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在5G网络中,5G接入网被重构为CU(Centralized unit,集中单元)、DU(Distribute Unit,分布单元)和AAU(Active Antenna Unit,有源天线单元)这3个功能实体。CU:原4G接入网中BBU的非实时部分将分割出来,重新定义为CU,负责处理非实时协议和服务。AAU:原4G接入网中BBU的部分物理层处理功能与原RRU及无源天线合并为AAU。DU:原4G接入网中BBU的剩余功能重新定义为DU,负责处理物理层协议和实时服务。依据5G提出的标准,CU、DU、AAU可以采取分离或合设的方式,5G接入网出现多种网络部署形态,其中核心网至CU为回传网络、CU至DU为中环网络,CU/DU(合设场景)至AAU或DU至AAU为前传网络。
目前,在网使用的5G前传网络主要有无源粗波分设备、半有源粗波分设备和有源粗波分系统三种解决方案,目前使用最为广泛的为无源粗波分系统解决方案,系统主要由合分波器、彩光模块组成;合分波器常用6合1合/分波器和12合1合/分波器两种类型,彩光模块采用SFP接口,接口速率为10Gbps和25Gbps。两种速率的彩光模块均支持速率向下兼容。主要应用于5G基站的AAU拉远站新建和扩容(5G、LTE载波聚合、扩载频、FD频段双层网)。线路侧占用1芯光纤,提供6合1、12合1复用比来承载3/6路eCPRI/CPRI业务。
前传网络中6波合分波器波长为1271nm、1291nm、1311nm、1331nm、1351nm、1371nm;12波合分波器波长1271nm、1291nm、1311nm、1331nm、1351nm、1371nm、1471nm、1491nm、1511nm、1531nm、1551nm、1571nm。
目前5G前传网络的管理方式为,运维人员只能通过5G主设备读取DU设备和AAU设备的彩光模块发光光功率,判断波道的全程衰耗,对于前传网络中的CU/DU端合分波设备、AAU端的合分波设备插入损耗、尾纤情况无法获得,且由于此类设施基本为无源设备,缺乏有效的管理手段。波道出发生故障很难定位问题。且通常很难对光缆5G前传网络的质量作出直观的展示和评价,使用者拿到指标数据后,也很难判定前传网络是否存在安全隐患,更无法知道问题出在哪里,这个给使用者带来了很大的困扰。且由于专业区分5G主设备基本为基站专业
为解决5G前传网络管理难题,提升运维管理效率,可以采用基于“云+网+端”三级架构的物联网管理模式的5G前传网络质量管理方案。
基于云计算、云存储的大数据分析平台,实现5G前传网络采集数据的接收、存储和分析,可实时分析上传的的测试数据并给出智能的光缆链路性能评估,包括合分波器损耗、接头损耗、熔接点损耗、全程损耗、连接器回损等指标。并基于单个5G前传网络系统进行综合分析、完成该5G前传子系统的整治报告的自动生成。
适用于多种场景,基于4G/5G网络架构,适用于视频、图像、数据传输需求,同时通过GPS、AGPS和基站辅助定位,控制测试数据真实性,实现测试数据从测试终端上传至大数据分析平台。
目前普通光功率计和OTDR测试的工作波长均为1310nm和1550nm,与5G传输前传网络中使用的合分波器波长冲突,6波合分波器波长为1271nm、1291nm、1311nm、1331nm、1351nm、1371nm,12波合分波器波长1271nm、1291nm、1311nm、1331nm、1351nm、1371nm、1471nm、1491nm、1511nm、1531nm、1551nm、1571nm,所以传统的测试仪表无法测试或穿透合分波器,无法实现端到端的测试及故障定位。为达到以上效果,定制覆盖5G前传网络所有波道的性能检测终端,且终端串联在光路中时不影响业务正常使用,不增加插入损耗;对在用光纤测试时采用带外波长进行测试,不影响在用业务;仪表具备5G、蓝牙或WIFI无线连接方式。
检测终端通过手机APP实现5G前传网络的建模,测试时选中测试点,控制仪表完成纤芯测试,并采集测试文件,上传至云运维平台,测试文件携带测试时间、经纬度坐标,以及上传照片水印等信息,上传数据具备自动校验,分析等功能[1]。
结合网络技术发展,探索基于物联网的5G前传网络测试数据采集,具体情况如下:
在采集前上传数据前先完成5G前传网络的建模工作,在做数据采集上传时完成采集数据的自动匹配,为后期数据的分析处理做好准备。
检测仪表与5G前传网络中DU彩光模块、DU端合分波设备COM口,AAU端合分波设备COM口和AAU彩光模块四个位置,采集前传网络中彩光模块发光功率、无源合分波设备中各波道合光后光功率、以及对端彩光模块的收光功率,采集在用波道、空闲波道的光功率情况。同时,将采集的数据传送至数据处理器;
通过采用带外波长完成在用纤芯的全程测试工作,测试光缆纤芯的数据包括纤芯相关质量参数作为参考:包括光纤链长、平均衰减系数等;
大数据分析平台接收APP上传的5G前传网络采集数据,测算系统中每个波道的全程衰减,系统根据事前设定的规则判断各波道的全程质量,统计优质波道,可用波道,不合格波道、空闲波道;同时根据所测数据判断无源合分波设备端口损坏情况,确认端口可用率;
判断标准参考值如下:
针对合分波,中心波长偏差(nm) <1.5;通道插入损耗(dB) <1.5(6波)或<2(12波),优质波道全程衰耗(DU至AAU)(dB)≤6,6<合格波道全程衰耗(DU至AAU)(dB)≤10,10<可用波道全程衰耗(DU至AAU)(dB)≤14,14<不可用波道全程衰耗(DU至AAU)(dB)。
2)针对在用纤芯,优质纤芯平均衰耗0.25dB/KM以下;合格纤芯平均衰耗0.25~0.35dB/KM以下;可用纤芯平均衰耗0.35~0.5dB/KM以下;不可用纤芯平均衰耗0.5dB/KM以上。
根据1/2位置、3/4位置中各波道测试结果,计算合分波设备插入损耗的大小,并根据评估体系判断合分波设备是否运行正常;
根据带外波长全程测试计算,判断在用纤芯的全程平均衰耗是否合格;
为达到对5G前传网络质量情况的直观呈现,采集数据处理后进行二维图形化展示,前传系统中每个波道X轴横向排布,Y轴的数字表示该前传系统的波道,X轴的数字表示该波道的全程衰耗;通过颜色区别标注波道,优质波道,可用波道,不合格波道、空闲波道;通过对波道上衰耗点进行标注,为插入损耗、接头损耗、同时对损耗的大小是否达标通过颜色进行标注;而衰耗点的位置为所述事件点位置对应的X轴位置。
根据评估体系判断各个环节中存在的问题,并进行问题汇总和分类,提出针对性的整治建议,运维人员可以根据整治建议开展5G前传网络的整治工作。
以南京公司为例,一个人两周时间共完成建邺区217个5G前传系统数据采集和入库工作。单个系统测试上传时间约10~20分钟,测试完成后约1分钟完成测试报告的生成工作;基于大数据的5G前传网络质量分析方法,大大提升5G前传网络质量的管理效率。
通过大数据分析管理平台,实现对前传网络的端到端性能检测和故障定位,并可自动化进行测试结果回传和分析,提升前传网络性能检测自动化能力及故障定位的效率。同时基于性能数据进行分析发现质量劣化等隐患,确保前传网络质量,提升5G网络可用率。本次基于大数据的5G前传网络质量分析方法,综合利用了大数据、物联网等新技术,创新的实现5G前传网络质量的高效管理,同时还制定了5G前传网络质量评估体系,大大的提升了前传网络运维管理效率和标准化运维工作。