5G는 2019년에 출시되었으며 아시아, 북미 및 유럽에서 빠르게 성장했습니다. GSMA는 5G 연결이 향후 500년 동안 계속 증가하고 2025년까지 연결 수가 XNUMX억 개에 도달할 것으로 예측합니다.
글로벌 사업자는 1.1년에서 2020년 사이에 이동 통신에 약 2025조 80억 달러를 투자할 것이며 이 중 약 5%가 XNUMXG 자본 지출에 사용될 것입니다.
그림 1-2 이동통신 설비투자
2. 5G 무선 프론트 홀 인터페이스는 최소 25Gbit/s의 속도가 필요합니다.
5G 무선 통신은 eMBB(Enhanced Mobile Broadband), URLLC(Ultra Reliable and Low Latency Communication), mIoT(대규모 사물 인터넷)를 위해 4G보다 더 많은 스펙트럼 리소스를 필요로 합니다.
5G는 현재 6GHz FR1보다 낮은 주파수를 사용하며 최대 대역폭은 100G LTE의 4배인 100Mbit/s를 지원한다. CPRI(Common Public Radio Interface) 프로토콜은 채널이 64개이고 대역폭이 100MHz인 경우 최소 2017Gbit/s의 프런트홀 채널이 필요합니다. 그러나 100년 업계에서는 XNUMXGbit/s 광 모듈에 대한 준비가 되어 있지 않습니다. 따라서 eCPRI(Enhanced CPRI) 프로토콜이 개발되었습니다.
그림 2-1 eCPRI의 다양한 분할 모드
eCPRI 프로토콜은 다중 분할 모드를 정의합니다. 상위 프로토콜 계층의 인터페이스에는 더 낮은 전송 대역폭이 필요합니다. 주류 분할 방식에서 일부 물리 계층 신호 처리 기능은 기저대역에서 안테나 측으로 전송되며 프론트홀 인터페이스에서 25Gbit/s 속도만 얻으면 됩니다. 최근 몇 년 동안 주류 프론트홀 광 모듈에 대한 수요는 10G 시대의 4Gbit/s에서 25G 시대의 5Gbit/s로 진화했습니다.
무선 스펙트럼의 중저역 대역이 이미 붐비는 점을 감안할 때 3GPP는 5G에 더 높은 주파수 대역을 할당했다. 그러나 이는 더 높은 신호 손실을 초래합니다. 따라서 5G 기지국의 밀도는 4G보다 높으며 우수한 통신 품질을 보장하기 위해 광 모듈에 대한 요구 사항이 더 높습니다. LightCounting은 25G 프론트홀용 5G 광 모듈이 향후 50년 동안 판매되는 전체 광 모듈의 XNUMX%를 초과할 것으로 예측합니다.
그림 2-2 무선 프론트홀 광모듈 판매
25G 광 모듈은 주로 무선 프론트 홀에 사용됩니다. 따라서 25GE 이더넷 산업에서 기존 자원을 재사용하면 통신 사업자가 비용을 크게 절감하고 광 솔루션의 효율성을 높이는 데 도움이 될 수 있습니다.
3. 일반적인 5G 무선 프론트홀 시나리오
무선 프론트홀을 위한 일반적인 아키텍처는 DRAN(분산 RAN) 또는 CRAN(중앙 집중식 RAN)입니다. CRAN 모드에서 BBU는 중앙에 있습니다. off빙. 이는 보조 장비(특히 에어컨)의 공간과 전력 소비를 크게 줄여 CAPEX 및 OPEX를 낮춥니다. 또한 CBBU는 BBU 기저대역 풀을 구성하며, 이 풀은 중앙에서 관리하고 다양한 네트워크 요구에 맞게 예약할 수 있습니다.
그림 3-1 DRAN 및 CRAN 프런트홀 시스템
기지국 추가로 인해 5G 네트워크 구축은 4G보다 훨씬 비싸고 사이트 확보가 어렵습니다. 따라서 CRAN은 대규모 배포를 위한 첫 번째 선택입니다.
3.2 드란
이것은 AAU와 DU가 각각 타워 위, 아래 300km 이하의 거리에 배치되는 간단한 시나리오입니다. CRAN 방식에서 두 장치 사이의 최대 거리는 10km입니다. DRAN과 CRAN은 모두 비용 효율성과 유지 관리를 위해 직접 광섬유 연결을 사용합니다. 이 경우 25G 그레이라이트 모듈이 필요합니다.
그림 3-3 서로 다른 XNUMX가지 Front-haul 방식
3.3노치
CRAN 시나리오에서 직접 광섬유 연결에는 많은 광섬유와 케이블이 필요합니다. 광섬유 자원이 부족한 경우 10km BiDi 회색조 모듈을 사용하면 광섬유 수의 절반이 필요하므로 비용을 절감할 수 있습니다. 필요한 경우 수동 WDM 및 반능동 WDM 장비를 사용하여 필요한 광섬유 리소스를 더 줄일 수 있습니다. 이 경우 25G 색광 모듈이 필요합니다.
단일 5G 매크로 기지국의 경우 하나의 100MHz 스펙트럼에는 25개의 160Gbit/s eCPRI가 필요합니다. 아시아에서는 China Mobile이 5MHz의 200G 스펙트럼을 소유하고 있는 반면 China Telecom과 China Unicom은 5MHz의 25G 스펙트럼을 공유합니다. 인터페이스 속도가 3Gbit/s로 유지되면 인터페이스 수가 6개에서 XNUMX개로 증가합니다.
각 매크로 기지국은 인터페이스 전송 요구 사항을 충족하기 위해 25쌍의 12G 광 모듈이 필요합니다. 이 경우 6파장 컬러 모듈 세트(사이트당 XNUMX개의 파이버) 또는 XNUMX파장 컬러 모듈 XNUMX세트(사이트당 XNUMX개의 파이버)를 사용할 수 있습니다.
그림 3-4 5G 프론트홀 패시브 WDM에 대한 두 가지 접근 방식
요약하자면, DRAN과 CRAN 솔루션 모두 5G 프런트홀 광 모듈에 대한 수요가 급증할 것입니다.
4. 25G 프론트홀을 위한 다양한 솔루션
4.1 배경
5G는 2019년 하반기에 출시되어 빠르게 중국에서 상용화되었습니다. 2020년 164,000월 말까지 5개의 XNUMXG 기지국이 배치되었습니다. 빠르고 광범위한 기지국 건설에 대처하기 위해 사업자는 비용을 절감하고 신속한 상용화를 달성하기 위해 컬러 모듈을 선택했습니다.
또한 기존 WDM 표준에 따라 여러 조직에서 CWDM, MWDM, LWDM 및 DWDM 표준을 제안했습니다. China Mobile 사업자는 또한 CWDM 광 모듈의 직접 조달을 지배합니다.
4.2 기술 동향
4.2.1 기존 10G/25G 산업 자원 재사용
25G 그레이 라이트 모듈은 기존 10Gbit/s 기술의 기존 리소스를 활용합니다.
-300m SR 모듈은 850nm 수직 공동 표면 발광 레이저(VCSEL)를 사용합니다.
- -10km LR 모듈은 1310nm DFB(분산 피드백) 레이저를 사용합니다.
- -10km BiDi 모듈은 DFB 레이저(1330nm 업스트림, 1270nm 다운스트림)를 사용합니다.
- 이러한 파장의 상용 칩은 쉽게 구할 수 있습니다. 일부 칩 공급업체는 off무선 프론트홀 애플리케이션에 적합한 산업용 칩.
업계에서는 WDM 표준을 재사용한다는 원칙에 따라 25G 색광 모듈에 대한 다양한 솔루션을 논의하고 있다. CWDM 표준은 ITU-T G.694.2에 정의되어 있습니다. DU 및 AAU에 직접 장착되고 외부 CWDM 멀티플렉서/디멀티플렉서를 사용하는 18nm의 파장 간격을 갖는 20개의 CWDM 모듈이 있습니다. 6개의 채널이 있는 무선 프론트홀 시나리오에서는 1271개의 파장, 바람직하게는 CWDM 1291파(1311, 1331, 1351, 1371, XNUMX, XNUMXnm)가 필요합니다.
처음 4개 파장은 데이터 센터의 CWDM 12파장 DML과 동일하기 때문에 칩 공급업체는 산업 온도와 마지막 6개 파장에 대해서만 개발하면 됩니다. 12개 채널의 경우 1471개의 파장이 필요합니다. 1491개의 CWDM 1511파장과 1531개의 광섬유를 선택하여 전송하거나, 마지막 1551개의 파장인 1571/XNUMX/XNUMX/XNUMX/XNUMX/XNUMX을 추가하여 CWDM XNUMX파장과 XNUMX개의 광섬유를 선택할 수 있습니다.
그림 4-1 파장 의 CWDM
MWDM은 2019년 말에 제안된 CCSA 표준입니다. MWDM에서 CWDM 6파의 각 표준 파장은 열전 냉각기(TEC)에 의해 확장되어 균등하지 않은 12개의 파장을 얻습니다.
그림 4-2 파장 MWDM
CWDM 6파와 비교하여 MWDM 12파 솔루션은 광학 어셈블리에 TEC를 추가하고 모듈 회로에 TEC 드라이버를 추가해야 합니다.
LAN-WDM 기술의 채널 간격은 800GHz(약 4.4nm)입니다. 분산 손실이 거의 없는 O-밴드에서 더 많은 파장을 얻을 수 있습니다. IEEE 802.3은 LAN-WDM을 기반으로 하는 400GE LR8 인터페이스를 정의합니다. 마지막 100개의 파장은 4G LR12용이므로 업계에서 마지막 8개의 파장을 쉽게 지원할 수 있습니다. 12개의 파장으로 확장되면 CCSA는 12개의 LAN-WDM 파장에 XNUMX개의 파장을 추가하여 LWDM XNUMX파동을 형성합니다. LWDMXNUMX 파장과 MWDM의 유일한 차이점은 광학 칩입니다.
그림 4-3 파장 LWDM
ITU-T G.698.4를 기반으로 하는 DWDM 기술은 백본 네트워크 및 대도시 지역 네트워크에서 널리 사용됩니다. 파장 범위는 약 1529nm의 간격으로 1567nm ~ 0.78nm입니다. 파장의 수는 6, 12, 20, 40, 48 또는 96일 수 있습니다. 그러나 DWDM 모듈은 비싸고 일반적으로 광섬유 리소스가 부족한 지역에 배치됩니다.
좁은 파장 간격으로 인해 MWDM에는 TEC 컨트롤러와 맞춤형 파장 칩이 필요합니다. LWDM의 기반이 되는 직접 변조 레이저(DML) 광학 칩의 산업 체인은 아직 성숙하지 않았고 전기 흡수 변조 레이저(EML) 비용이 높으며 LWDM에는 TEC 컨트롤러가 필요합니다. DWDM에는 TEC 컨트롤러가 필요하고 칩이 비쌉니다. CWDM 6 웨이브만 TEC 컨트롤러가 필요하지 않고 DML 리소스가 풍부하므로 CWDM 6은 운영자에게 가장 비용 효율적인 솔루션으로 인식되고 있습니다.
4.2.2 더 긴 전송 거리
표준 무선 프론트홀 광 모듈의 전송 거리는 10km로 제한됩니다. CRAN 배치가 널리 채택됨에 따라 통합 프런트홀 네트워크에서 더 긴 전송 거리가 필요할 수 있습니다. LightCounting에 따르면 향후 5년 동안 전체 회색조명 모듈의 3%가 10km 이상의 전송 거리를 필요로 할 것입니다. 그러나 업계 공급업체는 여전히 10km 광 모듈에 집중하고 있습니다.
다양한 유형의 회색광 모듈 비율
4.2.3 고밀도 광모듈의 형태
Fronthaul 통신 용량은 5G가 발전함에 따라 점진적으로 증가해야 합니다. 단, 무선 기지국의 경우 베이스밴드 보드의 패널 포트가 고정되어 있습니다. 무선 장비 공급업체는 포트의 수신 및 전송 기능을 개선할 방법을 찾아야 합니다.
이중 DSFP(Small Form-Factor Pluggable) 광 모듈은 좋은 솔루션입니다. 2018년에 발표된 DSFP 표준은 최대 100Gbit/s의 속도를 지원하며 주로 이더넷 프로토콜에 사용됩니다. 무선 eCPRI 프론트홀 시나리오에도 적합합니다. DSFP 모듈은 SFP 모듈과 구조적으로 호환됩니다. DSFP 모듈 내부의 통합 패키지를 통해 25개의 신호 채널을 전송할 수 있으므로 전송 및 수신 용량이 두 배로 증가합니다. 현재 XNUMXG SFP 모듈이 표준입니다. 그러나 프런트홀 대역폭에 대한 수요가 증가하고 BBU 측에서 베이스밴드 칩이 개발됨에 따라 더 많은 DSFP 모듈이 필요할 수 있습니다.
4.2.4 조정 가능한 색광 기술
CRAN은 5G 인프라 구축에서 더 큰 역할을 합니다. 중국 2020대 통신사는 80년까지 CRAN이 5G 인프라의 6%를 차지할 것으로 내다봤다. 따라서 색광 모듈에 대한 수요가 증가할 것이다. CWDM XNUMX파장 모듈은 저렴하고 사용하기 쉽기 때문에 널리 배포되었습니다. 그러나 파장 구성은 기지국을 구축하고 유지하는 과정에서 많은 시간과 노력을 필요로 한다. 따라서 조정 가능한 DWDM 색광 기술이 제안됩니다.
조정 가능한 DWDM 시스템은 고정 DWDM 시스템과 동일한 파장 범위 및 간격을 갖습니다. 유일한 차이점은 파장 조정 가능한 DWDM 모듈이 12개 또는 48개 파장의 자동 구성을 지원한다는 것입니다. 현재 조정 가능한 DWDM 표준이 CCSA에서 시작되고 ITU-T G.698.x 표준이 개정 중입니다. 이전에는 DWDM 조정 가능 기술이 전송 네트워크에 적용되었지만 CWDM6 웨이브보다 훨씬 비쌉니다. 따라서 업계에서는 이 솔루션의 비용을 줄이기 위해 열심히 노력해 왔습니다.
5. 무선 Fronthaul 25G 광학 솔루션
25G 색광 모듈은 25G CWDM 6파장 모듈과 조정 가능한 25G DWDM 모듈로 나눌 수 있습니다. 고객은 필요와 예산에 따라 다양한 옵션을 선택할 수 있습니다. Fronthaul 25G 광 모듈의 전체 범위는 다양한 DRAN 및 CRAN 애플리케이션 시나리오를 다룹니다.
5.1 다양한 유형의 25G 회색광 및 CWDM 6파장 광 모듈
25G 회색광 및 CWDM 6파장 광 모듈에는 여러 유형이 있습니다.
-25G 300m: 이중 광섬유 양방향 인터페이스
-25G 10km: 이중 광섬유 양방향 인터페이스
-25G 10km BiDi: 단일 광섬유 양방향 인터페이스
-25G 10km CWDM6-wave: 이중 섬유 양방향 인터페이스; 세트당 XNUMX개의 모듈
1271/1291/1311/1331/1351/1371nm의 중심 파장을 갖는 모든 광 모듈은 SFF-28 및 SFF8419의 SFP8472 프로토콜을 따릅니다.
전기 포트는 CEI-28G-VSR을 준수합니다. 25G 10km 이중 광섬유 및 25G 10km BiDi 광 포트는 IEEE 802.3CC 25GBase-LR을 준수합니다.
다음은 DML TOSA, PIN ROSA, 송신 CDR, 레이저 드라이버, 수신 LA, 수신 CDR 및 컨트롤러를 포함하는 아래의 기능 블록도입니다.
그림 5-1 25G 300m, 10km, CWDM 6파장 광모듈
그림 5-2 25G 10km BiDi 광모듈
송신 방향에서 CDR은 에지 커넥터에서 수신된 전기 신호에 대해 클럭 복구를 수행하고 DRV는 신호를 증폭합니다. 그런 다음 DRV는 DML TOSA를 구동하여 전기 신호를 출력용 광 신호로 변환합니다.
수신 방향에서 광 신호는 PIN PD에 의해 전기 신호로 변환되고 TIA에 의해 증폭된 다음 LA로 전송됩니다. CDR이 클럭 복구를 수행한 후 에지 커넥터가 신호 출력을 수행합니다. CWDM 6-wave는 비냉각 DFB 레이저를 사용합니다. 다른 WDM 솔루션과 비교하여 비용 효율적이고 전력 소비가 낮습니다. 이것은 많은 수의 파장이 필요하지 않을 때 이상적인 솔루션입니다.
5.2 조정 가능한 25G DWDM 및 DWDM 12파장 광 모듈
25G DWDM 광 모듈에는 두 가지 유형이 있습니다.
-C 밴드의 48개 파장은 조정 가능하며 10km 전송을 지원합니다.
- 비용 효율적인 C-band 12 파장은 조정 가능하며 10km 전송을 지원합니다. 둘 다 SFF-8419 및 SFF-8472 프로토콜을 따릅니다. 전기 포트는 CEI-28G-VSR을 준수합니다.
아래는 T-TOSA, PIN ROSA, 송신 CDR, 레이저 드라이버, 수신 LA, 수신 CDR 및 컨트롤러를 포함하는 기능 블록도입니다.
그림 5-3 25G DWDM 광모듈
송신 방향에서 CDR은 에지 커넥터에서 수신된 전기 신호에 대해 클럭 복구를 수행하고 DRV는 신호를 증폭합니다. 그런 다음 DRV는 TTOSA를 구동하여 전기 신호를 출력용 광 신호로 변환합니다.
수신 방향에서 광 신호는 PIN PD에 의해 전기 신호로 변환되고 TIA에 의해 증폭된 다음 LA로 전송됩니다. CDR이 클럭 복구를 수행한 후 에지 커넥터가 신호 출력을 수행합니다.
결론
eCPRI 표준은 5G 프론트홀 인터페이스에 대해 설명합니다. 25G 프론트홀 인터페이스는 이더넷 프로토콜을 준수하며 풍부한 작동 및 유지 관리 방법을 제공합니다. 또한 25G 이더넷 광 모듈의 기존 리소스를 재사용할 수 있습니다. 25G 프론트홀 인터페이스는 업계 표준이 되었습니다. 5G 기지국 건설을 위한 자본 지출이 증가함에 따라 사업자는 보다 비용 효율적인 25G 프론트홀 광 모듈을 찾고 있습니다. 한편, 제한된 광섬유 자원은 컬러 광 모듈에 대한 수요를 주도합니다. 광전자공학 분야에서 수십 년간의 투자와 혁신 끝에 Fiber Mall은 25G 무선 통신의 다양화를 구축하기 위해 5G 기존 및 WDM 광 모듈의 완전한 솔루션을 출시했습니다.
