Что такое технология 25G WDM в 5G Fronthaul

Поскольку технология 5G ускоряет свое крупномасштабный коммерческое развертываниеОжидается, что количество базовых станций связи 5G, построенных операторами, будет расти в геометрической прогрессии в ближайшие несколько лет. Fronthaul 5G является неотъемлемой частью передачи данных по сети 5G. Технологическое решение Fronthaul, основанное на мультиплексировании с разделением по длине волны (WDM), стало в центре внимания отрасли. В этой статье будет представлен и оценен спрос на переднюю сеть 5G для 25 Гбит / с WDM технология, типовые типы технических решений 5G Fronthaul WDM, технические решения 25G LAN-WDM и их стандартизация.

 

1. Wшляпа Fronthaul в 5G?

Сеть 5G состоит из сети доступа (AN), транспортной сети и базовой сети (CN). Сеть доступа обычно представляет собой сеть радиодоступа (RAN), которая в основном состоит из базовых станций связи. В отличие от технологии 4G, 5G не состоит из BBU(Базовый диапазон),РСР(Удаленный радиоблок), или антенна; вместо этого он реконфигурируется как следующие три функциональных объекта: CU (централизованный блок, распределительный блок), DU (распределительный блок, распределительный блок) и AAU (активный антенный блок, распределенный блок). Исходный 4G RRU и антенна объединены в AAU, а BBU разделен на CU и DU. DU встроен в AAU, и один CU может быть подключен к нескольким DU.

В сети 4G существуют только две части: передняя и обратная. В сетях 5G он разделен на три части. AAU, соединяющий DU, называется передним рейсом 5G, средний маршрут относится к соединению DU с CU, а обратный рейс является каналом связи между CU и базовой сетью.

2. Что такое WDM?

Концепция WDM (что означает мультиплексирование с разделением по длине волны) заключается в использовании нескольких источников света, работающих на разных длинах волн, для одновременной передачи нескольких независимых информационных потоков по одному и тому же оптическому волокну.

 

Раньше интервал длин волн контролировался в пределах нескольких десятков нм из-за технических ограничений. Этот вид дисперсионного мультиплексирования с разделением по длине волны называется мультиплексированием с разреженным разделением по длине волны, который называется CWDM (грубый WDM). По мере развития технологии интервал длин волн становился короче. Когда он достигает уровня в несколько нм, он превращается в компактный WDM, называемый плотным мультиплексированием с разделением по длине волны или DWDM (плотный WDM). LAN WDM (или LWDM)это разновидность WDM между CWDM и DWDM. Его пространство канала составляет около 6.4 нм (800 ГБ), пространство канала CWDM - 20 нм, а пространство канала DWDM - 0.8 нм (100 ГБ).

 

3. Другой Tехнологии Решения для 5G Fronthaul

● DПрям ая Optical FИбер Cна связиактивность

В качестве одного из основных решений для подключения к сети 5G, направлять oфизическое волокно соединительный имеет два сетевых метода: один - по однонаправленному одиночному волокну; другой - по двунаправленному одиночному волокну (БИДИ). Однако ресурсы оптического волокна могутвряд ли удовлетворить спрос на прямое подключение к оптоволоконной сети в городских районах где в первую очередь развернуто покрытие 5G. Таким образом, для нормальной работы в режиме CRAN, AAU необходимо сочетать с другими технологическими решениями, одним из которых является мультиплексирование нескольких длин волн в одном и том же одном волокне, чтобы значительно сократить использование волоконных ресурсов на переднем участке.

 

● Технология 25G WDM-Призыв к 5G FRonthaul

С технической точки зрения 5G отличается высокой скоростью передачи (от 25 Гбит / с до 100 Гбит / с и даже 200 Гбит / с), низкой задержкой в ​​1 миллисекунду и высокой точностью синхронизации часов. Так как требуется большое количество AAU в сети 5G, цена доступа к несущей сети предусматривает значительно увеличиваются.

 

Tон 5G Fronthaul сетьk будет широко применять eCPRI интерфейс, для которого требуется скорость передачи данных 25 Гбит / с в конфигурации со спектром 100 МГц, антенной 64T / 64R и 16 нисходящими / восходящими потоками 8. Несколько 25G Экпри интерфейсы должны быть развернуты в сети 5G, когда спектр беспроводной связи становится шире.

 

Существует множество решений для технологии 25G WDM, которые могут быть применены к сети 5G, включая DWDM, CWDM и LAN WDM, как показано на рисунке 1. В оставшейся части этой статьи будут представлены и анализировать эти решения соответственно. 

◮ Рисунок 1 Технологические решения для 5G Fronthaul

 

• 4. Мобильная сеть Fronthaul SСТРУКТУРА на основании 25G WDM

В соответствии с различиями в оборудовании структуру связности оптической сети мобильной связи на основе технологии WDM можно разделить на три типа: активное соединение WDM, полуактивное соединение WDM и пассивное соединение WDM. На рисунке 2 показаны три типа структур.  

 

● Aактивный WDM Cобщение

Для типа полностью активного Сеть WDM, его центральный офис также называется ATU-C (ADSLTransceiverUnit-Centroloffice) и удаленная станция обработки данных активны оборудование с понятными профессиональными интерфейсами и интегрированными мульти-трафик доступ на предъявителя. Но блок питания и установка удаленного Оборудование должны быть рассмотрены.

 

● SЭми-Aактивный WDM Cобщение

Для полуактивной структуры сети WDM ее центральный офис является активным оборудованием, в то время как удаленная станция данных упрощена как оптический приемопередатчик WDM и пассивный мультиплексор и демультиплексор. Этот тип необходимо подтвердить, чтобы оптический модуль WDM мог быть установлен на оборудовании для передачи данных.

 

● PAssive WDM Cобщение

Центральный офис и удаленная станция обработки данных для третьего типа оба с пассивным оборудование, также упрощенное как оптический приемопередатчик WDM и пассивный мультиплексор и демультиплексор, установка которых должна быть подтверждена на оборудование для передачи данных. Следовательно, с точки зрения построения, эксплуатации и обслуживания сети первые 2 типа структуры мобильной сети переднего плана в действительности предпочтительнее третьего.

 

◮ Рисунок 2 Структура мобильной сети Fronthaul на основе WDM

 

 

• 5. Решение 5G Fronthaul на основе 25G DWDM

25G DWDM Технология может применяться в фиксированная длина волны и настраиваемая длина волны в соответствии с рабочей длиной волны лазера, как показано на рисунке 3. 

 

● Сегменты технологии DWDM 25G

Технология DWDM используется в настраиваемая длина волны широко используется в оптических сетях 10G, 40Gи 100G. Но он все еще изо всех сил пытается удовлетворить спрос на массовые и дорогостоящие приложения. обстоятельства уровня доступа к метро. Существует множество технических решений для реализации перестраиваемых лазеров, включая матрицу DFB, DBR, DS DBR, MG-Y, SG DBR, VCSEL, ECL, кремниевый оптический микрокольцевый резонатор, V-образный резонатор связи и т. Д. контроль по температуре, току и механика.

 

Экономичные оптические модули с использованием Технология DWDM  настраиваемая длина волны включают те, у которых есть полностью перестраиваемый широкополосный C-диапазон и частично перестраиваемый узкополосный C-диапазон. Тем не менее, последние имеют более очевидное ценовое преимущество по сравнению с первыми, и некоторые компании, специализирующиеся на оптических трансиверах и оптических компонентах, запустили серию соответствующих продуктов, которые доступны на текущем рынке.

◮ Рис.3 Сегменты технологии DWDM 25G

 

● G.698.4/ПАБ-WDM-Пример DWDM

Хороший пример таких оптических модулей на базе DWDM технология с настраиваемая длина волны is G.698.4(первоначально Г.метро)решение, также называемое ПАБ-WDM,Pорт-Aгностический Bоднонаправленный WDM технологический вариант.

 

Его самое большое преимущество заключается в характеристиках, не зависящих от порта, способность модульАвтора самоадаптация конечной длины волны (без конфигурации), и адаптивные данные скорость, что упрощает управление и обслуживание. Приняв оптический топ слой технология модуляции в WDM сетей, этот G.698.4 h обеспечивает управление сообщениями головного оборудования (HEE) и хвостовое оборудование (TEE)  а также сигнальный канал (HTMC / THMC). Он используется для адаптации и управления скоростью длины волны удаленного настраиваемого оптического модуля для реализации простого и эффективного механизма OAM на системном уровне. См. Рисунок 4 следующим образом.

◮ Рисунок 4 G.698.4/ PAB-WDM Fronthaul Решение

 

На конференции ИК15 МСЭ-Т, состоявшейся в Женеве в июле 2019 г., операторы включая China Unicom, China Telecom, Deutsche Telekom, Telecom Italia и KDDI подняли свою острую потребность в сети 5G на основе 25 Гб DWDM технология. Между тем, такие компании, как China Unicom и Эрикссон представила соответствующий подробный отчет об испытаниях, а ИК15 МСЭ-Т инициировала проект разработки версии 698.4 стандарта G.2.0 (скорость передачи данных 25 Гбит / с).

 

• 6. Технологическое решение на основе 25G CWDM

 

● Технический анализ 25G CWDM

При широкомасштабном развертывании 100 Гб CWDM4 оптические модули в дата-центрах, есть различный применения лазеров, отвечающих требованиям стандарт сред ЦОД и CWDM4 коммерческого уровня. Волоконно-оптические трансиверы на длине волны 1271нм, 1291нм, 1311нм и 1331нм пришли к своим зрелый этап разработки. If CWDM лазер работает без терморегулятора TEC, обычно бывает большой температурный дрейф (типовое значение 0.1 нм / ° C), затрудняя соответствовать стандартным требованиям of Точность длины волны 13 нм (± 6.5 нм). Промышленность разрабатывает решение для обеспечения стабильности центральной длины волны с учетом дополнительных нагревателей на основе DML или регулирования температуры TEC. Тем не менее, использование нагревателя или TEC увеличит стоимость решения CWDM.

 

Для более длинных волн (1351 нм, 1371 нм и т. Д.) DML-лазеры имеют проблему дисперсии предел, а стоимость рассеивания относительно высока, что приводит к недостаточному бюджету мощности для передачи по оптоволокну на 10 км. Некоторые думают решить эту проблему с помощью EML или APD. Точно так же длина волны CWDM более 1371 нм не имеет альтернативы, кроме EML из-за дисперсия предел. Решение CWDM, использующее EML / APD и повышающее стабильность длины волны за счет управления с помощью TEC, на самом деле не является рентабельным, как люди ожидают. Что касается обслуживания сети, использование оптических модулей CWDM для переднего подключения 5G не может обеспечить эффективное управление удаленными оптическими модулями. Кроме того, может возникнуть ряд проблем, таких как трудности с идентификацией длины волны, сложное управление и неудобное обслуживание оборудования.

 

● Стандартизация of 25G CWDM

Согласно Стандарт ITU-T G.694.2, длина волны CWDM is от 1271 до 1611 нм, с интервалом длин волн 20 нм, всего 18 длин волн. Однако код приложения CWDM 25G, определенный стандартом ITU-T G.695, имеет максимальное количество каналов 4, используя 4 длины волны: 1271 нм, 1291 нм, 1311 нм и 1331 нм.; диапазон отклонения центральной длины волны составляет ± 6.5 нм, с 2km рабочее расстояние.

 

На рисунке 5 показано текущее решение 5G для переднего транспорта, основанное на 25G CWDM технология. Следует отметить, что такие проблемы, как недостаточный бюджет мощности, вызванный промышленной рабочей температурой и штрафом за рассеивание для наружных применений, еще не решены. Таким образом, необходимо идти на риск, если он будет широко распространен.

 

 

◮ Рис.5 Передняя сеть 5G на основе 25G CWDM

•  

7. Технологии Решение на основе 25 Гбит / с LAN-WDM

● 25 Гбит / с LAN-WDM Технологии

 

Лазер с длиной волны LAN-WDM работает в диапазоне O  небольшой дисперсия.  It может соответствовать требованиям промышленного применения приняв температурный контроль TEC. При широкомасштабном развертывании 100 г LR4 Оптические модули в центрах обработки данных и операторских сетях, коммерческие лазеры LAN-WDM4 имеют более широкий спектр применений, в основном в четырех длинах волн: 1295 нм, 1300 нм, 1304 нм и 1309 нм. Соответствующая отраслевая цепочка DML является относительно более зрелой, чем DML других длин волн. В настоящее время возникли схемы с различными длинами волн для фронтальных приложений LAN-WDM. В дополнение к 4-волновым и 8-волновым стандартам, установленным ITU и IEEE, в отрасли также существуют различные планы длин волн. Обычно используемая 6-волновая схема - это 4 длины волны LR4 плюс две длины волны 1286 нм и 1291 нм.

 

Некоторые также предлагаю который расстояние между каналами be уменьшитьd от 800 ГГц до 400 ГГц в порядке для получения более подходящих длин волн, но там было нет стандартизации для этого пока. Когда 25 Гбит / с LAN-WDM оптический модуль используется для 5G, канал управляющих сообщений может быть сформирован с помощью режима настройки верхнего уровня оптического уровня, определенного стандартом G.698.4, для реализации управления удаленным оптическим модулем.. Однако решение LAN-WDM, использующее лазер с фиксированной длиной волны, имеет трудности с идентификацией длины волны, сложным управлением и неудобным обслуживанием, даже если принято удаленное управление режимом регулировки верхнего предела.

 

● Стандартизация of 25 Гбит / с LAN-WDM

Интерфейсы LAN-WDM, включая 100G LR4, 200G LR4 и 400GLR8 также предусмотрены в Стандартизация IEEE 802.3действие. В следующей таблице вы можете ознакомиться со стандартизованными ЛВС-WDM длина волны в настоящее время.

 

◮ Стандарт длины волны LAN-WDM

 

Стандарт ITU-T G.959.1 оговаривает 4-канальная технология LAN-WDM 25G применять длины волн 1295 нм, 1300 нм, 1304 нм и 1309 нм соответственно, а разнос каналов составляет 800 ГГц. В то же время также указана 8-канальная технология 50G LAN-WDM. Центральная длина первых 4 волн такая же, как у 25G LAN-WDM.

 

Заключение

Технологические решения для сетевого фронта 5G начинают настоящую гонку за предложение полной функциональности 5G в массовом масштабе. На основе вышеприведенного анализа предполагается, что оптические одноволоконные двунаправленные решения будут предпочтительными в областях, где оптоволоконные ресурсы недостаточны.

Кроме того, крупномасштабная сеть 5G и высокая стоимость строительства, а также техническое обслуживание оборудования / оптических модулей массового уровня доступа в определенной степени поставят перед операторами и поставщиками услуг 5G проблемы. Если остающихся волоконно-оптических ресурсов не хватает, особенно в густонаселенных городских районах с крупномасштабными интенсивными BBU, технология WDM будет первым вариантом, который восполнит нехватку волокна на уровне доступа в мегаполисе, что снизит затраты на строительство сети.