浅析应用于5G前传的波分复用感知保护系统及感知保护方法

浅析应用于5G前传的波分复用感知保护系统及感知保护方法

王力成

杭州初灵信息技术股份有限公司，浙江省杭州市310000

摘要：当前，无线通信的LTE时代已全面普及，5G已经进入准商用阶段。不同以往的是，5G不再只是从2G到3G再到4G的网络速率的提升，而是将人与人之间的通信扩展到万物连接，逐步打造全移动和全连接的数字化社会。甚至可以说，4G是改变生活，而5G是改变社会。因此，本文通过浅析应用于5G前传的波分复用感知保护系统及感知保护方法来解决波分设备存在的相关难题。

关键词：5G  波分复用技术  感知保护

前言

毫无疑问，5G将是一场融合创新的盛宴，面向未来多样化和差异化的5G服务，移动运营商所承载的压力也越来越大。突出的表现就是竞争激烈，盈利能力开始降低，而网络建设、运营和升级无线接入网的支出却不断增加。类型多样，延时超低的服务，意味着需要维护各种不兼容的平台，扩容和升级的成本不断提高。C-RAN将是5G建设的重要场景，并以中小集中为主，而5G的超密集异构网络特性，使得整个前传网络，所需光纤资源将是海量，必须引入波分复用技术缓解光纤资源压力。目前的波分系统，一般分为有源和无源2种。有源波分设备造价高、功耗大，取电难，而无源波分设备则存在缺乏管理手段，无备份保护，对光纤链路故障感知能力弱等问题1。于是，一种低功耗，可监控，有保护的波分复用技术，成为解决当前问题的不二选择。

1行业现状

随着经济与科技的快速发展，我国第五代移动通信技术的研发速度不断加快， 5G通信系统本身的射频拉远单元将较为复杂，而这一射频拉远单元对于数据速率的需求也将达到上百G，这就使得低成本高效的前传结构成为5G通信系统研发的关键。对于5G通信系统中移动前传网络的实现来说，其本身需要得到光纤通信的支持，而这一支持在基于纯数字信号的实现中就有着较好体现2。受我国当下科学技术发展制约，稀疏波分复用结构将在很长一段时间较好满足移动前传网络的部署，而稀疏波分复用结构本身具备的结构简单、成本低、可靠性高、适合外部署等特点也是这一应用得以较好实现的原因所在3。

对于5G通信系统移动前传网络来说，光纤通信本身在其中发挥着举足轻重的作用，而随着烽火科技560Tb/s超大容量波分复用及空分复用的光传输系统实验的实现，这就标志着具备超大容量、超长距离、超高速率的光纤通信将在不远的未来实现，而如果这一新研发的光纤通信能够较好步入实际应用阶段，5G移动通信的移动前传网络实现就将获得较为有力的支持，对我国5G移动通信研发与实现具备了重要意义。

2技术方案

本文探讨的应用于5G前传的波分复用感知保护系统，包括AAU侧设备、主用光纤、备用光纤和DU侧设备。AAU侧设备包括AAU彩光模块、AAU侧无源波分复用器、主分光器和AAU侧光链路监测模块。主分光器的两个支路接口与主用光纤、备用光纤的一端分别连接。主分光器的总路接口与AAU侧无源波分复用器的公共端口连接。AAU侧无源波分复用器上设置n个通信子波端口和一个检测子波端口。AAU侧无源波分复用器上的n个通信子波端口与n个AAU彩光模块1连接。

应用于5G前传的半有源波分复用感知保护系统的感知保护方法为：（1）AAU侧光链路监测模块中的n个第一光电二极管对n个AAU彩光模块输出的光信号分别进行采样，并传输给第一SOC控制器。（2）AAU侧光链路监测模块通过自身的检测子波端口上载数据到DU侧监控管理模块，并接收DU侧监控管理模块下发的配置信息。（3）DU侧光链路监测模块中的n+1个第二光电二极管对备用光纤、输入n个DU彩光模块的光信号分别进行采样，并传输给第二SOC控制器。（4）第二SOC控制器向DU侧监控管理模块上载DU侧光链路监测模块检测到的数据。DU侧光链路监测模块上载信息的时间与AAU侧光链路监测模块上载信息的时间相匹配。（5）DU侧监控管理模块内的第三SOC控制器，将AAU侧光链路监测模块和DU侧光链路监测模块上传的光链路监控数据，按照采集时间，将离散数据点进行曲线拟合，形成两条感知曲线。

3技术优势

（1）解决无源光复用网络光纤链路故障感知能力弱的问题，实现关键网络节点的实时监控。（2）解决主干线路无备份保护问题，实现汇聚线路1:1保护，机制可靠，切换速度快。（3）实现丰富管理手段，无论是自动运维管理，还是对接上层服务，均可有效支持。（4）基于半无源模式设计，低成本，低功耗，便于部署和维护，同时满足高可靠性。（5）创新设计光链路监测模块以及监控管理模块，实现对无源波分传输网络的实时感知，实时保护，形成统一管控的感知保护系统，极大地提高了网络维护的时效性和针对性，同时为服务层对于网络问题的快速定位以及预警管理，提供必要的物理层数据支持。

4实施方式

如图1所示，应用于5G前传的波分复用感知保护系统，包括AAU侧设备、主用光纤、备用光纤和DU侧设备。AAU侧设备包括AAU彩光模块1、AAU侧无源波分复用器2、主分光器3和AAU侧光链路监测模块4。主分光器3的两个支路接口与主用光纤、备用光纤的一端分别连接。主分光器3的总路接口与AAU侧无源波分复用器2的公共端口连接。AAU侧无源波分复用器2的一个子波端口对应两个波长的光信号；该两个光信号分别用于AAU侧向DU侧发送信号、DU侧向AAU侧发送信号。

如图2和图3所示，AAU侧光链路监测模块4，包括AAU采集模块、AAU控制模块和移动供电模块4-1。移动供电模块4-1采用电池或自发电电源，为AAU采集模块和AAU控制模块供电。AAU采集模块进行器件级别的集成，直接放置于波分复用设备内部，包括第一光电二极管4-2、第一跨阻放大器4-3和第一AD转换芯片4-4。

而应用于5G前传的半有源波分复用感知保护系统的感知保护方法如下：

（1）AAU侧光链路监测模块4中的n个第一光电二极管4—2对n个AAU彩光模块1输出的光信号分别进行采样，并传输给第一SOC控制器4-5。采样时设置为2ms～1s，默认设置为5ms。采样时间越小，保护反应越快，采样时间越大，模块功耗越小。同时，在第一SOC控制器4-5内存中，采样记录数据被临时存储为以时间为基准的离散数据点。

（2）AAU侧光链路监测模块4通过1391nm波段上载数据到DU侧监控管理模块9，并通过1411nm波段接收DU侧监控管理模块9下发的配置信息。配置信息包括上载数据的时间，监控数据的采集阈值。

（3）DU侧光链路监测模块8中的n+1个第二光电二极管8—1对备用光纤、输入n个DU彩光模块5的光信号分别进行采样，并传输给第二SOC控制器8-4。采样时设置为2ms～1s，默认设置为5ms。在第二SOC控制器8-4内存中，DU侧光链路监测模块8检测到采样记录数据被临时存储为以时间为基准的离散数据点。

（4）第二SOC控制器8-4向DU侧监控管理模块9上载DU侧光链路监测模块8检测到的数据。DU侧光链路监测模块8的上载信息的时间与AAU侧光链路监测模块4上载信息的时间相匹配。

（5）DU侧监控管理模块9内的第三SOC控制器9-1，将AAU侧光链路监测模块4和DU侧光链路监测模块8上传的光链路监控数据，进行汇聚分析，按照采集时间，将离散数据点进行曲线拟合，形成两条感知曲线。并将感知曲线存入SD卡9-4。同时根据预配置策略，进行告警产生，完成上载或保护切换等操作，为服务层网络维护，提供重要的原始数据支持。

当DU侧监控管理模块9判断主用光纤故障时，若初始配置为自动保护切换模式，且备用光纤正常，则DU侧监控管理模块9控制光开关7切换，使得备用光纤与DU侧无源波分复用器6的公共端口与备用光纤连接。否则，向上位机10进行告警上载，提示线路维护，并等待上位机10策略回复，确认是否切换线路。同时形成告警日志，定时上传，以备线路维护需求。

结语

本文通过浅析应用于5G前传的波分复用感知保护系统及感知保护方法来解决波分设备存在的相关难题。实现对无源波分传输网络的实时感知，实时保护，形成统一管控的感知保护系统，极大地提高了网络维护的时效性和针对性，同时为服务层对于网络问题的快速定位以及预警管理，提供必要的物理层数据支持，对我国5G移动通信研发与实现具备了重要意义4。

参考文献

[1]申雪,刘吉超,李龙飞.基于5G C-RAN技术的数字化矿山全光网研究[J].工矿自动化,2023,49(03):85-92+99.DOI:10.13272/j.issn.1671-251x.18065.

[2]吴会雨,吴敏,江传奇等.一种全性能波分复用测试系统的研究[J].现代传输,2023(01):75-77.

[3]尹智敦.通信光纤传输中波分复用技术的应用研究[J].数字通信世界,2022(12):131-133.

[4]房鑫. 面向第五代无线通信的基于压缩感知的稀疏信道估计技术研究[D].上海交通大学,2019.DOI:10.27307/d.cnki.gsjtu.2019.002588.