光纤回传与前传的关键技术解析

### 光纤回传与前传的关键技术解析 #### 1. 光传输特性 在光传输领域，PON（无源光网络）保护类型有不同的要求和特点。Type - C PON 保护要求全冗余，即所有三个拓扑元素都需全双工，意味着光纤要采用不同路由。而 P2MP（点对多点）拓扑的优势在于有额外的恢复选项，例如 Type - B PON 保护，仅馈线段采用不同路由（如通过连接分支点的环形架构）。 P2MP ODN（光分配网络）根据使用的分光器类型可分为两种： - **WS - ODN（波长选择光分配网络）**：分光器为无源光功率分光器，将馈线光传输到所有分支。在多通道系统中，端点需波长滤波器来选择光谱波长。BiDi P2MP ODN 上多种技术可共存，每种技术使用不同波长对的不同通道，端点选择自身通道。其典型光预算为 28 dB，对应约 20 km 距离和 32 路分光，光功率分光器每两路分光插入损耗约 3 dB。全球大多数 FTTH（光纤到户）或 FTTP（光纤到驻地）的既有网络采用功率分光器，即 WS - ODN。适用于该网络的传输网络技术为 TDM - PON（时分复用无源光网络）。 - **WR - ODN（波长路由光分配网络）**：分光器为无源光波长分光器（如阵列波导光栅 AWG），将特定波长传输到每个分支。BiDi P2MP ODN 上多通道也使用不同波长对，但每个波长路由到一个分支。其光预算在 20 - 24 dB 之间，对应约 20 km 距离，因为 AWG 相比光功率分光器插入损耗更优。在 P2MP 前传的新建专用网络中，WR - ODN 已得到应用。 ##### 1.1 光纤衰减 光纤能支持光的长距离传输，原因是单位距离损耗低。通过去除光纤本身的杂质可实现低衰减，从而产生与波长相关的衰减特性，在 1400 nm 处有一个水吸收峰。光通信系统设计在 800 - 1600 nm 区域运行，因为纯石英玻璃在此区域内本征吸收比其他损耗形式低很多。光纤中光衰减的单位是 dB/km，3 dB 损耗相当于光功率减半。老光纤设计中常见的水峰衰减在图中有所体现，而如今大多数现代光纤具有平坦的衰减特性。 光通信系统有不同的工作窗口： - **第一窗口（800 nm）**：与短距离、多模传输相关，可使用低成本的垂直腔面发射激光器（VSCEL）。 - **第二窗口（1300 nm）和第三窗口（1550 nm）**：是传统工作窗口，1550 nm（C 波段）因衰减低适用于长距离传输，且该波段有基于掺铒光纤的光放大器，可在链路特定点增强光信号。 ##### 1.2 光纤色散 光纤色散是限制光纤系统整体容量 - 距离性能的重要因素。它是由光信号所有光谱成分在光纤中传播时间不一致导致的。主要有三个原因： - **材料色散** - **模式色散**：仅在多模光纤中出现 - **波导色散**：在单模光纤中最显著，由纤芯和包层材料中光场速度不同引起 光纤色散会使光数据流中的各种光谱成分在接收端不同时间到达，导致信号“展宽”，使一位的能量落入后续位周期，造成光信号失真，最终限制传输距离。高速率信号对这种影响更敏感，因为其位周期短且光谱成分多。 #### 2. 低层级前传的 TSN 传输网络 IEEE 802.1 标准组在 IEEE 802.1CM 和 IEEE 802.1CMde 标准中定义了 TSN（时间敏感网络），用于增强交换以太网，适用于低层级拆分云 - RAN 架构的时间关键应用，即前传传输。 TSN 是 IEEE 802.1 标准家族的一部分，旨在标准（以太网）交换网络上提供确定性转发。它是一种二层技术，可通过软件定义网络（SDN）进行集中管理，并使用协调调度确保实时应用的性能。实时确定性通信对许多行业（如航空航天、汽车、交通、公用事业和制造业）很重要，TSN 正成为这些行业实时网络的基线。 2018 年发布的 TSN 前传标准（IEEE 802.1CM）针对前传传输对 IEEE 802 标准和 ITU - T 同步建议进行了配置文件定义。该标准规定了用于连接 RU（射频单元）和远程基带（DU 处理）的低层级拆分架构的以太网桥接网络。ITU - T 第 15 研究组的同步工作也被参考用于开发 IEEE 802.1CM，该研究组定义了包括前传以太网在内的分组传输网络的基于网络的同步配置文件。TSN 配置文件的定时/同步部分描述了对时间同步的要求，这对 TSN 至关重要。 TSN 交换的转发基于 IEEE Std 802.1Q 中的 VLAN 桥规范。对于使用 TSN 的前传传输网络，需要支持至少六个不同的 VLAN - ID，包括默认 PVID（默认不带标签，如用于承载非前传流量）。支持的以太网帧有 RoE、eCPRI 等在以太网基础设施上传输的数据包。TSN 转发器除了支持 VLAN 感知桥的功能外，还支持以下功能： - 使用至少六个 VIDs，其中一个是默认 PVID，配置为在所有端口上不带标签 - 所有端口至少有三个流量类别，所有流量类别支持严格优先级排队算法进行传输选择 - 可选支持帧抢占 TSN 前传标准定义了两个传输配置文件，都适用于 CPRI 和 eCPRI 协议： - **配置文件 A**：将用户数据（IQ 数据）作为高优先级流量类别，高于控制和管理数据的优先级。 - **配置文件 B**：包含配置文件 A 的组件，并增加了帧抢占功能（在 IEEE 802.3br 和 802.1Q