O que é a tecnologia 25G WDM de 5G Fronthaul

Como a tecnologia 5G está acelerando seu em grande escala implantação comercial, espera-se que o número de estações base de comunicação 5G construídas pelas operadoras aumente exponencialmente nos próximos anos. O fronthaul 5G é a parte essencial da transmissão da rede 5G. A solução de tecnologia fronthaul baseada em multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM) tornou-se o foco da indústria. Este artigo apresentará e avaliará a demanda de fronthaul 5G para WDM de 25G tecnologia, tipos típicos de soluções técnicas 5G fronthaul WDM, soluções técnicas 25G LAN-WDM e sua padronização.

 

1. Wchapéu é Fronthaul em 5G?

A rede 5G consiste na rede de acesso (AN), rede portadora e Rede Principal (CN). A rede de acesso é geralmente uma rede de acesso de rádio (RAN), que é composta principalmente por estações base de comunicação. Ao contrário da tecnologia 4G, 5G não é feito de BBU(Unidade de banda base),Rru(Unidade de Rádio Remota), ou antena; em vez disso, ele é reconfigurado como as três entidades funcionais a seguir: CU (Unidade Centralizada, Unidade Distribuída), DU (Unidade Distribuída, Unidade Distribuída) e AAU (Unidade Antena Ativa, Unidade Distribuída). O 4G RRU original e a antena são combinados em AAU, e o BBU é separado em CU e DU. A DU é incorporada à AAU e uma CU pode ser conectada a várias UDs.

Existem apenas duas partes na conexão da rede 4G: front haul e backhaul. Já nas redes 5G, ele evoluiu para três partes. A AAU que conecta o DU é chamada de 5G fronthaul, o middle haul se refere à conexão do DU com o CU e o backhaul é o portador de comunicação entre o CU e a rede central.

2. O que é WDM?

O conceito de WDM (significando Wavelength Division Multiplexing) é usar várias fontes de luz operando em diferentes comprimentos de onda para transmitir alguns fluxos de informação independentes simultaneamente na mesma fibra óptica.

 

Nos primeiros dias, o intervalo de comprimento de onda seria controlado dentro de dezenas de nm devido a limites técnicos. Este tipo de multiplexação por divisão de comprimento de onda dispersa é chamada de multiplexação por divisão de comprimento de onda esparsa, que é CWDM (Coarse WDM). Conforme a tecnologia avançou, o intervalo de comprimento de onda tornou-se mais curto. Quando atingiu o nível de alguns nm, evoluiu para um WDM compacto denominado Dense Wavelength Division Multiplexing ou DWDM (Dense WDM). LAN WDM (ou LWDM)é uma espécie de WDM entre CWDM e DWDM. O espaço do canal é de cerca de 6.4 nm (800 G), enquanto o espaço do canal CWDM é de 20 nm e o espaço do canal DWDM é de 0.8 nm (100 G).

 

3. T diferenteechnology Soluções para 5G Fronthaul

● Dproduto que espirre Optical Fibra Conectaratividade

Como uma das principais soluções de conectividade para fronthaul 5G, diretamente ofibra óptica conectar tem dois métodos de rede: um é sobre fibra única unidirecional; o outro é sobre fibra única bidirecional (BID) No entanto, os recursos de fibra óptica podem hatender a demanda por conexão direta de rede de fibra em áreas urbanas onde a cobertura 5G é implantada com prioridade. Assim, para funcionar normalmente no modo CRAN, a AAU precisa combinar com outras soluções de tecnologia, uma das quais é a multiplexação de vários comprimentos de onda na mesma fibra única para reduzir bastante a utilização de recursos de fibra no fronthaul.

 

● Tecnologia 25G WDM-Um desejo de 5G FRonthaul

Do ponto de vista técnico, o 5G apresenta alta velocidade de transmissão (de 25 Gbit / s a ​​100 Gbit / s até 200 G), baixa latência com 1 milissegundo e alta precisão de sincronização do relógio. Desde uma grande número de AAUs no fronthaul 5G é necessário, o custo de acessar a rede do portador precisarão aumentar significativamente.

 

Ta rede de fronthaul 5Gk adotará amplamente o eCPRI interface, que requer uma velocidade de dados de 25 G na configuração do espectro de 100 MHz, antena 64T / 64R e 16 fluxos de downstream / upstream 8. 25G múltiplo Ecpri interfaces precisam ser implantadas em fronthaul 5G quando o espectro sem fio é mais amplo.

 

Existem muitas soluções para a tecnologia 25G WDM que podem ser aplicadas ao 5G fronthaul, incluindo DWDM, CWDM e LAN WDM, conforme mostrado na Figura 1. O restante deste artigo apresentará e analisar essas soluções, respectivamente. 

◮ Figura 1 Soluções de tecnologia para 5G Fronthaul

 

• 4. Rede Fronthaul Móvel Sestrutura Baseado em 25G WDM

De acordo com as diferenças no equipamento, a estrutura de conectividade de rede óptica frontal móvel baseada na tecnologia WDM pode ser dividida em três tipos: conectividade WDM ativa, conectividade WDM semi-ativa e conectividade WDM passiva. A Figura 2 mostra os três tipos de estrutura.  

 

● AWDM ativo Conectividade

Para o tipo de totalmente ativo Rede WDM, é central offgelo também chamado ATU-C (ADSLTransceiverUnit-Centrooffgelo) e a estação de dados remota estão ambas ativas equipamento com interfaces profissionais claras e integradas multi-tráfego acesso do portador. Mas a fonte de alimentação e instalação de remoto equipamento tem que ser considerado.

 

● Semi-AWDM ativo Conectividade

Para a estrutura de rede WDM semi-ativa, sua central office é um equipamento ativo enquanto a estação de dados remota é simplificada como transceptor óptico WDM e multiplexador e demultiplexador passivo. Este tipo precisa ser confirmado para que o módulo óptico WDM possa ser instalado no equipamento de transporte de dados.

 

● PWDM assivo Conectividade

central offgelo e estação de dados remota para o terceiro tipo são ambos com passivo equipamentos, também sendo simplificados como transceptor óptico WDM e multiplexador e desmultiplexador passivo, que precisam ser confirmadas suas instalações em equipamento de transporte de dados. Portanto, do ponto de vista da construção, operação e manutenção da rede, os primeiros 2 tipos de estrutura de rede fronthaul móvel são preferidos em relação ao terceiro na realidade.

 

◮ Figura 2 Estrutura de rede frontal móvel baseada em WDM

 

 

• 5. Solução 5G Fronthaul baseada em 25G DWDM

25G-DWDM tecnologia pode ser aplicado em comprimento de onda fixo e comprimento de onda ajustável de acordo com o comprimento de onda de trabalho do laser, conforme mostrado na Figura 3. 

 

● Segmentos de tecnologia 25G DWDM

Tecnologia DWDM usado em comprimento de onda sintonizável tem sido amplamente utilizado na rede óptica de 10G, 40G e 100G. Mas ainda está lutando para atender à demanda de aplicativos massivos e sensíveis ao custo situações da camada de acesso ao metrô. Existem muitas soluções técnicas para realizar lasers sintonizáveis, incluindo matriz DFB, DBR, DS DBR, MG-Y, SG DBR, VCSEL, ECL, cavidade de micro-anel ótico de silício e cavidade de acoplamento em forma de V, etc., todos controlado por temperatura, corrente e mecânica.

 

Módulos ópticos de baixo custo usando Tecnologia DWDM de comprimento de onda sintonizável incluem aqueles com banda C de banda larga totalmente ajustável e banda C de banda estreita parcialmente ajustável. No entanto, este último possui uma vantagem de custo mais óbvia sobre o primeiro e algumas empresas especializadas em transceptor óptico e componente óptico lançaram suas séries de produtos relacionados, disponíveis no mercado atual.

◮ Figura 3 segmentos da tecnologia 25G DWDM

 

● G.698.4/PAB-WDM-Um exemplo de DWDM

Um bom exemplo de tais módulos ópticos com base em DWDM tecnologia com comprimento de onda sintonizável is G.698.4(originalmente G.metro)solução, também chamada PAB-WDM,Port-Agnóstico BWDM idirecional opção de tecnologia.

 

Sua maior vantagem reside nas características independentes de porta, o habilidade do módulo'S auto-adaptação de comprimento de onda final (sem configuração), e dados adaptativos taxas, facilitando o controle e a manutenção. Ao adotar o ótico topo camada tecnologia de modulação em WDM redes, este G.698.4 h alcançou o controle de mensagem do equipamento head-end (HEE) e o equipamento final (TEE)  bem como o canal de sinal (HTMC / THMC). É usado para adaptar e controlar a taxa de comprimento de onda do módulo óptico sintonizável remoto para realizar um mecanismo OAM simples e eficaz no nível do sistema. Consulte a figura 4 a seguir.

◮ Figura 4 G.698.4/ Solução Fronthaul PAB-WDM

 

Na conferência ITU-T SG15 realizada em Genebra em julho de 2019, as operadoras incluam China Unicom, China Telecom, Deutsche Telekom, Telecom Italia e KDDI trouxe sua demanda urgente no fronthaul 5G com base em 25G DWDM tecnologia. Enquanto isso, empresas como China Unicom e a Ericsson submeteu um relatório de teste detalhado relacionado e o ITU-T SG15 iniciou o projeto de desenvolvimento da versão padrão v698.4 G.2.0 (taxa de dados 25G).

 

• 6. Solução de tecnologia baseada em 25G CWDM

 

● Análise Técnica de 25G CWDM

Com a implantação em grande escala de 100G CWDM4 módulos ópticos em data centers, existem vário aplicações de lasers que atendem a padrão de ambientes de data center e CWDM4 de nível comercial. Transceptores de fibra óptica no comprimento de onda de 1271 nm, 1291 nm, 1311 nm e 1331 nm veio para o maduro estágio de desenvolvimento. If Laser CWDM opera sem controle de temperatura TEC, tende a ser um grande variação de temperatura (valor típico 0.1nm / ° C), tornando difícil atender aos requisitos padrão of 13nm (± 6.5nm) de precisão de comprimento de onda. A indústria está trabalhando em uma solução para garantir a estabilidade do comprimento de onda central, considerando aquecedores auxiliares baseados em DML ou controle de temperatura TEC. Ainda assim, o uso de um aquecedor ou TEC aumentará o custo da solução CWDM.

 

Para comprimentos de onda mais longos (1351 nm, 1371 nm, etc.), os lasers DML têm o problema de dispersão limitar, e o custo de dispersão é relativamente alto, resultando em um orçamento de energia insuficiente para transmissão de fibra de 10 km. Alguns pensam em resolver este problema usando EML ou APD. Da mesma forma, o comprimento de onda CWDM acima de 1371 nm não tem alternativa a não ser EML devido ao dispersão limite. A solução CWDM que adota o EML / APD e que aumenta a estabilidade do comprimento de onda pelo controle assistido por TEC não é realmente econômica como as pessoas esperam. Em termos de manutenção de rede, o uso de módulos ópticos CWDM para fronthaul 5G não pode atingir o gerenciamento eficaz de módulos ópticos remotos. Além disso, pode haver uma série de problemas, como dificuldades na identificação do comprimento de onda, gerenciamento complicado e manutenção de equipamento inconveniente.

 

● estandardização of 25G CWDM

De acordo com o Padrão ITU-T G.694.2, o comprimento de onda CWDM is de 1271 nm a 1611 nm, com um intervalo de comprimento de onda de 20 nm e um total de 18 comprimentos de onda. No entanto, o código de aplicativo 25G CWDM especificado pelo padrão ITU-T G.695 tem um número máximo de canais de 4, usando 4 comprimentos de onda de 1271nm, 1291nm, 1311nm e 1331nm; a faixa de desvio do comprimento de onda central é de ± 6.5 nm, com uma 2km distância de trabalho.

 

A Figura 5 mostra a solução de fronthaul 5G atual com base em 25G CWDM tecnologia. Observa-se que problemas como orçamento de energia insuficiente causado pela temperatura de operação industrial e penalidade de dispersão para aplicações externas ainda não foram resolvidos. Portanto, riscos devem ser assumidos se for amplamente implantado.

 

 

◮ Figura 5 5G Fronthaul baseado em 25G CWDM

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7. Tecnologia Solução baseada em 25G LAN-WDM

● 25G LAN-WDM Equipar

 

O laser de comprimento de onda LAN-WDM funciona na banda O de pequeno dispersão.  It pode atender aos requisitos de aplicações industriais adotando o controle de temperatura TEC. Com a implantação em grande escala de 100G LR4 módulos ópticos em centros de dados e redes de operadoras, lasers LAN-WDM4 de nível comercial têm uma gama mais ampla de aplicações, principalmente nos quatro comprimentos de onda de 1295nm, 1300nm, 1304nm e 1309nm. A cadeia de indústria DML correspondente é relativamente mais madura do que outros comprimentos de onda DML. Atualmente, diversos esquemas de comprimento de onda para aplicações LAN-WDM fronthaul surgiram. Além dos padrões de 4 e 8 ondas especificados pela ITU e IEEE, também existem diferentes planos de comprimento de onda na indústria. O esquema de 6 comprimentos de onda comumente usado são os 4 comprimentos de onda de LR4, mais dois comprimentos de onda de 1286nm e 1291nm.

 

Alguns também sugere que o espaçamento do canal be reduzird de 800 GHz a 400 GHz em ordem para obter comprimentos de onda mais utilizáveis, mas há foi sem padronização por isso até agora. Quando o 25G LAN-WDM módulo óptico é usado para fronthaul 5G, o canal de mensagem de gerenciamento pode ser formado através do modo de ajuste superior da camada óptica especificado pelo padrão G.698.4 para realizar o gerenciamento do módulo óptico remoto. No entanto, a solução LAN-WDM usando um laser de comprimento de onda fixo tem dificuldades na identificação do comprimento de onda, gerenciamento complicado e manutenção inconveniente, mesmo se o gerenciamento remoto do modo de ajuste superior for adotado.

 

● estandardização of 25G LAN-WDM

Interfaces LAN-WDM incluindo 100G LR4, 200G LR4 e 400GLR8 também são estipulados em Padronização IEEE 802.3ação. No gráfico a seguir, você pode conferir os padrões padronizados LAN-WDM comprimento de onda no momento.

 

◮ Padrão de comprimento de onda LAN-WDM

 

O padrão ITU-T G.959.1 estipula a tecnologia 4G LAN-WDM de 25 canais aplicar comprimentos de onda de 1295 nm, 1300 nm, 1304 nm e 1309 nm, respectivamente, e o espaçamento do canal é 800 GHz. Ao mesmo tempo, a tecnologia 8G LAN-WDM de 50 canais também é especificada. O comprimento de onda central das primeiras 4 ondas é igual ao de 25G LAN-WDM.

 

Conclusão

As soluções de tecnologia para o fronthaul da rede 5G estão começando a verdadeira corrida para offer toda a funcionalidade do 5G em grande escala. Com base na análise acima, sugere-se que soluções bidirecionais de fibra óptica simples sejam preferidas em áreas onde os recursos de fibra óptica são insuficientes.

Além disso, a grande escala da rede 5G fronthaul e o alto custo de construção, bem como a manutenção de equipamentos de camada de acesso massivo / módulos ópticos, desafiariam as operadoras 5G e provedores de serviço em certa medida. Se os recursos de fibra restantes forem escassos, especialmente em áreas urbanas densas com BBU intensivo em grande escala, a tecnologia WDM será a primeira opção para aliviar a falta de fibra na camada de acesso da cidade metropolitana, reduzindo assim os custos de construção da rede.