單纖雙向(Bidi)是如何實現(xiàn)的？會在5G前傳中占一席之地嗎？

  當前，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，隨著價格的進一步降低，已成為現(xiàn)階段5G前傳采用的主要技術方案。光纖直連根據(jù)無線設備采用光模塊的不同分為雙纖雙向和單纖雙向(Bidi)，中國移動主要采用的是雙纖雙向，中國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?在5G前傳中能不能占有一席之地呢?

  單纖雙向的技術原理

  單纖雙向是指在一根光纖里同時傳輸收發(fā)兩個方向的光信號。無線設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與光纖連接端口，而單纖雙向光模塊則只有一個與光纖連接端口。

  單纖雙向主要通過WDM方式實現(xiàn)。如下圖所示，BBU側的光模塊發(fā)送波長λ1的激光通過45°分光片后耦合進光纖，在AAU端，波長λ1的光信號經(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增透膜、反射面鍍反射膜，增透膜和反射膜的原理可參考《無源波分系統(tǒng)中波分復用器的組成和原理》。光模塊中的發(fā)射/接收器件(bosa)內部結構及實物照片見下圖。

  單纖雙向光模塊的收發(fā)采用了不同的波長，用于5G前傳光模塊的工作波長一般為1270nm/1330nm或1270nm/1310nm。就是說，單纖雙向光模塊包含了2種型號，必須配對使用。對于沒有明確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，而對于有明確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

  (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是一樣的。例如，1個CRAN機房收容宏站的個數(shù)一般為5～15個，假如按BBU數(shù)最大為40臺計算，則采用單/雙芯方案時，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，相應的光纜建設情況如下圖所示。

  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前傳的無源波分當前主要采用6合1和12合1系統(tǒng)，對光纜纖芯的消耗非常少。但由于前傳光纜網(wǎng)絡要求與寬帶業(yè)務共用ODN網(wǎng)絡，若CRAN機房至主干光交間沒有光纜資源，則依然需要建設主干光纜。

  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需求量較小，故價格略高15%左右。

  無源波分系統(tǒng)含合/分波器件，而且1351nm、1371nm波長的光模塊因有較大的色散代價，需采用價格更貴的APD檢測器件，元器件成本會更高。同樣由于市場規(guī)模的原因，當前單纖雙向系統(tǒng)的單價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4系統(tǒng)(其中5G與4G 3d mimo各1個系統(tǒng)、其它4G站2個系統(tǒng))的宏站接入為例，各種方案的投資差別見下表。

  由于當前中國移動無線設備采購時均已包含雙纖雙向光模塊，采用無源波分時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(13799元)與雙纖雙向比差別并不像上表中那么明顯。

  3、維護與管理

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

  但無源波分系統(tǒng)，則存在以下缺點：

  (1)由于1351nm、1371nm波長的光模塊有較大的色散代價，會導致傳輸距離受限;

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

  (3)需要在光纖鏈路中安裝合/分波器件，鏈路中活動連接多，故障點多;

  (4)光模塊型號多，維護與管理不便。

  結論與建議

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

  當前，中國移動無線設備采購時均已包含雙纖雙向光模塊，采用無源波分前傳方案時原光模塊并不能很好利用，這樣，還不如在設備采購時統(tǒng)一采用單纖雙向光模塊，不但造價更低，還有利于維護管理。

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

  圖/文：老丁頭; 審閱：施華俊 陳波