ما هي تقنية 25G WDM لـ 5G Fronthaul

مع تسريع تقنية 5G على نطاق واسع الانتشار التجاريمن المتوقع أن يزداد عدد محطات اتصالات 5G الأساسية التي أنشأها المشغلون بشكل كبير في السنوات القليلة المقبلة. 5G Fronthaul هو جزء أساسي من نقل شبكة 5G. أصبح حل تقنية Fronthaul القائم على تعدد الإرسال بتقسيم الطول الموجي (WDM) محور اهتمام الصناعة. ستقدم هذه المقالة وتقيّم طلب المواجهة على شبكات الجيل الخامس 5G 25 جيجا WDM ، والأنواع النموذجية للحلول التقنية لـ 5G Fronthaul WDM ، والحلول التقنية 25G LAN-WDM ، وتوحيدها.

 

1. Wالقبعة Fronthaul في 5G?

تتكون شبكة 5G من شبكة الوصول (AN) والشبكة الناقلة والشبكة الأساسية (CN). شبكة الوصول هي بشكل عام شبكة وصول لاسلكي (RAN) ، والتي تتكون أساسًا من محطات قاعدة اتصالات. على عكس تقنية 4G ، فإن 5G لا تتكون من BBU(وحدة النطاق الأساسي)،RRU(وحدة راديو عن بعد） ، أو هوائي بدلاً من ذلك ، يتم إعادة تكوينها على أنها الكيانات الوظيفية الثلاثة التالية: CU (وحدة مركزية ، وحدة توزيع) ، DU (وحدة توزيع ، وحدة توزيع) ، و AAU (وحدة هوائي نشطة ، وحدة موزعة). تم دمج وحدة 4G RRU الأصلية والهوائي في AAU ، ويتم فصل BBU إلى CU و DU. يتم تضمين DU في AAU ، ويمكن توصيل وحدة CU واحدة بوحدات DU متعددة.

يوجد جزءان فقط في اتصال شبكة 4G: المسافة الأمامية والوصلة الخلفية. بينما في شبكات 5G ، تطورت إلى ثلاثة أجزاء. يسمى AAU الذي يربط DU بـ 5G fronthaul ، ويشير المدى الأوسط إلى اتصال DU مع CU ، والوصلة الخلفية هي حامل الاتصال بين CU والشبكة الأساسية.

2. ما هو WDM؟

يتمثل مفهوم WDM (بمعنى مضاعفة تقسيم الطول الموجي) في استخدام مصادر ضوء متعددة تعمل بأطوال موجية مختلفة لنقل عدد قليل من تدفقات المعلومات المستقلة في وقت واحد عبر نفس الألياف الضوئية.

 

في الأيام الأولى ، سيتم التحكم في فاصل الطول الموجي في حدود عشرات نانومتر بسبب الحدود الفنية. يُطلق على هذا النوع من مضاعفة تقسيم الطول الموجي المشتت اسم مضاعفة تقسيم الطول الموجي المتناثر ، وهو CWDM (الخشنة WDM). مع تقدم التكنولوجيا ، أصبح الفاصل الزمني للطول الموجي أقصر. عندما وصلت إلى مستوى بضع نانومتر ، فإنها تتطور إلى WDM مضغوط يسمى مضاعفة تقسيم الطول الموجي الكثيف ، أو DWDM (Dense WDM). LAN WDM (أو LWDM)هو نوع من WDM بين CWDM و DWDM. تبلغ مساحة قناتها حوالي 6.4 نانومتر (800 جرام) ، بينما تبلغ مساحة قناة CWDM 20 نانومتر ومساحة قناة DWDM تبلغ 0.8 نانومتر (100 جرام).

 

3. مختلف Tتكنولوجية حلول ل 5G فرونتهول

● Direct Optical Fإبر Cعلى اتصالنشاط

كأحد حلول الاتصال الرئيسية لـ 5G fronthaul ، مباشرة oألياف نباتية ربط لديها طريقتان للتواصل: أحدهما على ليف أحادي الاتجاه ؛ الآخر أكثر من الألياف أحادية الاتجاه ثنائية الاتجاه (بيدي). ومع ذلك ، يمكن لموارد الألياف الضوئية hتلبية الطلب على اتصال مباشر بشبكة الألياف في المناطق الحضرية حيث يتم نشر تغطية 5G في الأولوية. وبالتالي ، من أجل العمل بشكل طبيعي في وضع CRAN ، يجب أن تتحد وحدة AAU مع حلول تقنية أخرى ، أحدها هو مضاعفة أطوال موجية متعددة على نفس الألياف المفردة لتقليل استخدام موارد الألياف في المقدمة بشكل كبير.

 

● تقنية 25G WDM- حافز ل 5G Fronthaul

من وجهة النظر الفنية ، تتميز 5G بسرعة نقل عالية (من 25 جيجابت / ثانية إلى 100 جيجابت / ثانية حتى 200 جيجابت) ، وزمن انتقال منخفض يبلغ 1 مللي ثانية ، ودقة عالية في مزامنة الساعة. منذ أ مطلوب عدد كبير من AAUs في 5G fronthaul، التكلفة للوصول إلى الشبكة الناقلة سوف زيادة كبيرة.

 

Tشبكة الجيل الخامس المواجهةسيتبنى k على نطاق واسع eCPRI الواجهة ، والتي تتطلب سرعة بيانات 25 جيجا في تكوين طيف 100 ميجا هرتز ، وهوائي 64T / 64R ، و 16 تيارًا متجهًا نحو التيار / المنبع 8. 25G متعددة إكبري يجب نشر الواجهات في 5G fronthaul عندما يكون الطيف اللاسلكي أوسع.

 

هناك العديد من الحلول لتقنية 25G WDM التي يمكن تطبيقها على 5G fronthaul ، بما في ذلك DWDM و CWDM و LAN WDM ، كما هو موضح في الشكل 1. ستعرض بقية هذه المقالة و تحليل هذه الحلول على التوالي. 

◮ الشكل 1 حلول تقنية لـ 5G Fronthaul

 

• 4. شبكة المحمول Fronthaul Structure مرتكز على 25غ WDM

وفقًا للاختلافات في المعدات ، يمكن تقسيم بنية اتصال الشبكة الضوئية الأمامية المتنقلة القائمة على تقنية WDM إلى ثلاثة أنواع: اتصال WDM النشط ، واتصال WDM شبه النشط ، واتصال WDM السلبي. يوضح الشكل 2 الأنواع الثلاثة للهيكل.  

 

● Aإدارة الطلب على المياه النشطة Cالاتصال

لنوع النشط بالكامل شبكة WDM، مركزها offالجليد يسمى أيضا ATU-C (وحدة الإرسال والاستقبال ADSLoffice) ومحطة البيانات البعيدة نشطة معدات ذات واجهات احترافية واضحة ومتكاملة متعدد حركة المرور وصول لحاملها. لكن امدادات الطاقة و تركيب جهاز التحكم عن بعد معدات يجب النظر فيها.

 

● Semi-Aإدارة الطلب على المياه النشطة Cالاتصال

بالنسبة لهيكل شبكة WDM شبه النشط ، فهو مركزي office عبارة عن جهاز نشط بينما يتم تبسيط محطة البيانات البعيدة كجهاز إرسال واستقبال ضوئي WDM ومضاعف سلبي ومزيل تعدد الإرسال. يجب تأكيد هذا النوع حتى يمكن تثبيت الوحدة الضوئية WDM على معدات نقل البيانات.

 

● PAssive WDM Cالاتصال

مركزي offالجليد ومحطة البيانات البعيدة للنوع الثالث كلاهما سلبي المعدات ، التي يتم تبسيطها أيضًا مثل جهاز إرسال واستقبال ضوئي WDM ومضاعف سلبي ومزيل تعدد الإرسال ، والتي تحتاج إلى تأكيد تركيبها على معدات نقل البيانات. لذلك ، من منظور إنشاء الشبكة وتشغيلها وصيانتها ، يُفضل النوعان الأولان من بنية شبكة المواجهة المتنقلة على النوع الثالث في الواقع.

 

◮ الشكل 2 هيكل شبكة المواجهة المتنقلة على أساس إدارة الطلب على المياه

 

 

• 5. 5G Fronthaul حل يعتمد على 25غ DWDM

25 جرام DWDM التكنلوجيا يمكن تطبيقها في الطول الموجي الثابت والطول الموجي القابل للضبط وفقًا لطول موجة العمل لليزر ، كما هو موضح في الشكل 3. 

 

● قطاعات تقنية 25G DWDM

تقنية DWDM المستخدمة في الطول الموجي القابل للضبط تم استخدامه على نطاق واسع في الشبكة البصرية لـ 10غ, 40غو 100غ. لكنها لا تزال تكافح لتلبية الطلب على التطبيقات الضخمة والحساسة من حيث التكلفة حالات من طبقة الوصول إلى المترو. هناك العديد من الحلول التقنية لتحقيق الليزر القابل للضبط ، بما في ذلك صفيف DFB ، و DBR ، و DS DBR ، و MG-Y ، و SG DBR ، و VCSEL ، و ECL ، وتجويف الحلقة الدقيقة للسيليكون ، وتجويف اقتران على شكل V ، وما إلى ذلك ، ذو شاهد حسب درجة الحرارة والتيار و علم الميكانيكا.

 

وحدات بصرية فعالة من حيث التكلفة باستخدام تقنية DWDM مع الطول الموجي القابل للضبط تشمل تلك ذات النطاق العريض القابل للضبط بالكامل والنطاق الضيق C القابل للضبط جزئيًا. ومع ذلك ، فإن هذا الأخير يتمتع بميزة تكلفة أكثر وضوحًا على السابق وقد أطلقت بعض الشركات المتخصصة في جهاز الإرسال والاستقبال البصري والمكون البصري سلسلة منتجاتها ذات الصلة ، والتي تتوفر في السوق الحالية.

◮ الشكل 3 شرائح تقنية 25G DWDM

 

● G.698.4/باب-WDM-مثال DWDM

مثال جيد على هذه الوحدات الضوئية على أساس DWDM التكنولوجيا مع الطول الموجي القابل للضبط is G.698.4(في الأصل جي ميترو)الحل ، ويسمى أيضًا باب-WDM،Pأورت-Aمعرفي Bاتجاهي WDM خيار التكنولوجيا.

 

تكمن أكبر ميزة لها في الخصائص المستقلة عن الميناء ، وهي قدرة وحدةالصورة التكيف الذاتي لطول الموجة النهائية (بدون تكوين) ، والبيانات التكيفية معدل، مما يسهل التحكم فيها وصيانتها. من خلال اعتماد بصري تيشرت طبقة تكنولوجيا التعديل في WDM الشبكات ، حقق هذا G.698.4 h التحكم في الرسائل للمعدات الطرفية (HEE) و معدات نهاية الذيل (TEE)  وكذلك قناة الإشارة (HTMC / THMC). يتم استخدامه للتكيف والتحكم في معدل الطول الموجي للوحدة الضوئية القابلة للضبط عن بُعد لتحقيق آلية OAM بسيطة وفعالة على مستوى النظام. يرجى الرجوع إلى الشكل 4 على النحو التالي.

◮ الشكل 4 G.698.4/ PAB-WDM Fronthaul Solution

 

في مؤتمر لجنة الدراسات 15 لقطاع تقييس الاتصالات الذي عقد في جنيف في يوليو 2019 ، المشغلون بما فيها China Unicom و China Telecom و Deutsche Telekom و Telecom Italia و KDDI طرحوا مطلبهم العاجل على 5G Fronthaul بناءً على 25 جرام DWDM تقنية. وفي الوقت نفسه ، فإن شركات مثل تشاينا يونيكوم وقدمت شركة Ericsson تقرير اختبار مفصل ذي صلة وشرعت لجنة الدراسات 15 لقطاع تقييس الاتصالات في مشروع تطوير الإصدار القياسي G.698.4 v2.0 (معدل البيانات 25G).

 

• 6. حل التكنولوجيا على أساس 25G CWDM

 

● التحليل الفني لـ 25G CWDM

مع انتشار واسع النطاق لـ 100 جرام CWDM4 الوحدات الضوئية في مراكز البيانات ، هناك مختلف تطبيقات الليزر التي تلبي معيار من بيئات مركز البيانات و CWDM4 التجارية. أجهزة الإرسال والاستقبال من الألياف الضوئية بطول موجة 1271 نانومتر ، 1291 نانومتر ، 1311 نانومتر ، و 1331 نانومتر وصلوا إلى ناضج مرحلة التطوير. If ليزر CWDM تعمل بدون التحكم في درجة الحرارة TEC ، تميل إلى أن تكون كبيرة انحراف درجة الحرارة (القيمة النموذجية 0.1nm / ° C) ، مما يجعل من الصعب يفي بالمتطلبات القياسية of دقة الطول الموجي 13 نانومتر (± 6.5 نانومتر). تعمل الصناعة على إيجاد حل لضمان استقرار الطول الموجي المركزي مع الأخذ في الاعتبار السخانات المساعدة القائمة على DML أو التحكم في درجة الحرارة TEC. ومع ذلك ، فإن استخدام سخان أو TEC سيزيد من تكلفة حل CWDM.

 

للأطوال الموجية الأطول (1351 نانومتر ، 1371 نانومتر ، إلخ) ، تواجه ليزر DML مشكلة التشتت قصر، وتكلفة التشتت مرتفعة نسبيًا ، مما ينتج عنه ميزانية طاقة غير كافية لنقل الألياف بطول 10 كم. يفكر البعض في حل هذه المشكلة باستخدام EML أو APD. وبالمثل ، فإن الطول الموجي CWDM الذي يزيد عن 1371 نانومتر ليس له بديل ولكن EML بسبب تشتت حد. حل CWDM الذي يعتمد EML / APD والذي يزيد من ثبات الطول الموجي عن طريق التحكم بمساعدة TEC هو في الواقع غير فعال من حيث التكلفة كما يتوقع الناس. فيما يتعلق بصيانة الشبكة ، لا يمكن أن يؤدي استخدام الوحدات البصرية CWDM لـ 5G fronthaul إلى تحقيق إدارة فعالة للوحدات البصرية البعيدة. بالإضافة إلى ذلك ، قد تكون هناك سلسلة من المشكلات مثل الصعوبات في تحديد الطول الموجي والإدارة المعقدة وصيانة المعدات غير الملائمة.

 

● التقييس of 25غ CWDM

وفقًا المعيار ITU-T G.694.2, الطول الموجي CWDM is من 1271 نانومتر إلى 1611 نانومتر ، مع فاصل أطوال موجية 20 نانومتر ، وإجمالي 18 طول موجي. ومع ذلك ، فإن كود تطبيق 25G CWDM المحدد بواسطة معيار ITU-T G.695 يحتوي على عدد أقصى من القنوات يبلغ 4 ، باستخدام 4 أطوال موجية 1271 نانومتر و 1291 نانومتر و 1311 نانومتر و 1331 نانومتر; نطاق انحراف الطول الموجي المركزي هو ± 6.5 نانومتر ، مع 2km مسافة العمل.

 

يوضح الشكل 5 الحل الأمامي 5G الحالي بناءً على 25G CWDM تقنية. وتجدر الإشارة إلى أن المشكلات مثل عدم كفاية ميزانية الطاقة الناتجة عن درجة حرارة التشغيل الصناعي وعقوبة التشتت للتطبيقات الخارجية لم يتم حلها بعد. وبالتالي ، يجب المخاطرة إذا تم نشرها على نطاق واسع.

 

 

◮ الشكل 5 5G Fronthaul استنادًا إلى 25G CWDM

•  

7. التكنولوجيا الحل يعتمد على 25 جيجا لان-WDM

● 25 جيجا لان-WDM تكنولوجيا

 

يعمل ليزر الطول الموجي LAN-WDM في النطاق O مع صغير تشتت.  It يمكن أن تفي بمتطلبات التطبيقات الصناعية من خلال اعتماد التحكم في درجة الحرارة TEC. مع انتشار واسع النطاق لـ 100 جرام LR4 الوحدات الضوئية في مراكز البيانات وشبكات الناقل ، ليزر LAN-WDM4 التجاري له نطاق واسع من التطبيقات ، بشكل رئيسي في أربعة أطوال موجية 1295 نانومتر ، 1300 نانومتر ، 1304 نانومتر ، 1309 نانومتر. تعد سلسلة صناعة DML المقابلة أكثر نضجًا نسبيًا من الأطوال الموجية الأخرى DML. في الوقت الحاضر ، ظهرت مخططات متنوعة للأطوال الموجية لتطبيقات LAN-WDM الأمامية. بالإضافة إلى معايير 4 موجات و 8 موجات المحددة من قبل الاتحاد الدولي للاتصالات و IEEE ، هناك أيضًا خطط مختلفة للأطوال الموجية في الصناعة. مخطط الطول الموجي 6 الشائع الاستخدام هو 4 أطوال موجية لـ LR4 ، بالإضافة إلى طولين موجيين 1286 نانومتر و 1291 نانومتر.

 

بعض يقترح أيضا أن تباعد القناة be تخفيضd من 800 جيجا هرتز إلى 400 جيجا هرتز كي للحصول على المزيد من الأطوال الموجية الصالحة للاستخدام ، ولكن هناك وكان لا يوجد توحيد لهذا حتى الآن. عندما 25 جيجا لان-WDM تُستخدم الوحدة البصرية لـ 5G fronthaul ، ويمكن تشكيل قناة رسالة الإدارة من خلال وضع الضبط العلوي للطبقة الضوئية المحدد بواسطة معيار G.698.4 لتحقيق إدارة الوحدة البصرية عن بُعد. ومع ذلك ، فإن حل LAN-WDM الذي يستخدم ليزر طول موجي ثابت يواجه صعوبات في تحديد الطول الموجي ، والإدارة المعقدة ، والصيانة غير الملائمة حتى إذا تم اعتماد الإدارة عن بُعد لوضع الضبط العلوي.

 

● التقييس of 25 جيجا لان-WDM

واجهات LAN-WDM بما في ذلك 100G LR4 و 200G LR4 و 400GLR8 منصوص عليها أيضًا في معيار IEEE 802.3ation. في الرسم البياني التالي ، يمكنك التحقق من المعيار لان-WDM الطول الموجي في الوقت الحاضر.

 

◮ معيار الطول الموجي LAN-WDM

 

معيار ITU-T G.959.1 ينص تقنية 4G LAN-WDM ذات 25 قنوات للتقديم أطوال موجية 1295 نانومتر ، 1300 نانومتر ، 1304 نانومتر ، 1309 نانومتر على التوالي ، وتباعد القناة 800 جيجا هرتز. في الوقت نفسه ، تم أيضًا تحديد تقنية 8G LAN-WDM ذات 50 قنوات. الطول الموجي المركزي للموجات الأربع الأولى هو نفس الطول الموجي لـ 4G LAN-WDM.

 

وفي الختام

بدأت الحلول التكنولوجية لشبكة الجيل الخامس 5G السباق الحقيقي offإيه الوظائف الكاملة لشبكة 5G على نطاق واسع. بناءً على التحليل أعلاه ، يُقترح تفضيل الحلول ثنائية الاتجاه أحادية الألياف البصرية في المناطق التي تكون فيها موارد الألياف الضوئية غير كافية.

علاوة على ذلك ، فإن النطاق الواسع لشبكة 5G الأمامية والتكلفة العالية في الإنشاء ، فضلاً عن صيانة معدات طبقة الوصول الضخمة / الوحدات البصرية ، من شأنه أن يمثل تحديًا لمشغلي 5G ومقدمي الخدمات إلى حد ما. إذا كانت موارد الألياف المتبقية تعاني من نقص ، خاصة في المناطق الحضرية الكثيفة ذات BBU المكثفة على نطاق واسع ، فستكون تقنية WDM هي الخيار الأول لتخفيف نقص الألياف في طبقة الوصول للمدينة الكبرى وبالتالي تقليل تكاليف إنشاء الشبكة.