单纤双向(Bidi)是如何实现的？会在5G前传中占一席之地吗？

1 引言

当前，5G前传采用的主要方案是：无源波分和光纤直连。

无源波分具有占用光缆纤芯少、可快速部署等优点，随着价格的进一步降低，已成为现阶段5G前传采用的主要技术方案。

光纤直连根据无线设备采用光模块的不同分为双纤双向和单纤双向(Bidi)，CMCC主要采用的是双纤双向，CTCC主要采用的是单纤双向。

单纤双向与双纤双向孰优孰劣？和无源波分相比有什么优缺点？在5G前传中能不能占有一席之地呢？

2 单纤双向的技术原理

单纤双向是指在一根光纤里同时传输收发两个方向的光信号。无线设备采用的光模块都是光收发合一模块，双纤双向光模块有两个与光纤连接端口，而单纤双向光模块则只有一个与光纤连接端口。

单纤双向主要通过WDM方式实现。如下图所示，BBU侧的光模块发送波长λ1的激光通过45°分光片后耦合进光纤，在AAU端，波长λ1的光信号经45°分光片反射后被接收；反之亦然。

单纤双向光模块中的核心器件为45°分光片，分光片的光源照射面镀增透膜、反射面镀反射膜，增透膜和反射膜的原理可参考《无源波分系统中波分复用器的组成和原理》。光模块中的发射/接收器件(bosa)内部结构及实物照片见下图。

单纤双向光模块的收发采用了不同的波长，用于5G前传光模块的工作波长一般为1270nm/1330nm或1270nm/1310nm。就是说，单纤双向光模块包含了2种型号，必须配对使用。对于没有明确A、B端的通信系统（如PTN等环网系统），在使用中较容易出现差错，而对于有明确A、B端的通信系统，只要规定好A或B端使用某一波长的光模块即可。

3 单芯双向与其他前传方案的区别

3.1 光缆线路建设

（1）光纤直连方案

单纤双向占用的纤芯数虽然只是双纤双向的一半，但多数情况下，布放的主干光缆皮长是一样的。例如，1个CRAN机房收容宏站的个数一般为5～15个，假如按BBU数最大为40台计算，则采用单/双芯方案时，占用的主干光缆纤芯数分别为120/240芯，在同一路由上均只需布放1条主干光缆，相应的光缆建设情况如下图所示。

由于单纤双向占用的纤芯数较少，原有宏站的接入光缆纤芯多半能满足接入需求，所以，配线光缆（主干光交～宏站）的建设量通常只有双纤双向方案的一半左右。

（2）无源波分方案

5G前传的无源波分当前主要采用6合1和12合1系统，对光缆纤芯的消耗非常少。但由于前传光缆网络要求与宽带业务共用ODN网络，若CRAN机房至主干光交间没有光缆资源，则依然需要建设主干光缆。

而原有宏站的接入光缆剩余纤芯资源大多可满足使用需求，只需建设部分段落从主干光交至宏站的配线光缆即可。

3.2 工程投资

单纤双向与双纤双向光模块只是发射/接收器件略有不同，元器件成本差别不大。但由于单纤双向光模块的市场需求量较小，故价格略高15%左右。

无源波分系统含合/分波器件，而且1351nm、1371nm波长的光模块因有较大的色散代价，需采用价格更贵的APD检测器件，元器件成本会更高。同样由于市场规模的原因，当前单纤双向系统的单价反而比无源波分系统高约10%左右。

工程投资主要包括光缆线路投资和光模块投资，以一个4系统（其中5G与4G 3d mimo各1个系统、其它4G站2个系统）的宏站接入为例，各种方案的投资差别见下表。

由于当前CMCC无线设备采购时均已包含双纤双向光模块，采用无源波分时需要替换掉原有的光模块，所以，考虑光模块替换成本后的无源波分造价（13799元）与双纤双向比差别并不像上表中那么明显。

3.3 维护与管理

由于单纤双向光模块使用的波长并不会产生较大的色散代价（见《聊聊5G前传无源波分方案中色散的影响》一文），传输指标方面与双纤双向光模块并无其它区别。使用中只需规定某一波长用于AAU端、另一波长用于BBU端即可，并不会给运维带来其它不便。

但无源波分系统，则存在以下缺点：

（1）由于1351nm、1371nm波长的光模块有较大的色散代价，会导致传输距离受限；

（2）需和合/分波器的端口配合，对BBU和AAU端光模块的使用波长进行规划；

（3）需要在光纤链路中安装合/分波器件，链路中活动连接多，故障点多；

（4）光模块型号多，维护与管理不便。

4 结论与建议

单纤双向与双向双向相比，造价上有明显优势，也不会增加维护与管理的不便，光纤直连应采用单纤双向方案。

当前，CMCC无线设备采购时均已包含双纤双向光模块，采用无源波分前传方案时原光模块并不能很好利用，这样，还不如在设备采购时统一采用单纤双向光模块，不但造价更低，还有利于维护管理。

若无线设备的光模块单独采购，则无源波分的造价最低。受色散代价的限制，低成本的无源波分方案并不适合较长距离的传输（见《5G前传采用无源波分时的传输受限距离》），建议前传距离较长时采用单纤双向方案。

图/文：老丁头；审阅：施华俊陈波

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