Was ist 25G WDM-Technologie von 5G Fronthaul

Da die 5G-Technologie immer schneller wird großflächig kommerzieller Einsatzwird erwartet, dass die Zahl der von den Betreibern errichteten 5G-Kommunikationsbasisstationen in den nächsten Jahren exponentiell zunehmen wird. 5G Fronthaul ist der wesentliche Teil der 5G-Netzwerkübertragung. Die auf Wellenlängenmultiplex (WDM) basierende Fronthaul-Technologielösung ist in den Fokus der Branche gerückt. In diesem Artikel wird die 5G-Fronthaul-Nachfrage vorgestellt und bewertet 25G WDM Technologie, typische Arten von technischen 5G-Fronthaul-WDM-Lösungen, technische 25G-LAN-WDM-Lösungen und deren Standardisierung.

 

1. WHut ist FRonthaul in 5G?

Das 5G-Netzwerk besteht aus dem Zugangsnetzwerk (AN), dem Trägernetzwerk und dem Kernnetzwerk (CN). Das Zugangsnetz ist im Allgemeinen ein Funkzugangsnetz (Radio Access Network, RAN), das hauptsächlich aus Kommunikationsbasisstationen besteht. Im Gegensatz zur 4G-Technologie besteht 5G nicht aus BBU(Basisbandeinheit),RRU(Fernfunkeinheit）, oder Antenne; Stattdessen wird es in die folgenden drei Funktionseinheiten umkonfiguriert: CU (Centralized Unit, Distribute Unit), DU (Distribute Unit, Distribute Unit) und AAU (Active Antenna Unit, Distributed Unit). Die ursprüngliche 4G-RRU und -Antenne werden zu AAU zusammengefasst und die BBU wird in CU und DU getrennt. Die DU ist in die AAU eingebettet und eine CU kann mit mehreren DUs verbunden werden.

Im 4G-Netzwerk gibt es nur zwei verbindende Teile: Fronthaul und Backhaul. In 5G-Netzen hat es sich in drei Teile entwickelt. Der AAU, der DU verbindet, wird als 5G-Fronthaul bezeichnet, der Middle-Haul bezieht sich auf die DU-Verbindung mit CU und der Backhaul ist der Kommunikationsträger zwischen dem CU und dem Kernnetzwerk.

2. Was ist WDM?

Das Konzept von WDM (Wavelength Division Multiplexing) besteht darin, mehrere Lichtquellen mit unterschiedlichen Wellenlängen zu verwenden, um mehrere unabhängige Informationsströme gleichzeitig über dieselbe Glasfaser zu übertragen.

 

In der Anfangszeit wurde das Wellenlängenintervall aufgrund technischer Grenzen auf Dutzende von Nanometern begrenzt. Diese Art des dispersen Wellenlängenmultiplexens wird als spärliches Wellenlängenmultiplexen bezeichnet, das CWDM (Coarse WDM) ist. Mit fortschreitender Technologie wurde das Wellenlängenintervall kürzer. Wenn es das Niveau einiger Nanometer erreicht, entwickelt es sich zu einem kompakten WDM namens Dense Wavelength Division Multiplexing oder DWDM (Dense WDM). LAN WDM (oder LWDM)ist eine Art WDM zwischen CWDM und DWDM. Sein Kanalraum beträgt etwa 6.4 nm (800 G), während der CWDM-Kanalraum 20 nm und der DWDM-Kanalraum 0.8 nm (100 G) beträgt.

 

3. Anders TTechnologie Lösungen zu 5G Fronthaul

● Direct Optisch FIberisch ConnectAktivität

Als eine der wichtigsten Konnektivitätslösungen für 5G-Fronthaul, Direkt ooptische Faser Anschluss verfügt über zwei Netzwerkmethoden: eine über unidirektionale Einzelfaser; der andere ist über bidirektionale Einzelfaser (BIDI). Glasfaserressourcen können jedoch hdie Nachfrage nach direkter Glasfasernetzanbindung in städtischen Gebieten kaum decken wo die 5G-Abdeckung vorrangig eingesetzt wird. Um im CRAN-Modus normal zu funktionieren, Die AAU muss mit anderen Technologielösungen kombiniert werden, von denen eine das Multiplexen mehrerer Wellenlängen auf derselben einzelnen Faser ist, um die Nutzung von Faserressourcen im Fronthaul stark zu reduzieren.

 

● 25G WDM-Technologie-Ein Drang danach 5G FRonthaul

Aus technischer Sicht zeichnet sich 5G durch eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit (von 25 Gbit/s bis 100 Gbit/s sogar 200G), eine geringe Latenzzeit von 1 Millisekunde und eine hohe Taktsynchronisationsgenauigkeit aus. Seit einem Es ist eine große Anzahl von AAUs im 5G-Fronthaul erforderlich, die Kosten des Zugriffs auf das Trägernetzwerk werden wir deutlich steigern.

 

TDas 5G-Fronthaul-Netzwerkk wird das weitgehend übernehmen eCPRI Schnittstelle, die eine Datengeschwindigkeit von 25G in der Konfiguration von 100-MHz-Spektrum, 64T/64R-Antenne und 16 Downstream/Upstream-8-Streams erfordert. Mehrere 25G Ecpri Schnittstellen müssen im 5G-Fronthaul eingesetzt werden, wenn das Funkspektrum breiter ist.

 

Es gibt viele Lösungen für die 25G-WDM-Technologie, die auf 5G-Fronthaul angewendet werden können, einschließlich DWDM, CWDM und LAN-WDM, wie in Abbildung 1 dargestellt. Im Rest dieses Artikels werden und vorgestellt analysieren diese Lösungen bzw. 

◮ Abbildung 1 Technologielösungen für 5G Fronthaul

 

• 4. Mobiles Fronthaul-Netzwerk Struktur Basierend auf 25G WDM

Entsprechend den Unterschieden in der Ausrüstung kann die auf der WDM-Technologie basierende Konnektivitätsstruktur für mobile optische Fronthaul-Netzwerke in drei Typen unterteilt werden: aktive WDM-Konnektivität, semiaktive WDM-Konnektivität und passive WDM-Konnektivität. Abbildung 2 zeigt die drei Strukturtypen.  

 

● Aaktives WDM CKonnektivität

Für den Typ vollaktiv WDM-Netzwerk, es ist zentral offEis, auch ATU-C genannt (ADSLTransceiverUnit-CentroloffEis) und die entfernte Datenstation sind beide aktiv Geräte mit klaren professionellen Schnittstellen und integriert Mehrfachverkehr Trägerzugang. Aber die Stromversorgung und Installation der Fernbedienung Ausrüstung müssen beachtet werden.

 

● Semi-Aaktives WDM CKonnektivität

Für die semiaktive WDM-Netzwerkstruktur ist es zentral office ist ein aktives Gerät, während die entfernte Datenstation als optischer WDM-Transceiver und passiver Multiplexer und Demultiplexer vereinfacht wird. Dieser Typ muss bestätigt werden, damit das optische WDM-Modul auf dem Datentransportgerät installiert werden kann.

 

● Paggressives WDM CKonnektivität

zentral offEis und Remote-Datenstation für den dritten Typ sind beide passiv Geräte, auch vereinfacht als optischer WDM-Transceiver und passiver Multiplexer und Demultiplexer, deren Installation bestätigt werden muss Datentransportgeräte. Aus Sicht des Netzwerkaufbaus, des Betriebs und der Wartung werden daher in der Realität die ersten beiden Arten der mobilen Fronthaul-Netzwerkstruktur gegenüber der dritten bevorzugt.

 

◮ Abbildung 2 Mobile Fronthaul-Netzwerkstruktur basierend auf WDM

 

 

• 5. 5G Fronthaul-Lösung basierend auf 25G DWDM

25G-DWDM Technologie kann angewendet werden in feste Wellenlänge und abstimmbare Wellenlänge entsprechend der Arbeitswellenlänge des Lasers, wie in Abbildung 3 dargestellt. 

 

● Segmente der 25G-DWDM-Technologie

DWDM-Technologie benutzt in abstimmbare Wellenlänge wurde weithin im optischen Netzwerk von verwendet 10G, 40G und 100G. Aber es fällt immer noch schwer, die Nachfrage nach umfangreichen und kostensensiblen Anwendungen zu decken Umstände der Metro-Zugangsschicht. Es gibt viele technische Lösungen zur Realisierung abstimmbarer Laser, darunter DFB-Array, DBR, DS DBR, MG-Y, SG DBR, VCSEL, ECL, optischer Silizium-Mikroringhohlraum und V-förmiger Kopplungshohlraum usw gesteuert nach Temperatur, Strom und Mechanik.

 

Kostengünstige optische Module mit DWDM-Technologie mit abstimmbare Wellenlänge umfassen solche mit vollständig abstimmbarem Breitband-C-Band und teilweise abstimmbarem Schmalband-C-Band. Dennoch genießt letzteres einen deutlicheren Kostenvorteil gegenüber ersterem, und einige Unternehmen, die sich auf optische Transceiver und optische Komponenten spezialisiert haben, haben ihre verwandten Produktserien auf den Markt gebracht, die auf dem aktuellen Markt erhältlich sind.

◮ Abbildung 3 Segmente der 25G-DWDM-Technologie

 

● G.698.4/PAB-WDM-Ein Beispiel für DWDM

Ein gutes Beispiel für solche optischen Module basierend auf DWDM Technologie mit abstimmbare Wellenlänge is G.698.4(ursprünglich G.Metro)Lösung, auch genannt PAB-WDM,Port-Agnostisch Bidirektionales WDM Technologieoption.

 

Sein größter Vorteil liegt in den portunabhängigen Eigenschaften Fähigkeit der Modulen End-End-Wellenlängen-Selbstanpassung (ohne Konfiguration), und adaptive Daten Rate, wodurch es einfach zu kontrollieren und zu warten ist. Durch die Übernahme der optisch Top Schicht Modulationstechnik im WDM Netzwerke, dieses G.698.4 h hat die Nachrichtensteuerung von Head-End-Geräten (HEE) und dem erreicht Tail-End-Ausrüstung (TEE)  sowie den Signalkanal (HTMC/THMC). Es wird verwendet, um die Wellenlängenrate des fernabstimmbaren optischen Moduls anzupassen und zu steuern, um einen einfachen und effektiven OAM-Mechanismus auf Systemebene zu realisieren. Bitte beachten Sie Abbildung 4 wie folgt.

◮ Figure 4 G.698.4/PAB-WDM Fronthaul-Lösung

 

Auf der ITU-T SG15-Konferenz im Juli 2019 in Genf haben Betreiber einschließlich China Unicom, China Telecom, Deutsche Telekom, Telecom Italia und KDDI brachten ihre dringende Forderung nach 5G-Fronthaul zum Ausdruck 25G DWDM Technologie. Mittlerweile sind Unternehmen wie China Unicom und Ericsson reichten einen entsprechenden detaillierten Testbericht ein und ITU-T SG15 initiierte das Entwicklungsprojekt der Version 698.4 des G.2.0-Standards (25G-Datenrate).

 

• 6. Technologielösung basierend auf 25G CWDM

 

● Technische Analyse von 25G CWDM

Mit dem groß angelegten Einsatz von 100G CWDM4 Optische Module in Rechenzentren gibt es verschiedene Anwendungen von Lasern, die die Anforderungen erfüllen Standard von Rechenzentrumsumgebungen und kommerziellem CWDM4. Glasfaser-Transceiver mit der Wellenlänge von 1271 nm, 1291 nm, 1311 nm und 1331 nm sind zu ihnen gekommen reifen Entwicklungsstadium. If CWDM-Laser arbeitet ohne TEC-Temperaturregelung, Es gibt tendenziell eine große Temperaturdrift (typischer Wert 0.1 nm/°C), macht es schwierig erfüllen die Standardanforderungen of 13 nm (±6.5 nm) Wellenlängengenauigkeit. Die Industrie arbeitet an einer Lösung, um die Stabilität der Mittenwellenlänge unter Berücksichtigung von DML-basierten Zusatzheizungen oder TEC-Temperaturregelung sicherzustellen. Die Verwendung einer Heizung oder eines TEC erhöht jedoch die Kosten der CWDM-Lösung.

 

Bei längeren Wellenlängen (1351 nm, 1371 nm usw.) besteht bei DML-Lasern das Problem der Dispersion begrenzen, und die Kosten für die Streuung sind relativ hoch, was dazu führt, dass das Leistungsbudget für die 10-km-Glasfaserübertragung nicht ausreicht. Einige denken darüber nach, dieses Problem durch die Verwendung zu lösen EML oder APD. Ebenso gibt es für die CWDM-Wellenlänge über 1371 nm keine Alternative zum EML Dispersion Grenze. Die CWDM-Lösung, die EML/APD übernimmt und die Wellenlängenstabilität durch TEC-gestützte Steuerung erhöht, ist tatsächlich nicht wie erwartet kosteneffektiv. Im Hinblick auf die Netzwerkwartung kann durch die Verwendung optischer CWDM-Module für 5G-Fronthaul keine effektive Verwaltung entfernter optischer Module erreicht werden. Darüber hinaus kann es zu einer Reihe von Problemen kommen, wie z. B. Schwierigkeiten bei der Wellenlängenidentifizierung, komplizierter Verwaltung und umständlicher Gerätewartung.

 

● Standardisierung of 25G CWDM

Laut ITU-T G.694.2-Standard, die CWDM-Wellenlänge is von 1271 nm bis 1611 nm, mit einem Wellenlängenintervall von 20 nm und insgesamt 18 Wellenlängen. Der durch den ITU-T G.25-Standard spezifizierte 695G-CWDM-Anwendungscode verfügt jedoch über eine maximale Anzahl von Kanälen von 4, wobei 4 Wellenlängen von 1271 nm, 1291 nm, 1311 nm und 1331 nm verwendet werden; der Abweichungsbereich der Mittenwellenlänge beträgt ±6.5 nm, mit  2km Arbeitsentfernung.

 

Abbildung 5 zeigt die aktuelle 5G-Fronthaul-Lösung basierend auf 25G CWDM Technologie. Es wird darauf hingewiesen, dass Probleme wie ein unzureichendes Energiebudget aufgrund industrieller Betriebstemperaturen und Dispersionseinbußen bei Außenanwendungen noch nicht gelöst wurden. Daher müssen Risiken eingegangen werden, wenn es flächendeckend eingesetzt wird.

 

 

◮ Abbildung 5 5G Fronthaul basierend auf 25G CWDM

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7. Technologie Lösung basierend auf 25G LAN-WDM

● 25G LAN-WDM Technologie

 

Der LAN-WDM-Wellenlängenlaser arbeitet im O-Band mit klein Dispersion.  It kann die Anforderungen industrieller Anwendungen erfüllen durch Einführung der TEC-Temperaturregelung. Mit dem groß angelegten Einsatz von 100G LR4 Optische Module in Rechenzentren und Carrier-Netzwerken bieten kommerzielle LAN-WDM4-Laser ein breiteres Anwendungsspektrum, hauptsächlich in den vier Wellenlängen 1295 nm, 1300 nm, 1304 nm und 1309 nm. Die entsprechende DML-Industriekette ist relativ ausgereifter als andere DML-Wellenlängen. Derzeit sind verschiedene Wellenlängenschemata für LAN-WDM-Fronthaul-Anwendungen entstanden. Neben den von ITU und IEEE spezifizierten 4-Wellen- und 8-Wellen-Standards gibt es in der Branche auch unterschiedliche Wellenlängenpläne. Das häufig verwendete 6-Wellenlängen-Schema besteht aus den 4 Wellenlängen von LR4 plus zwei Wellenlängen von 1286 nm und 1291 nm.

 

Manche auch vorschlagen zur Verbesserung der Gesundheitsgerechtigkeit der Kanalabstand be Veterand von 800GHz bis 400GHz in Ordnung um mehr nutzbare Wellenlängen zu erhalten, aber da wurde keine Standardisierung dafür bisher. Wenn der 25G LAN-WDM Das optische Modul wird für 5G-Fronthaul verwendet. Der Verwaltungsnachrichtenkanal kann über den im G.698.4-Standard festgelegten oberen Anpassungsmodus der optischen Schicht gebildet werden, um die Verwaltung des entfernten optischen Moduls zu realisieren. Allerdings weist die LAN-WDM-Lösung, die einen Laser mit fester Wellenlänge verwendet, Schwierigkeiten bei der Wellenlängenidentifizierung, eine komplizierte Verwaltung und eine umständliche Wartung auf, selbst wenn die Fernverwaltung des oberen Einstellmodus übernommen wird.

 

● Standardisierung of 25G LAN-WDM

LAN-WDM-Schnittstellen einschließlich 100G LR4, 200G LR4 und 400GLR8 sind auch darin festgelegt IEEE 802.3 standardisiertation. In der folgenden Tabelle können Sie die Standardisierung überprüfen LAN-WDM Wellenlänge derzeit.

 

◮ LAN-WDM-Wellenlängenstandard

 

Der ITU-T G.959.1-Standard schreibt vor die 4-Kanal 25G LAN-WDM-Technologie bewerben Wellenlängen von 1295 nm, 1300 nm, 1304 nm bzw. 1309 nm und der Kanalabstand beträgt 800 GHz. Gleichzeitig wird auch die 8-Kanal 50G LAN-WDM-Technologie spezifiziert. Die Mittenwellenlänge der ersten 4 Wellen ist dieselbe wie die von 25G LAN-WDM.

 

Zusammenfassung

Technologielösungen für das 5G-Netzwerk-Fronthaul beginnen den eigentlichen Wettlauf offEr bietet die volle Funktionalität von 5G in großem Maßstab. Basierend auf der obigen Analyse wird empfohlen, bidirektionale Einzelfaserlösungen in Bereichen zu bevorzugen, in denen die Glasfaserressourcen nicht ausreichen.

Darüber hinaus würden der große Umfang des 5G-Fronthaul-Netzwerks und die hohen Kosten für den Bau sowie die Wartung massiver Access-Layer-Geräte/optischer Module die 5G-Betreiber und Dienstanbieter in gewissem Maße vor Herausforderungen stellen. Wenn die verbleibenden Glasfaserressourcen knapp sind, insbesondere in dicht besiedelten städtischen Gebieten mit großflächigem, intensivem BBU, wird die WDM-Technologie die erste Option sein, um den Mangel an Glasfaser in der Zugangsschicht der Metropole zu beheben und so die Kosten für den Netzwerkaufbau zu senken.