¿Qué es la tecnología 25G WDM de 5G Fronthaul?

A medida que la tecnología 5G está acelerando su Gran escala despliegue comercial, se espera que la cantidad de estaciones base de comunicación 5G creadas por los operadores aumente exponencialmente en los próximos años. El fronthaul 5G es la parte esencial de la transmisión de la red 5G. La solución de tecnología fronthaul basada en la multiplexación por división de longitud de onda (WDM) se ha convertido en el centro de atención de la industria. Este artículo presentará y evaluará la demanda de fronthaul 5G para WDM 25G tecnología, tipos típicos de soluciones técnicas 5G fronthaul WDM, soluciones técnicas 25G LAN-WDM y su estandarización.

 

1. Wsombrero es Fronthaul en 5G?

La red 5G consta de la red de acceso (AN), la red portadora y la red central (CN). La red de acceso es generalmente una red de acceso por radio (RAN), que se compone principalmente de estaciones base de comunicación. A diferencia de la tecnología 4G, 5G no se compone de BBU(Unidad de banda base),RRU(Unidad de radio remota), o antena; en cambio, se reconfigura como las siguientes tres entidades funcionales: CU (Unidad centralizada, Unidad distribuida), DU (Unidad distribuida, Unidad distribuida) y AAU (Unidad de antena activa, Unidad distribuida). El 4G RRU y la antena originales se combinan en AAU, y el BBU se separa en CU y DU. La DU está integrada en la AAU y una CU se puede conectar a varias DU.

Solo existen dos partes en la conexión de la red 4G: transporte frontal y backhaul. Mientras que en las redes 5G, se ha desarrollado en tres partes. La AAU que conecta DU se llama 5G fronthaul, el medio se refiere a la conexión DU con CU, y el backhaul es el portador de comunicación entre CU y la red central.

2. ¿Qué es WDM?

El concepto de WDM (que significa multiplexación por división de longitud de onda) es utilizar múltiples fuentes de luz que operan en diferentes longitudes de onda para transmitir algunos flujos de información independientes simultáneamente a través de la misma fibra óptica.

 

En los primeros días, el intervalo de longitud de onda se controlaría dentro de decenas de nm debido a límites técnicos. Este tipo de multiplexación por división de longitud de onda dispersa se denomina multiplexación por división de longitud de onda dispersa, que es CWDM (Coarse WDM). A medida que avanzaba la tecnología, el intervalo de longitud de onda se acortaba. Cuando alcanza el nivel de unos pocos nm, evoluciona a un WDM compacto llamado Multiplexación por división de longitud de onda densa, o DWDM (Dense WDM). LAN WDM (o LWDM)es una especie de WDM entre CWDM y DWDM. Su espacio de canal es de aproximadamente 6.4 nm (800 G), mientras que el espacio de canal CWDM es de 20 nm y el espacio de canal DWDM es de 0.8 nm (100 G).

 

3. Diferente TAlcance técnico Soluciones a 5G Fronthaul

● Direct Optico Fiber Conecteividad

Como una de las principales soluciones de conectividad para 5G fronthaul, de reservas ofibra óptica la conexión tiene dos métodos de conexión en red: uno es sobre fibra única unidireccional; el otro es sobre fibra única bidireccional (BIDI). Sin embargo, los recursos de fibra óptica pueden hdifícilmente satisfacer la demanda de conexión de red de fibra directa en áreas urbanas donde la cobertura 5G se implementa con prioridad. Por lo tanto, para funcionar normalmente en el modo CRAN, la AAU tiene que combinarse con otras soluciones tecnológicas, una de las cuales es la multiplexación de múltiples longitudes de onda en la misma fibra única para reducir en gran medida la utilización de los recursos de fibra en el fronthaul.

 

● Tecnología 25G WDM-Un impulso por 5G FRonthaul

Desde el punto de vista técnico, 5G presenta una alta velocidad de transmisión (de 25 Gbit / sa 100 Gbit / s incluso 200 G), baja latencia con 1 milisegundo y alta precisión de sincronización de reloj. Desde un Se requiere una gran cantidad de AAU en el fronthaul 5G, el costo de acceder a la red portadora seguirá aumentar significativamente.

 

Tla red 5G de fronthaulk adoptará ampliamente el eCPRI interfaz, que requiere una velocidad de datos de 25G en la configuración de espectro de 100MHz, antena 64T / 64R y 16 flujos descendentes / ascendentes 8 flujos. Múltiples 25G Ecpri las interfaces deben implementarse en el fronthaul 5G cuando el espectro inalámbrico es más amplio.

 

Hay muchas soluciones para la tecnología 25G WDM que se pueden aplicar al fronthaul 5G, incluidos DWDM, CWDM y LAN WDM, como se muestra en la Figura 1. El resto de este artículo presentará y analizar estas soluciones respectivamente. 

◮ Figura 1 Soluciones tecnológicas para 5G Fronthaul

 

• 4. Red de fronthaul móvil Sestructura Basado en 25G WDM

Según las diferencias en el equipo, la estructura de conectividad de la red óptica de fronthaul móvil basada en la tecnología WDM se puede dividir en tres tipos: conectividad WDM activa, conectividad WDM semiactiva y conectividad WDM pasiva. La figura 2 muestra los tres tipos de estructura.  

 

● AWDM activo Cconectividad

Para el tipo de completamente activo Red WDM, es central offhielo también llamado ATU-C (Unidad de transceptor ADSL-Centroloffhielo) y la estación de datos remota están activos equipos con interfaces profesionales claras e integradas multitrafico acceso al portador. Pero la fuente de alimentación y instalación de control remoto equipo Hay que tener en cuenta.

 

● Semi-AWDM activo Cconectividad

Para la estructura de red WDM semiactiva, su central office es un equipo activo, mientras que la estación de datos remota se simplifica como transceptor óptico WDM y multiplexor y demultiplexor pasivo. Este tipo debe confirmarse para que el módulo óptico WDM pueda instalarse en el equipo de transporte de datos.

 

● PAsiva WDM Cconectividad

Central offEl hielo y la estación de datos remota para el tercer tipo son ambos con pasivo equipo, también simplificado como transceptor óptico WDM y multiplexor y demultiplexor pasivo, que necesitan ser confirmadas sus instalaciones en equipo de transporte de datos. Por lo tanto, desde la perspectiva de la construcción, operación y mantenimiento de la red, los primeros 2 tipos de estructura de red de fronthaul móvil se prefieren sobre el tercero en la realidad.

 

◮ Figura 2 Estructura de red de fronthaul móvil basada en WDM

 

 

• 5. Solución 5G Fronthaul basada en 25G DWDM

25G DWDM la tecnología se puede aplicar en longitud de onda fija y longitud de onda sintonizable de acuerdo con la longitud de onda de trabajo del láser, como se muestra en la Figura 3. 

 

● Segmentos de tecnología DWDM 25G

Tecnología DWDM utilizado en longitud de onda sintonizable ha sido ampliamente utilizado en la red óptica de 10G, 40Gy 100G. Pero todavía está luchando por satisfacer la demanda de aplicaciones masivas y sensibles a los costos. circunstancias de la capa de acceso al metro. Existen muchas soluciones técnicas para la realización de láseres sintonizables, que incluyen matriz DFB, DBR, DS DBR, MG-Y, SG DBR, VCSEL, ECL, cavidad de microanillo óptico de silicio y cavidad de acoplamiento en forma de V, etc., todas controlado por temperatura, corriente y mecánica.

 

Módulos ópticos rentables que utilizan Tecnología DWDM  longitud de onda sintonizable incluyen aquellos con banda C de banda ancha totalmente sintonizable y banda C de banda estrecha parcialmente sintonizable. Sin embargo, este último disfruta de una ventaja de costo más obvia sobre el primero y algunas compañías especializadas en transceptores ópticos y componentes ópticos han lanzado su serie de productos relacionados, que está disponible en el mercado actual.

◮ Figura 3 Segmentos de tecnología DWDM 25G

 

● G.698.4/PAB-WDM-Un ejemplo de DWDM

Un buen ejemplo de este tipo de módulos ópticos basados ​​en DWDM tecnología con longitud de onda sintonizable is G.698.4(originalmente G metro)solución, también llamada PAB-WDM,Port-Agnóstico BWDM idireccional opción de tecnología.

 

Su mayor ventaja radica en las características independientes del puerto, la habilidad del módulo, autoadaptación de longitud de onda de extremo a extremo (sin configuración), y datos adaptables y , lo que facilita su control y mantenimiento. Adoptando el óptico parte superior . tecnología de modulación en WDM redes, este G.698.4 h ha logrado el control de mensajes de equipos de cabecera (HEE) y el equipo de cola (TEE)  así como el canal de señal (HTMC / THMC). Se utiliza para adaptar y controlar la tasa de longitud de onda del módulo óptico sintonizable remoto para realizar un mecanismo OAM simple y efectivo a nivel del sistema. Consulte la figura 4 de la siguiente manera.

◮ Figura 4 y XNUMX G.698.4/ Solución Fronthaul PAB-WDM

 

En la conferencia ITU-T SG15 celebrada en Ginebra en julio de 2019, los operadores de alta calidad que incluyen China Unicom, China Telecom, Deutsche Telekom, Telecom Italia y KDDI planteó su demanda urgente en el fronthaul 5G basado en DWD 25GM tecnología. Mientras tanto, empresas como China Unicom y Ericsson presentó un informe de prueba detallado relacionado y ITU-T SG15 inició el proyecto de desarrollo de la versión estándar G.698.4 v2.0 (velocidad de datos de 25G).

 

• 6. Solución tecnológica basada en 25G CWDM

 

● Análisis técnico de 25G CWDM

Con el despliegue a gran escala de 100G CWDM4 módulos ópticos en los centros de datos, hay diversos aplicaciones de láseres que cumplen con las estándar de entornos de centros de datos y CWDM4 de grado comercial. Transceptores de fibra óptica en la longitud de onda de 1271nm, 1291nm, 1311nm y 1331nm han venido a su un estudiante adulto etapa de desarrollo. If Láser CWDM opera sin control de temperatura TEC, tiende a haber una gran deriva de temperatura (valor típico 0.1 nm / ° C), haciéndolo difícil cumplir con los requisitos estándar of Precisión de longitud de onda de 13 nm (± 6.5 nm). La industria está elaborando una solución para garantizar la estabilidad de la longitud de onda central considerando los calentadores auxiliares basados ​​en DML o el control de temperatura TEC. Sin embargo, el uso de un calentador o TEC aumentará el costo de la solución CWDM.

 

Para longitudes de onda más largas (1351 nm, 1371 nm, etc.), los láseres DML tienen el problema de la dispersión límitar, y el costo de dispersión es relativamente alto, lo que resulta en un presupuesto de energía insuficiente para la transmisión de fibra de 10 km. Algunos piensan en resolver este problema usando EML o APD. Del mismo modo, la longitud de onda CWDM superior a 1371 nm no tiene otra alternativa que EML debido a la dispersión límite. La solución CWDM que adopta EML / APD y que aumenta la estabilidad de la longitud de onda mediante el control asistido por TEC en realidad no es rentable como la gente espera. En términos de mantenimiento de la red, el uso de módulos ópticos CWDM para fronthaul 5G no puede lograr una gestión eficaz de los módulos ópticos remotos. Además, puede haber una serie de problemas tales como dificultades en la identificación de la longitud de onda, gestión complicada y mantenimiento inconveniente del equipo.

 

● Normalización of 25G CWDM

Según la Estándar ITU-T G.694.2, la longitud de onda CWDM is de 1271 nm a 1611 nm, con un intervalo de longitud de onda de 20 nm y un total de 18 longitudes de onda. Sin embargo, el código de aplicación 25G CWDM especificado por el estándar ITU-T G.695 tiene un número máximo de canales de 4, utilizando 4 longitudes de onda de 1271 nm, 1291 nm, 1311 nm y 1331 nm.; el rango de desviación de la longitud de onda central es de ± 6.5 nm, con un 2km distancia de trabajo.

 

La Figura 5 muestra la solución de fronthaul 5G actual basada en 25G CWDM tecnología. Cabe señalar que todavía no se han resuelto problemas como el presupuesto de energía insuficiente causado por la temperatura de funcionamiento industrial y la penalización por dispersión para aplicaciones exteriores. Por lo tanto, se deben tomar riesgos si se implementa ampliamente.

 

 

◮ Figura 5 5G Fronthaul basado en 25G CWDM

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7. Tecnología Solución basada en 25G LAN-WDM

● 25G LAN-WDM Tecnología

 

El láser de longitud de onda LAN-WDM funciona en la banda O  chica dispersión.  It puede cumplir con los requisitos de aplicaciones industriales adoptando el control de temperatura TEC. Con el despliegue a gran escala de 100G LR4 módulos ópticos en centros de datos y redes portadoras, los láseres LAN-WDM4 de calidad comercial tienen una gama más amplia de aplicaciones, principalmente en las cuatro longitudes de onda de 1295 nm, 1300 nm, 1304 nm y 1309 nm. La correspondiente cadena de la industria DML es relativamente más madura que otras DML de longitudes de onda. En la actualidad, han surgido diversos esquemas de longitud de onda para aplicaciones de fronthaul LAN-WDM. Además de los estándares de 4 y 8 ondas especificados por ITU e IEEE, también existen diferentes planes de longitud de onda en la industria. El esquema de 6 longitudes de onda comúnmente utilizado son las 4 longitudes de onda de LR4, más dos longitudes de onda de 1286 nm y 1291 nm.

 

Cosas también sugiero esa el espaciado del canal be reducird de 800GHz a 400GHz en orden para obtener longitudes de onda más utilizables, pero no ha sido sin estandarización por esto hasta ahora. Cuando el 25G LAN-WDM El módulo óptico se utiliza para el fronthaul 5G, el canal de mensajes de gestión se puede formar a través del modo de ajuste superior de la capa óptica especificado por el estándar G.698.4 para realizar la gestión del módulo óptico remoto.. Sin embargo, la solución LAN-WDM que utiliza un láser de longitud de onda fija tiene dificultades en la identificación de la longitud de onda, una gestión complicada y un mantenimiento inconveniente incluso si se adopta la gestión remota del modo de ajuste superior.

 

● Normalización of 25G LAN-WDM

Interfaces LAN-WDM que incluyen 100G LR4, 200G LR4 y 400GLR8 también están estipulados en Estándar IEEE 802.3ación. En el siguiente cuadro, puede consultar los estándares LAN-WDM longitud de onda en la actualidad.

 

◮ Estándar de longitud de onda LAN-WDM

 

El estándar ITU-T G.959.1 estipula la tecnología de 4 canales 25G LAN-WDM Aplicar longitudes de onda de 1295 nm, 1300 nm, 1304 nm y 1309 nm respectivamente, y el espaciado de canales es de 800 GHz. Al mismo tiempo, también se especifica la tecnología de 8 canales 50G LAN-WDM. La longitud de onda central de las primeras 4 ondas es la misma que la de 25G LAN-WDM.

 

Conclusión

Las soluciones tecnológicas para el fronthaul de la red 5G están iniciando la verdadera carrera para offer la funcionalidad completa de 5G a escala masiva. Con base en el análisis anterior, se sugiere que las soluciones ópticas bidireccionales de fibra única sean preferidas en áreas donde los recursos de fibra óptica son insuficientes.

Además, la gran escala de la red de fronthaul 5G y el alto costo de construcción, así como el mantenimiento de equipos de capa de acceso masivo / módulos ópticos, desafiarían en cierta medida a los operadores y proveedores de servicios 5G. Si los recursos de fibra restantes escasean, especialmente en áreas urbanas densas con BBU intensivo a gran escala, la tecnología WDM será la primera opción para aliviar la falta de fibra en la capa de acceso de la ciudad metropolitana, reduciendo así los costos de construcción de la red.