若4G基站实行RRU-BBU双路由保护机制,5G基站不实行双路由保护机制,则配线光缆纤芯需求为8×9×1+2×9×2+120=228芯,若5G也采用双路由保护,配线纤芯就需要348芯。这样一来,配线光缆就需要布放288芯以上的光缆,主干光缆就需要采用432芯以上的光缆了。在考虑到并非所有路由都需要保护的情况下,主干光缆均采用288芯光缆,围绕1~2个综合业务机房进行建设,覆盖2~3个C-RAN区。若主干光缆采用432芯光缆,可覆盖3~4个C-RAN区。
从以上分析可以看出,5G前传网络建设对光缆资源的挑战巨大。另外,针对C-RAN大集中的应用场景,如果仍采用光纤直连,传输距离也成为无法逃避的大问题,因此,为降低光缆建设成本,节省光纤消耗,就必须使用波分复用(WDM)设备来解决前传长距离传输和光纤耗尽问题。
2 全无源O-Band CWDM的创新技术
2.1 低成本的O-Band CWDM彩光光模块
前传网除了光纤以外,还需要使用CPRI/eCPRI接口的光模块或光设备。由于5G前传是室外应用,因此需要可以野外安装的工业级(-40°C~85°C)光模块。目前为实现更宽温度范围的光模块技术方案主要有:(1)商业级(0~70°C)25Gbit/s直调(DML)芯片+带制冷封装方式,优点是对激光器芯片要求低,缺点是增加了功耗与成本;(2)直接采用工业级的25Gbit/s DML芯片,优点是封装简单、功耗成本低,缺点是工业级激光器芯片工艺实现困难(如掺铝量子阱材料生长)。
针对25Gbit/s的高速光模块,各主流器件和光模块厂家都在尝试基于10G波特率的DML(直接调制激光器)工温芯片,以超频方式来低成本地实现25Gbit/s的高速收发光模块。其基本思路都是利用更复杂的电调制解调技术来降低模块对激光器物理带宽的要求或减少激光器的使用数量来降低成本的。一种方法就是利用PAM-4(四电平脉冲幅度调制)技术实现1个周期传输2bit信息,相对于NRZ(非归零码)的1个周期传输1bit信息来说倍频了一倍。另外就是使用更高阶的调制技术或多种调制技术混合使用,例如华为采用离散调音技术(DMT)来实现单波100Gbit/s 的光模块。
目前市场上可成熟规模使用的、符合O-band CWDM中心波长分配表(如表1)要求的前6个波的25Gbit/s光模块最新的市场价格已降低到400元/个的水平,而同样速率的工作于C-band的光模块价格却仍在3000元/个以上,由此可见使用O-band CWDM光模块构建的波分系统的成本优势是非常明显的。
如表1所示,我们创新设计的全无源、有保护的O-band CWDM(Coarse Wavelength Division Multiplexing)型5G前传产品,就采用CWDM在O-band的前6个工作波长的彩光光模块,并以这6个波长为单位进行堆叠,通过模块化设计,可以提供超低成本的6波、12波、18波、24波等5G前传网光模块解决方案。