5G建设中CWDM的应用


引言

WDM(wavelength Division Multiplexing)波分复用,是将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束,沿着单根光纤传输;在接收端再用某种方法,将各个不同波长的光信号分开的通信技术,简单来说就是在一根光纤上传输多路信号。

波分复用分为有源波分复用和无源波分复用,后者的建设成本低廉,可解决光纤资源紧张的问题,由纯光路器件构成,较有源WDM方案故障率更低,但出现故障后难以定位。下面主要介绍无源波分模块,如下图。
5G建设中CWDM的应用

CWDM(Coarse WDM)稀疏波分复用,早期的时候,技术条件有限,波长间隔会控制在几十nm,通常是20nm。波长范围在1270-1610nm之间。
DWDM(Dense WDM)密集波分复用,波长之间的间隔越来越短,到了几nm级别,通常是8nm。波长范围在1530-1625nm之间。

CWDM光模块和DWDM都属于无源波分,CWDM与DWDM主要体现在硬件成本和运营成本两方面。CWDM万兆光模块的最大功耗为1.2W,而DWDM万兆光模块在0~70℃工作温度下的最大功耗为1.5W,在-40-85℃工作温度下的最大功耗为1.8W,因此相对来说CWDM系统的功耗低于DWDM系统的功耗。DWDM加入了冷却、波长锁定等技术,在成本方面增加了不少,目前CWDM系统成本一般只有DWDM系统成本的30%。所以在建设5G网络时,为了减少成本,大多使用CWDM的无源波分方式。

为什么要引入无源波分

为什么要引入无源波分呢?在开始这个说这个话题之前,先提一下前传,如下图。左边为4G的架构,右边为5G的架构,其中CU主要包括非实时的无线功能,DU设备主要处理物理层功能和实时性需求的功能。而5G中AAU和DU之间的数据传输就称为前传,前传中常采用的方式有光纤直驱和无源波分两种。

5G建设中CWDM的应用
5G网络采用3层组网架构,从CU-DU-AAU,DU到AAU之间进行信号前传,在单独建设5G时,假如按照一个站点三个扇区来算,DC和AAU之间如果采用光纤直驱的方式至少需要6芯光纤,如果采用1:6无源波分方案则只需要1芯光纤就可以建立网络。使用1芯光纤可以实现3路业务的传输,大大降低了光纤的需求。假如 4G和5G混合组网,按照每个站点3个扇区来计算,如果是光纤直驱那就需要12芯光纤,如果采用12波的波分复用器,只需要一芯光纤出局就可以了。

5G中如何应用无源波分

无源波分通过彩光模块实现发射光工作于不同波长,无源波分复用器实现不同波长信号的合波分波,如下图。CWDM 复用器应放置在 AAU侧,CWDM 解复用器应放置在 DU/BBU侧。
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无源波分光模块有25G和10G两种,前者的传输距离有10km、15km光模块,城区站点一般采用10km光模块,偏远站点采用15km光模块。后者主要有10km、20km、40km光模块,同样城区一般采用10km光模块,偏远站点采用20km光模块。无源波分采用不同的色标样式及色号区分不同发送波长的光模块,CWDM双纤双向光模块分为半色和全色两种。

6波25Gb/s CWDM双纤双向光模块的色标样式及色号如下:

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12波25Gb/s+10Gb/s CWDM双纤双向光模块的色标样式及色号如下:

5G建设中CWDM的应用

6波长承载5G基站时,1271nm、1291nm、1311nm 的25Gb/s CWDM 光模块依次用于5G基站第 1、2、3 小区基站侧的光发送,1331nm、 1351nm、1371nm 的 25G CWDM 光模块依次用于5G基站第1、2、3小区 BBU侧的光发送,1271nm 和 1331nm、1291nm 和 1351nm、1311nm 和 1371nm 成对使用。连接示意如下(黄色光纤为TX, 蓝色光纤为RX)。

12波长承载5G基站时,前6波采用25G CWDM光模块,用于承载5G前传,后6波采用10G CWDM光模块,用于承载4G前传或2.1 NR前传。前6波的波长使用方法与6波长CWDM系统保持一致;后6波中1471nm、1491nm、1511nm的10G CWDM光模块依次用于2.1G基站第1、2、3小区RRU的光发送,1531nm、1551nm、1571nm的10G CWDM光模块依次用于2.1G基站第1、2、3小区BBU的光发送,1471nm和1531nm、1491nm和1551nm、1511nm和1571nm成对使用。

5G建设中CWDM的应用
波分复用示意图如下:
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波分复用器实物图如下:

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