDP参数反映了信号经过光模块调制后，通过光纤传输后，由于色散引起的信号劣化程度。在实际测试中，是通过标准接收模块的灵敏度劣化程度来衡量的。TDP是以下两种情况下的灵敏度之差（TDP=S2-S1）：理想参考发射机的标准灵敏度S1；被测发射机+指定长度光链路条件下的灵敏度S2。3.25G前传彩光模块的TDP指标5G前传彩光模块的TDP指标与光模块采用的调制方式有关。按照调制方式，光模块主要分为DML（DirectlyModulatedLaser，直接调制激光器）和EML（Electlro-absorptionModulatedLaser，电吸收调制激光器）两种。DML通过直接控制通过激光器的电流来发射不同强度的光。EML以恒定电流通过激光器，改变光通过外部调制器的比例，以获得不同强度的光，包括光源（激光器）和调制器两部分。直接调制时，激光器始终工作在不稳定状态，存在很多影响输出质量的非线性效应。因此，DML一般用于低速、短距离的通信系统。远距离、高速通信系统一般采用EML。此外，5G前传彩光模块（传输速率为25G）的TDP指标还与激光器的中心波长和标称传输长度有关。标称传输长度为10km的彩光模块的TDP参考值如表2所示。表225G彩色光模块（10km）TDP参考值受色散限制，DML只能用于前6波。虽然EML的TDP更小，但成本却比DML高很多。因此，5G前传主要采用DML。4G前传（传输速率为10G）受色散影响较小。对于12合1机型，前6波可用于开启5G前传，后6波可用于开启4G前传。3.3环境温度对TDP的影响5G前传彩光模组在高温环境下工作时，TDP会明显增加。色光模组的波长越长，高温对TDP的影响越明显。当环境温度超过70℃时，对于波长为1351nm和1371nm的光模块，TDP相对于常温（15℃-35℃）的增幅甚至高达2-3dB。为降低高温对TDP的影响，AAU侧可采用前6波的短波光模块，DU侧可采用长波光模块，如图3所示。图35G前传中的无源WDM波长分配。光模块的工作温度分为商业级：0~+70(℃)和工业级：-40~+85(℃)。由于AAU通常安装在室外，对前传光模块的工作温度范围要求比较严格。因此，AAU侧光模块的温度特性应满足工业级要求。DU通常安装在机房内，DU侧光模块的温度特性可以满足商用级要求。4.光纤链路传输指标4.1光纤链路总衰减DU到AAU光纤链路总衰减包括：光纤和熔接衰减、有源连接衰减和MUX/DEMUX插入损耗，总光纤链路的衰减可以根据表3进行计算。表35G前传光纤链路整体衰减的计算5G前传光纤链路的传输参考模型如图4所示。基于光纤链路长度10.0km，光纤链路中的活动连接数为7，系统最大链路衰减为10.5dB。图45G前传光纤链路传输参考模型4.2系统光功率预算系统光功率预算主要由光模块的光功率参数决定，即“最小OMA传输光功率”-“最大传输色散”成本(TDP)”-“最大OMA接收灵敏度”。5G前传彩光模块（10km）主要光功率指标及光功率预算见表4。表45G前传彩色光模块（10km）主要光功率指标及光功率预算（注）系统光功率预算应大于光纤链路整体衰减，并预留2～10km的维护余量3分贝。从表4的“光功率预算”值可以看出，标称传输长度为10km的彩色光模块在实际场景中无法满足10km光纤链路的衰减指标要求。根据系统的光功率预算和表3可以计算出，当预留2dB维护余量时，图4传输模型下彩色光模块（10km）的理想传输距离不超过6.3km.5.结论与建议综上所述，由于5G前传速率较高，采用无源波分方案时，系统会产生较大的TDP。因此，在项目实施中建议采取以下措施：系统模型应以6合1为主，12合1为主，不宜采用18合1。5G前传彩色光模块应采用DML调制方式，使用前6波。如果只解决5G基站的前传，应该采用6合1系统；由于大多数5G站与4G站位于同一地点，因此可以使用12合1系统，前6波传输5G，后6波传输4G；解决5G和4G3d-mimo（速率24.33Gbps）的前传，建议使用两套6合1系统。距离较近时，也可以使用一套12合1系统。AAU端应采用工业级光模块，光模块波长应为1271nm、1291nm、1311nm；DU侧应使用商用级光模块，光模块波长应为1331nm、1351nm、1371nm。典型场景下常用彩光模块（10km）的理想传输距离为6.3km。当超过这个距离时，建议使用光功率预算更大的彩光模块（15km）。【本文为专栏作家《移动实验室》原创稿件，转载请联系原作者】点此阅读更多本作者好文
