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5G Mobile Optical Transmission Network-Lösungen

  • Die "Mobilkommunikation der fünften Generation" heißt kurz 5G. Zu den Hauptmerkmalen des 5G-Netzwerks gehören eine große Bandbreite (bis zu 1 Gbit / s), eine geringe Verzögerung (1 ns) und eine Massenverbindung (Verbindungsdichte 106 / km2), die neue Anforderungen an die Bandbreite, Kapazität, Verzögerung und Netzwerkflexibilität des Netzwerks stellen tragendes Netzwerk. Das Basisbandsignal der 5G-Basisstation wird digital über die eCPRI-Protokollschnittstelle übertragen (typische Rate 25,16 Gbit / s). In Anbetracht der gängigen Stationen mit 4G muss die CPRI-Optionsrate 10 (24,33 Gbit / s) kompatibel sein.
  • Optische Kommunikationsgeräte sind die Kernkomponenten des optischen Übertragungsnetzwerks und tragen die Funktionen der physikalischen Schicht des Schlüsselnetzwerks, wie z. B. photoelektrische Umwandlung, Wellenlängenmultiplex und -multiplex sowie Verteilung der optischen Leistung. Verglichen mit dem aktuellen 3G / 4G-Netzwerk ist die größte Änderung von 5G im drahtlosen tragenden Netzwerk das Fronthaul und das Middlehaul. Der 5G-Fronthaul bezieht sich auf die Verbindung zwischen Basisstation (AAU) und DU (Distribute Unit, die sich mit Protokollen der physischen Schicht und Echtzeitdiensten befasst), während 5G Middlehaul die Verbindung zwischen DU und CU (Centralized Unit, die sich mit nicht realer Einheit befasst) befasst. Zeitprotokolle und Dienste).
  • Die drahtlose Basisstation wird normalerweise im Kommunikationsturm oder auf dem Dach des Gebäudes installiert. Daher müssen die im Fronthaul und Middlehaul verwendeten optischen Geräte die Verwendung von Außenszenen erfüllen. Das Wichtigste ist, dass der Betriebstemperaturbereich der Geräte den Anforderungen der Industriequalität entsprechen muss, dh von -40 ° C bis 85 ° C. Eine andere Innenszene ist übrigens im Allgemeinen eine handelsübliche Temperaturanforderung von 0 ° C bis 70 ° C.
  • Im Fronthaul-Szenario liegt der größte Teil der Übertragungsentfernung unter 10 km, von denen weniger als 5 km etwa 80% und 5 km bis 10 km 20% ausmachen. Natürlich wird es eine Lücke zwischen dem theoretischen Wert und der tatsächlichen Anwendung des aktuellen Netzwerks geben. Und es wird ein Problem geben, dass die Dämpfung der Verbindung zunimmt, wenn die Faseralterung und die Entfernung des Abdeckungsbereichs auf dem kritischen Wert liegen, so dass die Übertragungsentfernung über 10 km, wie beispielsweise 20 km, weiterhin benötigt wird. Im Mittelstrecken-Szenario liegt die Übertragungsentfernung zwischen 10 und 40 km, und für industrielle und gewerbliche Qualitäten gelten zwei Betriebstemperaturanforderungen. Für 5G-Fronthaul- und Middlehaul-Anwendungen hat FLYPRO.com eine Reihe von optischen Transceivern in Industriequalität auf den Markt gebracht (oder wird diese auf den Markt bringen), darunter 25G BiDi / CWDM / DWDM / Tunable SFP28-Module für 10 km / 20 km-Anwendungen im 5G-Fronthaul-Netzwerk und 100 GBASE -LR4 / 4WDM-40 QSFP28-Module zusammen mit 200G QSFP56-Modulen, die für 10 km / 40 km-Anwendungen in 5G Middlehaul- (und Backhaul-) Netzwerken verwendet werden. Gleichzeitig bieten wir auch passive optische Komponenten in Industriequalität wie 5G OMUX, CCWDM und AAWG an.

Abbildung 1. Die Datenraten und Entfernungen von 5G Fronthaul und Middlehaul

  • Die Funktion des optischen Transceivers ist die photoelektrische Umwandlung unter Verwendung einer optischen Faser als Übertragungsmedium. Das bedeutet, dass die größte Investition in das optische Netzwerk immer die Glasfaserressourcen sind. Bei der Auswahl von Geräten und Vorrichtungen muss daher zunächst berücksichtigt werden, wie Glasfasern eingespart werden können. Angesichts der verschiedenen Szenen von 5G Fronthaul stehen jetzt drei Optionen (25G SFP28-Transceiver) zur Auswahl.
  • Erstens kann in der Szene, in der die Glasfaserressourcen reich sind, das Schema der direkten Glasfaserverbindung, auch One Fibre One Cell genannt, mit optischen 25G BiDi SFP28-Transceivern für eine Übertragung von 10 km / 20 km eingesetzt werden. Im Allgemeinen befinden sich drei Zellen in einer Basisstation. Das BiDi-Schema benötigt also nur drei optische Fasern, um den Fronthaul-Verkehr einer Basisstation zu erfüllen, und fördert die hochpräzise Synchronisation der Uhr. Unter diesen kann die stromabwärtige Wellenlänge 1310 nm oder 1330 nm betragen, was im Moment ungewiss ist.

Abbildung 2. Das Schema der direkten Glasfaserverbindung für 5G-Fronthaul

  • Zweitens wird in der Szene, in der Glasfaserressourcen knapp sind, das WDM-Schema zum Multiplexen aller Dienstwellenlängen einer Basisstation auf eine einzelne Faser oder ein Paar Glasfasern, um Glasfaserressourcen zu sparen, auch One Fibre One Site (Basisstation) genannt ), kann bereitgestellt werden. Im WDM-Schema werden viele optische Farbtransceiver benötigt, was zu Unannehmlichkeiten bei Installation, Ersatzteilen und Wartung führt. Die abstimmbaren Transceiver können jedoch verwendet werden, um dieses Problem zu lösen. Daher werden in dieser Szene hauptsächlich optische 25G CWDM / DWDM / abstimmbare SFP28-Transceiver (O-Band oder C-Band) sowie passive optische Komponenten in Industriequalität wie 5G OMUX- und CCWDM-Module verwendet.

Abbildung 3. Passives WDM-Schema für 5G-Fronthaul

  • Der effizientere Weg besteht natürlich darin, die WDM-Geräte direkt an die Basisstation und die DU zu senden, dh das aktive WDM-Schema, das mit dem aktuellen 2G / 3G / 4G-Netzwerkdienst kompatibel sein und mehr L3-Schicht erzielen kann Geschäftsführung und Optimierungsfunktionen. Dieses Schema erhöht jedoch die Investitionskosten.
  • Drittens kann in der Szene, in der Backbone-Glasfaserressourcen mittellos sind, das passive WDM-Schema mit Punkt-zu-Mehrpunkt (P2MP) eingesetzt werden, das den Verkehr mehrerer Basisstationen zu einer DU konvergiert, die auch als One Fibre N Sites (Basisstation) bezeichnet wird . Beispielsweise kann der üblicherweise verwendete 40-Kanal-AAWG-DWDM-Mux / Demux 6 Basisstationen abdecken (jede Basisstation hat 3 Sektoren, insgesamt 18 AAUs, 20 Kanäle für Upstream und 20 Kanäle für Downstream). Diese Topologie entspricht dem PON-basierten optischen passiven Netzwerk und maximiert die Auslastung der vorhandenen ODN-Netzwerke.
  • Gegenwärtig gibt es nur handelsübliche AWG mit einem Betriebstemperaturbereich von 0 ° C bis 75 ° C. In zukünftigen WDM-PON- und sogar 5G-Fronthaul-Lösungen muss der Betriebstemperaturbereich von AWG weiter auf Industriequalität von -40 ° C bis 85 ° C verbessert werden, was höhere Anforderungen an thermische und athermische Verpackungen sowie an Chipqualität stellt Das athermische AWG wird ebenfalls weiter verbessert. Unter der Bedingung, dass das AWG in Industriequalität nicht ausgereift ist, ist die Installationsumgebung unpraktisch, um die handelsübliche Temperatur zu erreichen, aber das Budget für die optische Leistung der Verbindung kann erreicht werden. Wir können die Verwendung von SPS-Splittern in Betracht ziehen (die vollständig erfüllt werden können) die Anforderungen der industriellen Temperatur derzeit).
  • Die P2MP-Szene verwendet hauptsächlich optische 25G CWDM / DWDM / abstimmbare SFP28-Transceiver (O-Band oder C-Band) sowie passive optische Komponenten in Industriequalität wie 5G OMUX-, CCWDM-, AWG- oder PLC-Splitter.

Abbildung 4. Das passive P2PM-WDM-Schema für 5G-Fronthaul