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蜂窝网络的发展需要光纤做回程
作者: 发布时间:2009-09-27 07:09:18 来源:《光波通信》2009年8/9月

3G和4G业务的增长给蜂窝网络的各个方面都带来了很大压力。系统和线路层面上的光通信技术的进步促使光纤成为满足回传业务需求的上佳选择。

Bart Filipiak,康宁光缆系统公司

早在1870年,亚历山大·格雷厄姆.贝尔相信他发明的电话将会改变整个世界交流的方式。在此之前,电报是跨国企业的中枢神经,而像西联等运营商已经开始探索用已有线路承载更多信息的方法。他们认为这种方法比部署新电报线路更加经济实惠,而事实确实如此。电话比任何事物都更大地提高了企业效率。这一发明不仅激发了企业交流方式的转变,也改变了普通大众的交流方式。

100年以后,电话仍然在整个世界的通信领域占据了主要地位。虽然今天的电话内容已远不是当年贝尔在实验室里所说的“华生,你过来一下.....”这么简单,但其原理和基础设施仍然与当初没有多大差别。今天在世界上绝大多数地方,你很难想象办公室或家庭没有安装电话,或者说没有移动电话。而且可以预见,移动电话业务的需求会持续增长,这为其支撑网络提出了新的要求。

我们如何走到今天PWC光波通信
虽然移动电话的发明可以追溯到二十世纪早期,但真正自动化的蜂窝电话网络——现在我们称之为1G——直到上世纪八十年代中期才开始部署。得益于贝尔先生和美国电话电报公司的努力,电话线路已经能够遍布全美。通过这些DS-1线路,也就是我们常说的T1,能够将基站以既经济又方便的方法连接到公共交换网络中去。T1线路的设计目标是高度可靠、全双工,能够以1.544Mbps TDM数字电路交换的方式传输语音。T1数据流包含信道容器,这些容器是否启用取决于是否建立了语音信道。

早期时候,一两条T1线路就能够完全满足一个基站的带宽需要。当时整个产业还处于萌芽时期,用户数量稀少,系统使用率低下。限制无线运营商的关键资源是用于建立呼叫连接的射频频谱。

从八十年代中期到九十年代,这一产业出现了新的变化。运营商开始部署数字化的2G系统,以取代模拟的1G系统,无线通信业务的增长开始出现井喷。数字电话对电源的要求更低,因此便携性更强,通话质量也得到了极大的提高,不过语音业务仍然是主要业务。

但是,通信频率从800/900MHz提高到了1800MHz。手机和基站间的数字编码方式极大地提高了频谱利用率,射频频谱资源不再成为无线运营商的主要限制,取而代之的是如何提高信号传输距离、降低误码率。由于频率提高,空间传播损耗增加,直接导致基站覆盖范围减少到了原来的2/3。此时的问题已变成如何提供更好的覆盖。说到这里,也许你会对当时运营商对全国范围覆盖和通话可靠性的大力宣传仍然记忆犹新。

交流方式的再一次转变出现在运营商开始部署3G网络的2000年之初。这次转变所关注的不再是基站如何工作,而是用户如何使用其无线设备。语音业务虽然仍占据主要份额,但用户也开始能够在移动中实现网上冲浪、收发即时信息和电子邮件了,无线设备不再只是一部电话。

无线运营商很快发现,移动设备上的数据应用对ARPU的贡献已经相当可观。这些数据应用,包括网上冲浪和即时聊天,需要的带宽比纯语音业务多得多,但需求出现的时机比较偶然,对时间的依赖性不强。在打电话的时候,哪怕是半秒钟的延迟也会影响用户感受,但在登录网站和发送即时消息时,这种延迟的影响就很轻微了。

与频谱在1G中的限制作用一样,2G时存在覆盖范围的限制,而现在回程网络带宽又成为3G的限制因素,而且对不断发展的4G网络的限制更甚。当年一两根T1就可以很容易地满足语音业务的带宽需求,现在却无法再为不断增长的用户需求提供必要的带宽。

图1经常用以比较流量增长时,传统TDM电路和包交换电路的流量与收入的关系。X轴代表了发展时间,点线的左侧部分代表了1G和2G网络的语音业务,此时回传网络的带宽主要由用户数量决定。在点线的右侧,数据业务逐渐成为主要因素,流量迅速增加,而收入增长却逐渐平缓。两条曲线之间的阴影部分代表了利润的降低。只有降低带宽成本,才能提高带宽收益。

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传输流量和收入的不协调增长。

一级无线运营商正在开始部署4G网络,包括WiMAX和LTE。这些技术能够为移动用户带来高达100Mbps的下行连接速率。这样的回程带宽需要多少呢?显然将超过一大堆T1线路的总和。看来是必须做出一些改变的时候了。

打开瓶颈PWC光波通信
想当初,T1线路之所以能够成为全美回传网络的主要选择,其实只是因为它非常普及。当时有线电视厂商,或者称为多系统运营商(MSO),为了自身的网络需求而建立了覆盖全国的混合光纤/铜缆网络,而无线运营商也在为自己完全不同的需求建立网络。当时的高质量光纤网络价格非常昂贵,因此部署的区域和范围有限。而经过随后的高速发展,今天当商业用户需要宽带连接时,他们已经可以找到两种提供商:本地交换运营商(LEC)和MSO。

LEC部署了能够向居民用户提供同时承载语音、数据和图像业务的FTTX网络,这早已不是秘密。而MSO为了与其竞争,也通过升级网络不断提高传输带宽。LEC在居民用户市场发现了新的机遇,与此同时MSO也在商业市场不断发展。多数人认为,一个基站其实就相当于一个商业用户,只不过要求更短的延迟和更高的业务质量而已。

正如开篇所言,发明电话机的目的是为了更好地利用已有的电报线路。MSO目前也处在相同的处境下,只不过他们部署的光纤可以通过WDM很容易地扩容。也许这项技术并不能算作本时代最伟大的发明,但它仍然足以保证业务提供商改进已有网络,节约大量费用。

随着蜂窝回程网络的发展,回程提供商必须开始计划为同处一个基站内、采用T1线路连接的遗留2G和3G收发器,以及采用以太网连接的新型4G收发器同时提供服务。WDM和光纤一样,对协议是透明的。它可以同时与SONET/SDH和以太网相融合。

另外,通过升级接口还能获得其他好处。接口升级可以让业务提供商根据需求增加连接通道,而不需要对网络进行拆卸。而且未来还能在CWDM上叠加DWDM网络。如图2所示,最常用的DWDM波段是C波段。这一波段可以承载50个DWDM信道。如果一开始只是部署了CWDM系统,那么1530nm和1550nm的信道是空闲的,可以为后来的应用提供大约36个DWDM信道。如果要完全利用整个C波段,就要保证波段内通带不重叠,这时需要将1510nm和1570nm空出来。

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光谱中的WDM应用。

回程提供商可以节约成本的另一个办法是利用工厂预连接或预熔接的光缆组件。这些光缆组件根据不同业务定制,比传统室外光缆的部署时间要节约一半还多。这样一来,网络投入使用的周期大大缩短,可以立刻产生收益。

工厂生产预连接光缆组件的另一个好处是,在室外光缆连接时,因环境、交叉连接导致的连接损耗将被消除。所有的预连接组件都是在理想的实验室环境下完成的,出厂前经过了严格的测试,消除了可能出现的问题。增强的多光纤连接器可以用于网络接入点,而通过安装防尘盖能够保证这些连接器在现场连接前是清洁的(图3)。一旦完成连接,它们会保持密封,除非连接断开,否则就不需要进行清洁。

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预连接光缆组件的构成。

预连接光缆组件是室外光缆安装工具包的一个最新补充,可以节约回程布线的时间和金钱。下一次当你需要安装光缆时,可以考虑采用这种新的工具。

亚历山大·格雷厄姆·贝尔当年肯定不会料到他的发明,以及随后的无线通信技术会将人们的生活如此紧密地联系在一起。今天,家庭安全系统、膝上电脑,甚至汽车都安装了基于蜂窝网络的电子设备。

我们能够确定的一件事是,蜂窝网络的带宽需求仍然会不断增长,因此今天安装的网络必须能够经济实惠地扩容。光纤是蜂窝回程网络当之无愧的首选,能够提供近乎无限的带宽,而工厂预连接光缆组件更增加了它的吸引力。

  
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