CN115190494B

CN115190494B - 一种基于pon网络的无线信号前传方法及装置

Info

Publication number: CN115190494B
Application number: CN202211098975.3A
Authority: CN
Inventors: 庞军
Original assignee: Shenzhen Fanweitai Technology Service Co ltd
Current assignee: Guangdong Broadradio Communication Technology Co Ltd
Priority date: 2022-09-09
Filing date: 2022-09-09
Publication date: 2022-12-02
Anticipated expiration: 2042-09-09
Also published as: CN115190494A

Abstract

本发明属于无线通讯领域，尤其是一种基于PON网络的无线信号前传方法和装置，方法包括：方法包括：包括BBU、HUB、RU单元；其中，BBU设备与OLT设备共址，HUB单元与二级分光共址，RU单元与ONU单元共址；BBU单元通过OLT设备所在机房的IPRAN资源进行回传，建立与核心网络的连接；HUB与BBU之间使用点到多点的传输；RU与HUB之间使用点对点的传输；RU单元与ONU单元使用WDM分成两路光信号，分别给RU单元和ONU单元，RU单元把基带信号变成无线信号从而完成无线信号的覆盖。本发明提供一种无须安全网关、覆盖单元无须专用4G/5G基带芯片、不需重新布放线缆、可匹配ONU一对一或一对多的信号覆盖面广的网络传输***。

Description

一种基于PON网络的无线信号前传方法及装置

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及基于PON网络的无线信号前传方法及装置。

背景技术

现有技术中的4G/5G信号无线覆盖方法主要有以下三种：

(1) 光猫加一体化皮站实现家庭或企业4G无线覆盖，如图1所示：支持通过PTN+VLAN，或者IPsec方式回传到核心网，完成4G小区的开通。该模式下以家庭或企业为单位独享LTE小区。该模式特点是可使用原有PON(PassiveOptical Network：无源光纤网络)网络的光纤，无需二次布线施工和物业协调等即可完成LTE小区开通。在为用户提供家庭或企业宽带同时，同时提供高质量的LTE业务。主要用于家庭场景或一些的小微企业场景，不仅可以快速提高无线信号室内覆盖质量、提升用户体验，还可以分流宏站流量、缓解宏网扩容压力。

(2) 如图2所示，扩展型皮基站是一体化皮基站的演进形态，采用数字化技术，基于光纤或网线承载无线信号传输和分布的微功率室内覆盖方案。主要用于低容量室内场景，是室内覆盖增强方案之一。扩展型皮站，类似华为Lampsite等方案，包含主机单元(BBU)、扩展单元(EU)、射频单元(RU单元)。扩展型皮基站通过扩展主机单元功能，可以方便同时支持4G和5G无线信号覆盖，同时覆盖单元可以实现较低的成本；

(3) 在PON网络二级分光前传实现无线覆盖，如图3所示：BBU通过二级分光后的一个ONU单元的宽带接口进行回传，建立与核心网的连接；业务数据经BBU基带处理并通过其前传接口光信号与PON二级分光的光信号合路后传到RONU单元；合路光信号通过单根光纤传输到用户住处后再使用光分路器分成两路光信号，分别给RU单元和ONU单元，RU单元把基带信号变成无线信号完成无线信号覆盖。

上述三种通讯方式的缺点在于：光猫加一体化皮站内部必须基带芯片，导致设备成本及功耗都偏高；基站多使得邻区关系复杂、邻区干扰严重，核心网参数较多、开通及管理维护复杂，5G实现造价高；扩展型皮站需要重新布线施工，造价也较高且ONU单元回传占用当前的宽带流量。

发明内容

本发明提出的一种基于PON网络的无线信号前传方法，其特征在于：包括BBU、RU单元；其中，BBU设备与OLT设备共址，RU单元与ONU单元共址；BBU单元通过OLT设备所在机房的IPRAN资源进行回传，建立与核心网络的连接；RU单元与ONU单元使用WDM分成两路光信号，分别给RU单元和ONU单元，RU单元把基带信号变成无线信号从而完成无线信号的覆盖。

其中，优选方案为：还包括：一包括具有上联接口C以及扩展光口的HUB单元；BBU单元通过OLT设备所在机房的IPRAN资源进行回传，建立与核心网络的连接；业务数据经BBU单元基带处理并通过其前传接口的光信号与OLT设备PON口的光信号经WDM波分合路后通过两级分光网络传输至位于二级分光箱；使用二级分光后的富余光纤直接连接到HUB的上联口C，HUB单元分发处理来自BBU的基带信号传输到HUB单元的多个扩展光口；所述扩展光口的信号与二级分光后的PON口的光信号按需和WDM波分合路，然后通过单根光纤传输到用户处，再使用光分路器分成两路光信号，分别给RU单元和ONU单元，RU单元把基带信号变成无线信号从而完成无线信号的覆盖。

其中，优选方案为：所述 BBU单元到HUB单元之间支持点到多点传输，BBU单元使用激光波长λ7、λ8前传传输，BBU单元与HUB单元之间采用时分CPRI前传，其中，下行链路采用广播模式，上行链路采用时分模式，每个HUB分时上行传输，所述下行链路的波长包括λ1、λ5、λ7 ，上行链路的波长包括λ2、λ6、λ8，其中λ1、λ2和λ5、λ6分别为GPON和XGPON的OLT设备使用波长，且已经合路成一个纤连接到WDM的一个端口；波长λ7、λ8为无线信号的BBU单元的使用波长，各使用一根纤连接到WDM的选波通道。

其中，优选方案为：BBU单元根据前传光接口支持的最大传输带宽及RU单元的上行传输带宽需求，确定BBU单元直连HUB的数量，所述计算HUB的数量NTh的公式为：当0≤BWTH÷BWRU-INT(BWTH÷BWRU)<1%，NTh=INT(BWTH÷BWRU)-1；当BWTH÷BWRU-INT(BWTH÷BWRU)≥1%，NTh=INT(BWTH÷BWRU) ，其中，前传带宽：BWTH；RU上行带宽：BWRU；INT为取整函数。

本发明一种基于PON网络的无线信号前传装置，其特征在于：包括BBU、RU单元，其中，BBU单元与OLT设备共址，RU单元与ONU单元共址；BBU单元通过OLT设备所在机房的IPRAN资源进行回传，建立与核心网络的连接；RU单元与ONU单元使用光分路器、WDM分成两路光信号，分别给RU单元和ONU单元。

其中，优选方案为：还包括一HUB单元，HUB单元包括使用二级分光后的富余光纤作为上联口C和BBU单元的分时CPRI接口连接，以及多个扩展光口，其中BBU设备与OLT设备共址，所述HUB单元与二级分光器共址；所述BBU单元与HUB单元之间采用时分CPRI前传连接方式连接。

其中，优选方案为：所述HUB单元的上联口C为CPRI接口，所述HUB单元的扩展光口为点对点的CPRI接口。

其中，优选方案为：所述BBU单元集成于所述OLT设备内；光分路器、WDM光分单元也可以独立为一个部件，不放置在RU单元或ONU单元设备内部。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、入户单元无须专用4G/5G基带芯片，实现4G/5G无线覆盖的设备较简单、功耗较小、成本较低，便于普及推广；同时需要的核心网络参数少、入户即插即用，开通及管理维护的工作量小。

2、本发明的RU单元通过现有技术的皮线入户，与现有的宽带终端安装使用同一条皮线入户，不需重新布放线缆，降低了施工难度。

3、可充分利用现有PON网络，有PON网络的地方就可快速实现4G/5G无线覆盖，相比4G/5G新建扩展型皮站，具有施工快捷简单，网络总体造价低廉。

4、本发明无线信号质量优质且干扰小。

5.由于BBU单元直接集成于OLT机房内，可以直接使用IPRAN回传，相比一体化家庭级或企业级皮站无须用到安全网关，不占用宽带流量。

附图说明

图1为现有技术中光猫加一体化皮站实现家庭或企业4G无线覆盖方法的示意图；

图2为现有技术中扩展型皮站实现企业场景4G/5G无线覆盖方法的示意图；

图3为现有技术中在PON网络二级分光前传实现无线覆盖方法的示意图；

图4为本发明基于PON网络的无线信号前传装置的第一实施例的示意图；

图5为本发明基于PON网络的无线信号前传装置的第二实施例的示意图；

图6为本发明基于PON网络的无线信号前传装置的第二实施例的示意图。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明提供了一种基于PON(Passive Optical Network：无源光纤网络)网络的无线信号前传方法，目的在于提供一种基于PON网络的无线信号前传方法从而达到无线信号的高效率、低成本、高质量覆盖的方法(如图4-图6所示)。其中，

WDM：Wavelength Division Multiplexing(波分复用)

OLT: Optical line terminal(光线路终端)；

ONU单元:Optical Network Unit(光网络单元)；

PON: Passive Optical Network(无源光纤网络)；

ODN: Optical Distribution Network(光配线网络)

BBU: Building Baseband Unit( 基带处理单元)

HUB: 多端口的转发器

CPRI: Common Public Radio Interface(通用公共无线电接口)

RU: Radio Unit(无线单元)

其中，图4为本发明的第一实施例的示意图，如图4所示：本发明的目的在于提供一种基于现有PON网络的点到多点的组网应用场景下可与ONU单元一对一配置的低成本的无线信号前传覆盖方法，在某些复杂场景下可以在一个PON口下配置3~4倍ONU单元数量的无线单元RU单元。如图4所示。按照一级分光和二级分光都为1:8的配置，最大可配置64个ONU单元，也就最大可以配置64个RU单元。如果需要更多RU单元时，比如FTTR组网应用，每个RU单元下还可以级联2~3个RU单元，那么相当于每个PON口对应的无线单元可达3~4倍的ONU单元数量，本发明的4G/5G无线信号的前传方案可采用三级架构，由BBU、HUB、RU单元三个有源网元组成。BBU设备与OLT设备共址，HUB与二级分光器共址（如图4所示），RU单元与ONU单元共址。

BBU单元到HUB单元之间支持点到多点传输，本发明在使用一对激光波长λ7、λ8的情况下，建议与BBU直连的HUB数在4-8个左右，如果8个HUB就刚好可以和图4的二级分光器一一对应，但BBU单元最大的直连HUB单元的数量还取决于前传速率和处理的信号带宽。BBU单元与HUB单元之间采用时分CPRI前传技术，具体为下行链路采用广播模式，上行链路采用时分模式，每个HUB单元分时上行传输都需要考虑当前PON的传输速率，GPON可达2.5Gbps，而XGPON可达10Gbps，从产业链成熟度及成本考虑，BBU单元到HUB单元再到RU单元之间的传输速率选择在2.5Gbps~10Gbps范围内是较为合适的。基于前传速率和处理的信号带宽，可以确定最多可以分配的上行时隙数，即对应BBU单元直连HUB单元的最大值。

实例1，若在N1/B1频段，支持NR30MHz/LTE20MHz，选择6.144Gbps作为BBU单元到HUB单元的前传速率；考虑最节省带宽的方式，NR30MHz和LTE20MHz的信号组合为50MHz带宽的信号需要的传输速率为768Mbps，6.144Gbps的前传速率刚好可以传输8个50MHz带宽的信号，考虑到管理及控制信息需要的传输带宽及上行时分传输时的保护间隔，可以保留一个768Mbps的传输带宽，只取7个768Mbps的传输带宽，来传输7个独立的50MHz带宽信号，上行可以分7个独立的时隙，与BBU单元最多能直连的HUB单元的数量为7个。

实例2，在N41/B41频段，支持NR 80MHz/LTE20MHz，选择9.8304Gbps作为BBU单元到HUB单元的前传速率；考虑最节省带宽的方式，100MHz的信号需要的传输速率为1.536Gbps，9.8304Gbps的前传速率可以传输6.4个100MHz带宽的无线信号，考虑到管理及控制信息需要的传输带宽及上行时分传输时的保护间隔，可以保留一定的传输带宽，只取6个1.536Gbps的传输带宽，来传输6个独立的100MHz带宽的无线信号。上行可以分6个独立的时隙，这样，计算出与BBU单元最多能直连HUB单元的数量为6个。

实例3，在N1/B1频段，支持NR30MHz/LTE20MHz，选择9.8304Gbps作为BBU单元到HUB单元的前传速率，依据上述实例1和实例2的算法，上行路链可以分12个独立的时隙，与BBU单元直连最大的HUB单元数量为12个，在1:64分光比情况下，大部分场景ONU单元的连接数量占二级分光总端口数量的60%~70%，所以二级分光器后富余的端口（即没有使用来连接ONU单元的端口）是可以支持12个的HUB单元直连BBU单元的。但考虑二级分光器一般只有8个，所以建议与BBU单元直连HUB单元的数量最大不超过8个，那在12个独立时隙的情况下，可以有4个HUB单元分配两个时隙，另外4个HUB单元分配一个时隙，一个HUB单元分配更多时隙也是可以灵活处理的；分配两个时隙的HUB单元，上行可以传输两个独立的数据流，可以支持2R上行，使上行业务带宽加倍或者增加上行分集接收功能。实例1和实例2，也可以通过减少与BBU直连的HUB数量，使其中一些HUB上行可以分配两个时隙或更多时隙。

如图5所示：在一些场景，比如不方便给HUB供电的情况下，本发明的4G5G无线信号的前传方法还可以只采用两级架构，由BBU、RU单元两个有源网元组成，如图5所示；BBU单元与OLT设备共址，RU单元与ONU单元共址，可以省去二级分光位置处的HUB单元，可以省去HUB单元的供电。RU单元与ONU单元使用波分来进行分光。在OLT设备与ONU单元之间光衰减量足够的情况下，也可以增加BBU单元与RU单元之间的前传波长，增加一个上行前传波长就可以使支持的RU单元数量翻倍，如图6所示；进一步，考虑RU单元和ONU单元能一对一配置，上行带宽减半或者上行使用的子载波数减半，还可以使图6所支持的RU单元数加倍。

如图6所示：基于PON网络两级架构无线信号覆盖---两个上行波长。

实例4，在两级架构情况下，由BBU、RU单元两个有源网元组成，如图5和6所示。在N1/B1频段，支持NR30MHz/LTE20MHz，选择9.8304Gbps作为BBU单元到RU单元的前传速率，基于前述算法，上行可以分12个独立的时隙，与BBU单元直连最大的RU单元数为12个，如图5所示。如果再增加一个上行波长，即RU单元增加一个发射激光器，BBU单元增加一个同波长接收激光器，使用同样的时分传输模式，RU单元数量还可以增加12个，如图6所示，那么与BBU单元直连最大的RU单元数可以支持到24个。考虑RU单元和ONU单元能一对一配置，上行带宽减半或者上行使用的子载波数减半，那么如图6所示情况所支持RU单元数量还可以加倍，与BBU直连最大的RU单元数可以支持到48个，在现有实际宽带组网中，基本满足RU单元和ONU单元一对一配置。

这样，定义：前传带宽：BWTH，RU上行带宽：BWRU，直连数量：NTh,有如下计算公式：

当0≤BWTH÷BWRU-INT(BWTH÷BWRU)<1%，NTh=INT(BWTH÷BWRU)-1；

当BWTH÷BWRU-INT(BWTH÷BWRU)≥1%，NTh=INT(BWTH÷BWRU)。

本发明的RU可以支持N1频段4T2R、4T1R、2T2R、2T1R等应用，也可以支持N1频段4T4R应用，或者N1频段2T2R加N78频段2T2R等应用；4G/5G的应用， BBU单元可支持多个小区的4G和多个小区的5G，每个BBU单元都对外支持1~16个光接口，既可以支持绑定多个PON口，也可以再引入其他4G和5G信源到本BBU来集中分发处理。对于上述实例2，与一个PON口绑定的BBU端口可以支持6个独立的上行时隙，如果每个4G小区和每个5G小区都支持2T2R，那么这里最多可以支持3个小区的4G 2T2R和3个小区的5G 2T2R。如果每个RU单元都支持2R（两天线分集或两个独立的上行信号流），那么这里最多可以支持96个2T2R的RU单元；如果每个RU单元都仅支持1R，那么这里最多可以支持192个2T1R的RU单元。这种RU单元支持能力可能是对应PON下面实际ONU单元数量的2倍（2T2R）或4倍（2T1R），那么可以把这些小区再绑定到另外的PON口，可以再绑一个PON口（2T2R应用）或再绑3个PON口（2T1R应用）。对于别墅覆盖场景或者一些企业覆盖场景或者其他FTTR场景，一个ONU单元下面可能需要多个RU单元延伸覆盖，也是完全适用的。上述两个2T2R的5G小区可以合并成一个4T4R的小区，也可以支持更大流量需求应用的4T4R的RU单元。

本发明的4G/5G BBU单元可支持多个时分CPRI接口，可绑定多个PON口，基于BBU-RU的两级组网架构，可以实现每个PON口下面较少用户的快速灵活的按需覆盖。随着PON口下面无线用户的增多，可以再增加HUB，覆盖PON口下的更多用户。这种BBU-RU的两级组网架构和BBU-HUB-RU单元三级组网架构的组合应用，也适合住宅小区/公寓和写字楼的综合覆盖。

本发明严格控制在原有OLT到ONU单元之间引入的链路光衰。图4所示，新增链路光衰由BBU侧与HUB侧的两通道WDM模块和RU单元侧的光分引入，典型损耗2dB，最大损耗小于2.5dB；HUB单元的一侧也可使用光分，总引入光衰可控制在3dB以内。图5所示，新增链路光衰由BBU侧与RU单元侧的两通道WDM引入，典型损耗1.2dB，最大损耗小于2dB；图6所示，新增链路光衰由BBU侧与RU单元侧的三通道WDM引入，典型损耗1.8dB，最大损耗小于2.5dB。

本发明使用的波长，三级架构情况下BBU-HUB使用1350/1530，光模块需支持突发模式；HUB-RU单元可使用1330/1550或1370/1550。两级架构情况下BBU-RU使用1350/1530，光模块需支持突发模式。

以下为了描述简洁，以上述实例2应用为例，如图4所示。

本发明的方法主要步骤包括：BBU单元通过OLT设备所在机房的IPRAN资源进行回传，建立与核心网的连接；业务数据经BBU单元基带处理并通过其前传接口的光信号与OLT设备PON口的光信号经WDM波分合路后通过两级分光网络传输至位于二级分光箱；使用二级分光后的富余光纤直接连接到HUB单元的上联口，HUB单元分发处理来自BBU单元的基带信号到HUB单元的多个扩展光口，HUB单元的扩展光口与二级分光后的PON信号按需和WDM波分合路，然后通过单根光纤传输到用户住处后，再使用光分路器分成两路光信号，分别给RU单元和ONU单元，RU单元把基带信号变成无线信号从而完成无线信号的覆盖。

本发明具有以下优点：

1.入户单元无须专用4G/5G基带芯片，实现4G/5G无线覆盖的设备较简单、功耗较小、成本较低，便于普及推广；同时需要的核心网络参数少、入户即插即用，开通及管理维护的工作量小。

2.本发明的RU单元通过现有技术的皮线入户，与现有的宽带终端安装使用同一条皮线入户，不需重新布放线缆，降低了施工难度。

3.可充分利用现有PON网络，有PON网络的地方就可快速实现4G/5G无线覆盖，相比4G/5G新建扩展型皮站，具有施工快捷简单，网络总体造价低廉。

4.本发明无线信号质量优质且干扰小。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于PON网络的无线信号前传方法，其特征在于：包括BBU、RU单元；其中，BBU设备与OLT设备共址，RU单元与ONU单元共址；BBU单元通过OLT设备所在机房的IPRAN资源进行回传，建立与核心网络的连接；RU单元与ONU单元使用WDM分成两路光信号，分别给RU单元和ONU单元，RU单元把基带信号变成无线信号从而完成无线信号的覆盖，

还包括：一包括具有上联接口C以及扩展光口的HUB单元；业务数据经BBU单元基带处理并通过其前传接口的光信号与OLT设备PON口的光信号经WDM波分合路后通过两级分光网络传输至位于二级分光箱；使用二级分光后的富余光纤直接连接到HUB的上联口C，HUB单元分发处理来自BBU的基带信号传输到HUB单元的多个扩展光口；所述扩展光口的信号与二级分光后的PON口的光信号按需和WDM波分合路，然后通过单根光纤传输到用户处，再使用光分路器分成两路光信号，分别给RU单元和ONU单元，RU单元把基带信号变成无线信号从而完成无线信号的覆盖。

2.根据权利要求1所述基于PON网络的无线信号前传方法，其特征在于，所述 BBU单元到HUB单元之间支持点到多点传输，BBU单元使用激光波长λ7λ8前传传输，BBU单元与HUB单元之间采用时分CPRI前传，其中，下行链路采用广播模式，上行链路采用时分模式，每个HUB分时上行传输。

3.根据权利要求2所述基于PON网络的无线信号前传方法，其特征在于: 下行链路的波长包括λ1λ5λ7 ，上行链路的波长包括λ2λ6λ8，其中λ1λ2和λ5λ6分别为GPON和XGPON的OLT设备使用波长，且已经合路成一个纤连接到WDM的一个端口；波长λ7λ8为无线信号的BBU使用波长，各使用一根纤连接到WDM的选波通道。

4.根据权利要求1所述基于PON网络的无线信号前传方法，其特征在于: BBU单元根据前传光接口支持的最大传输带宽及RU单元的上行传输带宽需求，确定BBU单元直连HUB的数量。

5.根据权利要求4所述基于PON网络的无线信号前传方法，其特征在于: 计算HUB的数量NTh的公式为：NTh=INT(BWTH÷BWRU)-1，当0≤BWTH÷BWRU-INT(BWTH÷BWRU)<1%；NTh=INT(BWTH÷BWRU)，当BWTH/BWRU-INT(BWTH÷BWRU)≥1%；其中，RU上行传输带宽：BWRU；INT为取整函数；BWTH：前传带宽。

6.一种基于PON网络的无线信号前传装置，其特征在于：包括BBU、RU单元，其中，BBU单元与OLT设备共址，RU单元与ONU单元共址；BBU单元通过OLT设备所在机房的IPRAN资源进行回传，建立与核心网络的连接；RU单元与ONU单元使用光分路器、WDM光分单元分成两路光信号，分别给RU单元和ONU单元，还包括一HUB单元，HUB单元包括使用二级分光后的富余光纤作为上联口C和BBU单元的分时CPRI接口连接，以及多个扩展光口，其中BBU设备与OLT设备共址，所述HUB单元与二级分光器共址；所述BBU单元与HUB单元之间采用时分CPRI前传连接方式连接。

7.根据权利要求6所述基于PON网络的无线信号前传装置，其特征在于，所述HUB单元的上联口C为CPRI接口，所述HUB单元的扩展光口为点对点的CPRI接口。

8.根据权利要求6所述基于PON网络的无线信号前传装置，其特征在于：所述BBU单元集成于所述OLT设备内；光分路器、WDM光分单元也可以独立为一个部件，不放置在RU单元或ONU单元设备内部。