5Gは2019年に発売され、アジア、北米、ヨーロッパで急速な成長を遂げています。 GSMAは、5G接続は今後500年間成長し続け、接続は2025年までにXNUMX億に達すると予測しています。
世界の通信事業者は、1.1年から2020年の間にモバイル通信に約2025兆ドルを投資し、そのうちの約80％が5Gの設備投資に費やされます。
図1-2モバイル通信の設備投資
2. 5Gワイヤレスフロントホールインターフェイスには、25Gbit/sの最小レートが必要です
5Gワイヤレス通信は、拡張モバイルブロードバンド（eMBB）、超高信頼性で低遅延の通信（URLLC）、および大規模なモノのインターネット（mIoT）のために、4Gよりも多くのスペクトルリソースを必要とします。
5Gは、現在6GHz FR1より低いスペクトルを使用しており、100GLTEの4倍である100Mbit/sの最大帯域幅をサポートしています。 Common Public Radio Interface（CPRI）プロトコルでは、64チャネルと100MHzの帯域幅がある場合、少なくとも2017Gbit/sのフロントホールチャネルが必要です。 ただし、100年には、業界はXNUMXGbit/s光モジュールの準備ができていません。 したがって、拡張CPRI（eCPRI）プロトコルが開発されました。
図2-1eCPRIのさまざまな分割モード
eCPRIプロトコルは、複数の分割モードを定義します。 より高いプロトコル層のインターフェースは、より低い伝送帯域幅を必要とします。 主流の分割方式では、一部の物理層信号処理機能がベースバンドからアンテナ側に送信され、フロントホールインターフェイスから25Gbit/sのレートのみを取得する必要があります。 近年、主流のフロントホール光モジュールの需要は、10G時代の4Gbit/sから25G時代の5Gbit/sに進化しました。
ワイヤレススペクトルの低域と中域の帯域がすでに混雑していることを考慮して、3GPPは5Gに高周波数帯域を割り当てました。 ただし、これにより信号損失が大きくなります。 したがって、5G基地局の密度は4Gの密度よりも高く、良好な通信品質を確保するために光モジュールの要件が高くなります。 LightCountingは、25Gフロントホール用の5G光モジュールが今後50年間に販売されるすべての光モジュールのXNUMX％を超えると予測しています。
図2-2ワイヤレスフロントホール光モジュールの販売
25G光モジュールは、主にワイヤレスフロントホールに使用されます。 したがって、25GEイーサネット業界の既存のリソースを再利用することで、通信事業者はコストを大幅に削減し、光ソリューションの効率を高めることができます。
3.典型的な5Gワイヤレスフロントホールシナリオ
ワイヤレスフロントホールの一般的なアーキテクチャは、分散RAN（DRAN）または集中型RAN（CRAN）です。 CRANモードでは、BBUは中央にあります off氷。 これにより、付属機器（特にエアコン）のスペースと消費電力が大幅に削減され、CAPEXとOPEXが削減されます。 さらに、CBBUはBBUベースバンドプールを構成し、これを一元管理して、さまざまなネットワークニーズに合わせてスケジュールすることができます。
図3-1DRANおよびCRANフロントホールシステム
基地局の追加により、5Gネットワークの構築は4Gよりもはるかに高価であり、サイトの取得は困難です。 したがって、CRANは大規模な展開の最初の選択肢です。
3.2ドラン
これは、AAUとDUがそれぞれタワーの上下300km以下の距離に配置される単純なシナリオです。 CRAN方式では、10つのユニット間の最大距離は25kmです。 DRANとCRANはどちらも、費用効果とメンテナンスの理由から直接ファイバー接続を使用しています。 この場合、XNUMXGグレーライトモジュールが必要です。
図3-3つの異なるフロントホール方法
3.3ノッチ
CRANシナリオでは、直接ファイバー接続には多くのファイバーとケーブルが必要です。 ファイバーリソースが不十分な場合、10kmのBiDiグレーライトモジュールを使用すると、ファイバーの数が半分になるため、コストを削減できます。 必要に応じて、パッシブWDMおよびセミアクティブWDM機器を使用することにより、必要なファイバーリソースをさらに削減できます。 この場合、25Gカラーライトモジュールが必要です。
単一の5Gマクロ基地局の場合、100つの25MHzスペクトルには160つの5Gbit /seCPRIが必要です。 アジアでは、チャイナモバイルが200MHzの5Gスペクトルを所有しているのに対し、チャイナテレコムとチャイナユニコムは25MHzの3Gスペクトルを共有しています。 インターフェイスレートが6Gbit/sのままの場合、インターフェイスの数はXNUMXからXNUMXに増加します。
各マクロ基地局は、インターフェース伝送要件を満たすために、25対の12G光モジュールを必要とします。 この場合、6波長カラーモジュールのセット（サイトごとにXNUMX本のファイバー）またはXNUMX波長カラーモジュールのXNUMXセット（サイトごとにXNUMX本のファイバー）を使用できます。
図3-4GフロントホールパッシブWDMへの5つの異なるアプローチ
要約すると、DRANソリューションとCRANソリューションの両方で、5Gフロントホール光モジュールの需要が急増します。
4Gフロントホールのさまざまなソリューション
4.1背景
5Gは2019年の後半にリリースされ、すぐに中国で市販されるようになりました。 2020年164,000月末までに、5のXNUMXG基地局が配備されました。 迅速で大規模な基地局建設に対処するために、オペレーターはコストを節約し、迅速な商業化を達成するためにカラーモジュールを選択しました。
さらに、既存のWDM規格によれば、さまざまな組織がCWDM、MWDM、LWDM、およびDWDM規格を提案しています。 中国の携帯電話事業者も、CWDM光モジュールの直接調達を支配しています。
4.2 技術動向
4.2.1既存の10G/25G業界リソースを再利用する
25Gグレーライトモジュールは、元の10Gbit/sテクノロジーの既存のリソースを利用します。
-300m SRモジュールは、850nm垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）を使用します。
- -10km LRモジュールは1310nm分散フィードバック（DFB）レーザーを使用します。
- -10 kmのBiDiモジュールは、DFBレーザーを使用します（上流1330 nm、下流1270 nm）。
- これらの波長の市販のチップはすぐに入手できます。 一部のチップサプライヤーも offワイヤレスフロントホールアプリケーションに適した産業用チップ。
WDM規格の再利用の原則に基づいて、業界は25Gカラーライトモジュールのさまざまなソリューションについて議論しています。 CWDM規格は、ITU-TG.694.2で定義されています。 DUとAAUに直接取り付けられ、外部CWDMマルチプレクサ/デマルチプレクサを使用する18nmの波長間隔の20個のCWDMモジュールがあります。 6つのチャネルを使用するワイヤレスフロントホールシナリオでは、1271つの波長、できればCWDM 1291波（1311、1331、1351、1371、XNUMX、およびXNUMX nm）が必要です。
最初の4つの波長はデータセンターのCWDM12波DMLの波長と同じであるため、チップベンダーは工業用温度と最後の6つの波長用に開発するだけで済みます。 12チャネルの場合、1471波長が必要です。 1491つのCWDM1511波と1531つのファイバーを送信用に選択するか、最後の1551つの波長1571/XNUMX/XNUMX/XNUMX/XNUMX/XNUMXを追加することでCWDMXNUMX波とXNUMXつのファイバーを選択できます。
図 4-1 波長 CWDM
MWDMは、2019年末に提案されたCCSA標準です。MWDMでは、CWDM 6波の各標準波長は、熱電冷却器（TEC）によって拡張され、等間隔ではない12の波長を取得します。
図4-2の波長 MWDM
CWDM 6波と比較すると、MWDM 12波ソリューションでは、光アセンブリにTECを追加し、モジュール回路にTECドライバを追加する必要があります。
LAN-WDMテクノロジーのチャネル間隔は800GHz（約4.4nm）です。 分散損失をほとんど伴わずに、Oバンドでより多くの波長を取得できます。 IEEE 802.3は、LAN-WDMに基づいて400GELR8インターフェイスを定義します。 最後の100つの波長は4GLR12用であるため、業界は最後の8つの波長を簡単にサポートできます。 12波長に拡張すると、CCSAは12つのLAN-WDM波長にXNUMXつの波長を追加して、LWDMXNUMX波長を形成します。 LWDMXNUMX波とMWDMの唯一の違いは、光チップです。
図4-3 の波長 LWDM
ITU-T G.698.4に基づくDWDMテクノロジーは、バックボーンネットワークおよびメトロポリタンエリアネットワークで広く使用されています。 波長範囲は1529nmから1567nmで、間隔は約0.78nmです。 波長の数は6、12、20、40、48、または96です。ただし、DWDMモジュールは高価であり、通常、ファイバリソースが不十分なエリアに展開されます。
波長間隔が狭いため、MWDMにはTECコントローラーとカスタム波長チップが必要です。 LWDMの基礎となる直接変調レーザー（DML）光チップの業界チェーンはまだ成熟しておらず、電気吸収変調レーザー（EML）のコストは高く、LWDMにはTECコントローラーが必要です。 DWDMにはTECコントローラが必要であり、チップは高価です。 CWDM 6ウェーブのみがTECコントローラーを必要とせず、豊富なDMLリソースを備えているため、CWDM6はオペレーターにとって最も費用効果の高いソリューションとして認識されています。
4.2.2より長い伝送距離
標準のワイヤレスフロントホール光モジュールの伝送距離は10kmに制限されています。 CRAN展開の普及に伴い、コンバージドフロントホールネットワークではより長い伝送距離が必要になる場合があります。 LightCountingによると、今後5年間で、すべてのグレーライトモジュールの3％が10kmより長い伝送距離を必要とします。 ただし、業界のサプライヤは依然として10kmの光モジュールに焦点を合わせています。
さまざまなタイプのグレーライトモジュールの割合
4.2.3高密度光モジュールの形式
5Gの開発に伴い、フロントホールの通信容量を徐々に増やす必要があります。 ただし、無線基地局の場合、ベースバンドボードのパネルポートは固定されています。 ワイヤレス機器ベンダーは、ポートの受信および送信機能を改善する方法を見つける必要があります。
Dual Small Form-Factor Pluggable（DSFP）光モジュールは優れたソリューションです。 2018年にリリースされたDSFP標準は、100Gbit / sの最大レートをサポートし、主にイーサネットプロトコルに使用されます。 また、ワイヤレスeCPRIフロントホールシナリオにも適しています。 DSFPモジュールはSFPモジュールと構造的に互換性があります。 DSFPモジュール内の統合パッケージにより、25つの信号チャネルを送信できるため、送受信容量がXNUMX倍になります。 現在、XNUMXGSFPモジュールが標準です。 ただし、フロントホール帯域幅の需要の高まりとBBU側のベースバンドチップの開発に伴い、より多くのDSFPモジュールが必要になる場合があります。
4.2.4調整可能なカラーライトテクノロジー
CRANは、5Gインフラストラクチャの展開においてより大きな役割を果たします。 2020年までに、中国の80つの主要事業者は、CRANが5Gインフラストラクチャの6％を占めると予測しているため、カラーライトモジュールの需要が増加します。 CWDM XNUMX波モジュールは、安価で使いやすいため、広く展開されています。 しかし、波長構成は基地局の建設と保守の間に多くの時間と労力を必要とします。 したがって、調整可能なDWDMカラーライト技術が提案されます。
調整可能なDWDMシステムは、固定DWDMシステムと同じ波長範囲と間隔を持っています。 唯一の違いは、波長可変DWDMモジュールが12または48波長の自動構成をサポートしていることです。 現在、調整可能なDWDM標準はCCSAで開始されており、ITU-TG.698.x標準は改訂中です。 以前は、DWDM調整可能テクノロジーが伝送ネットワークに適用されていましたが、CWDM6波よりもはるかに高価です。 したがって、業界はこのソリューションのコストを削減するために懸命に取り組んできました。
5.ワイヤレスフロントホール25Gオプティカルソリューション
25Gカラーライトモジュールは、25GCWDM6波モジュールと調整可能な25GDWDMモジュールに分けることができます。 お客様は、ニーズと予算に応じてさまざまなオプションから選択できます。 フロントホール25G光モジュールの全範囲は、さまざまなDRANおよびCRANアプリケーションシナリオをカバーします。
5.1さまざまなタイプの25GグレーライトおよびCWDM6波光モジュール
25GグレーライトおよびCWDM6波光モジュールにはいくつかのタイプがあります。
-25G 300m：デュアルファイバー双方向インターフェース
-25G 10km：デュアルファイバー双方向インターフェース
-25G 10km BiDi：シングルファイバー双方向インターフェース
-25G 10km CWDM6波：デュアルファイバー双方向インターフェイス。 セットあたりXNUMXつのモジュール
中心波長が1271/1291/1311/1331/1351/1371nmのすべての光モジュールは、SFF-28およびSFF8419のSFP8472プロトコルに準拠しています。
電気ポートはCEI-28G-VSRに準拠しています。 25G10kmデュプレックスファイバおよび25G10kmBiDi光ポートは、IEEE802.3CC25GBase-LRに準拠しています。
以下は、DML TOSA、PIN ROSA、送信CDR、レーザードライバー、受信LA、受信CDR、およびコントローラーを含む機能ブロック図です。
図5-1G25m、300km、およびCWDM10波光モジュール
図5-2G25kmBiDi光モジュール
送信方向では、CDRはエッジコネクタで受信した電気信号に対してクロックリカバリを実行し、DRVは信号を増幅します。 次に、DRVはDML TOSAを駆動して、電気信号を光信号に変換して出力します。
受信方向では、光信号はPIN PDによって電気信号に変換され、TIAによって増幅されてから、LAに送信されます。 CDRがクロックリカバリを実行した後、エッジコネクタが信号出力を実行します。 CWDM 6波は、非冷却DFBレーザーを使用します。 他のWDMソリューションと比較して、費用対効果が高く、消費電力が低くなっています。 これは、多数の波長が必要ない場合の理想的なソリューションです。
5.2調整可能な25GDWDMおよびDWDM12波長光モジュール
25GDWDM光モジュールには次のXNUMXつのタイプがあります。
-Cバンドの48波長は調整可能で、10kmの伝送をサポートします
-費用対効果の高いCバンド12波長は調整可能で、10kmの伝送をサポートします。 どちらもSFF-8419およびSFF-8472プロトコルに準拠しています。 電気ポートはCEI-28G-VSRに準拠しています。
以下は、T-TOSA、PIN ROSA、送信CDR、レーザードライバー、受信LA、受信CDR、およびコントローラーを含む機能ブロック図です。
図5-3GDWDM光モジュール
送信方向では、CDRはエッジコネクタで受信した電気信号に対してクロックリカバリを実行し、DRVは信号を増幅します。 次に、DRVがTTOSAを駆動して、電気信号を光信号に変換して出力します。
受信方向では、光信号はPIN PDによって電気信号に変換され、TIAによって増幅されてから、LAに送信されます。 CDRがクロックリカバリを実行した後、エッジコネクタが信号出力を実行します。
まとめ
eCPRI標準は、5Gフロントホールインターフェイスで詳しく説明しています。 25Gフロントホールインターフェイスはイーサネットプロトコルに準拠しており、豊富な操作およびメンテナンス方法を提供します。 さらに、25Gイーサネット光モジュールの既存のリソースを再利用できます。 25Gフロントホールインターフェースは業界標準になりました。 5G基地局建設の設備投資が増えるにつれ、事業者はより費用効果の高い25Gフロントホール光モジュールを探しています。 一方、限られた光ファイバーリソースは、カラーライトモジュールの需要を促進します。 オプトエレクトロニクスの分野での数十年にわたる投資と革新の後、ファイバーモールは、25G無線通信の多様化を構築するために、5G従来型およびWDM光モジュールの完全なソリューションを開始しました。
