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单纤双向(Bidi)是如何实现的

作者:QY 来源:知乎 时间:2021-07-15 09:11:24 浏览次数:

东莞市庆赢实业有限公司位于东莞市塘厦镇塘天北路101号,厂房占地面积5000多平方米,是国内一家从事光无源器件的研发、生产及销售的高新技术企业,公司自主设计、生产、加工各类五金件、充电器插脚片、PLC钢管、及光纤快速连接器、光纤适配器。 东莞市庆赢实业有限公司位于东莞市塘厦镇塘天北路101号,厂房占地面积5000多平方米,是国内一家从事光无源器件的研发、生产及销售的高新技术企业,公司自主设计、生产、加工各类五金件、充电器插脚片、PLC钢管、及光纤快速连接器、光纤适配器。

1 引言


当前,5G前传采用的主要方案是:无源波分和光纤直连。

无源波分具有占用光缆纤芯少、可快速部署等优点,随着价格的进一步降低,已成为现阶段5G前传采用的主要技术方案。

光纤直连根据无线设备采用光模块的不同分为双纤双向和单纤双向(Bidi),CMCC主要采用的是双纤双向,CTCC主要采用的是单纤双向。

单纤双向与双纤双向孰优孰劣?和无源波分相比有什么优缺点?在5G前传中能不能占有一席之地呢?


2单纤双向的技术原理


单纤双向是指在一根光纤里同时传输收发两个方向的光信号。无线设备采用的光模块都是光收发合一模块,双纤双向光模块有两个与光纤连接端口,而单纤双向光模块则只有一个与光纤连接端口。



单纤双向主要通过WDM方式实现。如下图所示,BBU侧的光模块发送波长λ1的激光通过45°分光片后耦合进光纤,在AAU端,波长λ1的光信号经45°分光片反射后被接收;反之亦然。



单纤双向光模块中的核心器件为45°分光片,分光片的光源照射面镀增透膜、反射面镀反射膜,增透膜和反射膜的原理可参考《无源波分系统中波分复用器的组成和原理》。光模块中的发射/接收器件(bosa)内部结构及实物照片见下图。



单纤双向光模块的收发采用了不同的波长,用于5G前传光模块的工作波长一般为1270nm/1330nm或1270nm/1310nm。就是说,单纤双向光模块包含了2种型号,必须配对使用。对于没有明确A、B端的通信系统(如PTN等环网系统),在使用中较容易出现差错,而对于有明确A、B端的通信系统,只要规定好A或B端使用某一波长的光模块即可。


3 单芯双向与其他前传方案的区别


3.1 光缆线路建设

(1)光纤直连方案

单纤双向占用的纤芯数虽然只是双纤双向的一半,但多数情况下,布放的主干光缆皮长是一样的。例如,1个CRAN机房收容宏站的个数一般为5~15个,假如按BBU数最大为40台计算,则采用单/双芯方案时,占用的主干光缆纤芯数分别为120/240芯,在同一路由上均只需布放1条主干光缆,相应的光缆建设情况如下图所示。



由于单纤双向占用的纤芯数较少,原有宏站的接入光缆纤芯多半能满足接入需求,所以,配线光缆(主干光交~宏站)的建设量通常只有双纤双向方案的一半左右。

(2)无源波分方案

5G前传的无源波分当前主要采用6合1和12合1系统,对光缆纤芯的消耗非常少。但由于前传光缆网络要求与宽带业务共用ODN网络,若CRAN机房至主干光交间没有光缆资源,则依然需要建设主干光缆。

而原有宏站的接入光缆剩余纤芯资源大多可满足使用需求,只需建设部分段落从主干光交至宏站的配线光缆即可。



3.2 工程投资


单纤双向与双纤双向光模块只是发射/接收器件略有不同,元器件成本差别不大。但由于单纤双向光模块的市场需求量较小,故价格略高15%左右。

无源波分系统含合/分波器件,而且1351nm、1371nm波长的光模块因有较大的色散代价,需采用价格更贵的APD检测器件,元器件成本会更高。同样由于市场规模的原因,当前单纤双向系统的单价反而比无源波分系统高约10%左右。

工程投资主要包括光缆线路投资和光模块投资,以一个4系统(其中5G与4G 3d mimo各1个系统、其它4G站2个系统)的宏站接入为例,各种方案的投资差别见下表。



由于当前CMCC无线设备采购时均已包含双纤双向光模块,采用无源波分时需要替换掉原有的光模块,所以,考虑光模块替换成本后的无源波分造价(13799元)与双纤双向比差别并不像上表中那么明显。


3.3 维护与管理


由于单纤双向光模块使用的波长并不会产生较大的色散代价(见《聊聊5G前传无源波分方案中色散的影响》一文),传输指标方面与双纤双向光模块并无其它区别。使用中只需规定某一波长用于AAU端、另一波长用于BBU端即可,并不会给运维带来其它不便。

但无源波分系统,则存在以下缺点:

(1)由于1351nm、1371nm波长的光模块有较大的色散代价,会导致传输距离受限;

(2)需和合/分波器的端口配合,对BBU和AAU端光模块的使用波长进行规划;

(3)需要在光纤链路中安装合/分波器件,链路中活动连接多,故障点多;

(4)光模块型号多,维护与管理不便。


4 结论与建议


单纤双向与双向双向相比,造价上有明显优势,也不会增加维护与管理的不便,光纤直连应采用单纤双向方案。

当前,CMCC无线设备采购时均已包含双纤双向光模块,采用无源波分前传方案时原光模块并不能很好利用,这样,还不如在设备采购时统一采用单纤双向光模块,不但造价更低,还有利于维护管理。

若无线设备的光模块单独采购,则无源波分的造价最低。受色散代价的限制,低成本的无源波分方案并不适合较长距离的传输(见《5G前传采用无源波分时的传输受限距离》),建议前传距离较长时采用单纤双向方案。


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