適用於5G光傳輸網絡的有源和無源光學解決方案

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“第五代移動通信”簡稱為5G。 根據3GPP組織的時間表,R14標準研究了5G系統框架和關鍵技術; R15標準用於滿足某些場景的5G要求並打開商業流程; R16標準將完成所有標準化工作。 R14和R15分別於3月2017和6月2018完成,而R16預計將於12月2019完成。 最終的5G完整標準將在2020早期提交給國際電信聯盟(ITU)。

根據3GPP規劃,5G標準分為兩種類型:NSA(非獨立)和SA(獨立)。 其中,5G NSA的網絡模式需要使用4G基站和4G核心網,以及4G作為控制面的錨點,以滿足激進運營商利用現有LTE網絡資源實現的需求。快速部署5G NR(新比率)。

6月,14,2018,3GPP在美國召開全體會議,正式批准凍結5G NR SA功能。 5G NR NSA標準於12月2017凍結。 在這個階段,正式推出了全功能的完整版5G標準。

5G網絡的主要特性包括大帶寬(高達1Gb / s),低延遲(1ns)和大規模連接(連接密度106 / km2),這為帶寬,容量,延遲和網絡靈活性提供了新的要求。承重網絡。 使用eCPRI協議接口(典型速率5Gb / s)以數字方式發送25.16G基站的基帶信號。 考慮到具有4G的公共站,CPRI option10速率(24.33Gb / s)需要兼容。

5G即將到來,5G光網絡對光學設備有數千萬的需求。

光通信設備是光傳輸網絡的核心部件,承載著關鍵網絡物理層的功能,如光電轉換,波長復用和復用,以及光功率的分配。 與目前的3G / 4G網絡相比,5G在無線承載網絡中的最大變化是前傳和中傳。 5G前傳指的是基站(AAU)和DU(分配單元,處理物理層協議和實時服務)之間的連接,而5G middlehaul是DU和CU之間的連接(集中單元,處理非實際 - 時間協議和服務)。

無線基站通常安裝在通信塔或建築物的屋頂中。 因此,在前傳和中傳中使用的光學裝置需要滿足室外場景的使用。 最重要的是器件的工作溫度範圍需要滿足工業級的要求,即從-40℃到85℃。 順便提一下,另一個室內場景一般是商業級溫度要求,0℃到70℃。

在前傳場景中,大部分傳輸距離低於10km,其中小於5km約佔80%,而5km至10km佔20%。 當然,理論值與當前網絡的實際應用之間會存在差距。 並且,存在這樣的問題:鏈路的衰減將隨著光纖老化和覆蓋區域的距離可能處於臨界值而增加,因此仍然需要高於10km的傳輸距離,例如20km。 在中間情況下,傳輸距離介於10和40km之間,工業和商業等級有兩個工作溫度要求。 對於5G前傳和中間應用, Gigalight 已推出(或將推出)一系列工業級光收發器,包括25G BiDi /CWDM/DWDM/可調 SFP28 10G前傳網絡中用於20km / 5km應用的模塊,以及 100GBASE-LR4 / 4WDM-40 QSFP28 200G模塊 QSFP56 在10G中間傳輸(和回程)網絡中用於40km / 5km應用的模塊。 同時,我們還提供工業級無源光學組件,例如5G OMUX,CCWDM和AAWG(將在工業級芯片成熟後發布)。

5G前傳和中傳的數據速率和距離

圖1。 5G前傳和中傳的數據速率和距離

光收發器的功能是光電轉換,以光纖為傳輸介質。 這意味著光網絡中最大的投資始終是光纖資源,因此在選擇設備和設備時首先要考慮的是如何節省光纖。 鑑於5G前傳的不同場景,有三種選擇(25G SFP28收發器)可供選擇。

首先,在光纖資源豐富的場景中,光纖直接連接方案,也稱為One Fiber One Cell,可以與25G BiDi SFP28光收發器一起部署,用於10km / 20km傳輸。 通常,一個基站中有三個小區。 因此,BiDi方案只需要三根光纖即可滿足一個基站的前傳流量,有利於時鐘的高精度同步。 其中,下游波長可以是1310nm或1330nm,目前尚不確定。

5G前傳的光纖直接連接方案

圖2。 5G前傳的光纖直接連接方案

其次,在光纖資源稀缺的場景中,將基站的所有業務波長復用到單根光纖或一對光纖以節省光纖資源的WDM方案,也稱為One Fiber One Site(基站) ),可以部署。 WDM方案中需要大量的彩色光收發器,這將給安裝,備件和維護帶來不便。 但是,可調諧收發器可用於解決此問題。 因此,該場景主要使用25G CWDM / DWDM /可調諧SFP28光學收發器(O波段或C波段),以及工業級無源光學組件,如5G OMUX和CCWDM模塊。

5G前傳的無源WDM方案

圖3。 5G前傳的無源WDM方案

當然,更有效的方法是將WDM設備直接接入基站和DU,即有源WDM方案,它可以與當前網絡2G / 3G / 4G服務兼容,並且可以實現更多L3層業務管理和優化功能。 但是,這種方案將增加資本支出。

第三,在骨幹光纖資源貧乏的情況下,可以部署點對多點的無源WDM方案(P2MP)將多個基站的流量匯聚到一個DU,也稱為一個光纖N站點(基站)。 。 例如,常用的40信道AAWG DWDM Mux / Demux可以覆蓋6基站(每個基站具有3扇區,總共18 AAU,上行20信道和下行20信道)。 該拓撲符合基於PON的光無源網絡,並最大化現有ODN網絡的利用率。

目前,只有商用級AWG成熟,工作溫度範圍從0℃到75℃。 在未來的WDM-PON甚至5G前傳解決方案中,AWG的工作溫度範圍需要進一步升級到工業級-40℃至85℃,對熱和無熱封裝提出更苛刻的要求,以及對芯片級的要求無熱的AWG也進一步改進。 在工業級AWG不成熟的情況下,安裝環境不方便滿足商用級溫度,但可以滿足鏈路的光功率預算,我們可以考慮使用PLC分線器(可以完全滿足)目前工業級溫度的要求)。

P2MP場景主要使用25G CWDM / DWDM /可調諧SFP28光學收發器(O波段或C波段),以及工業級無源光學組件,如5G OMUX,CCWDM,AWG或PLC分配器。

用於2G前傳的P5PM無源WDM方案

圖4。 用於2G前傳的P5PM無源WDM方案

5G是光通信歷史上的一個重要里程碑。 對於5G光網絡,存在著巨大的市場,面臨著諸多挑戰。 Gigalight 將繼續為客戶提供高速光互連 products 具有創新的設計和領先的 solutions.