Giải pháp thu phát quang cho mạng 5G tốc độ cao

Với việc công nghệ 5G có sẵn trên thị trường, sự phát triển của mạng di động và không dây 5G đã tiến triển với tốc độ nhanh chóng. Sự gia tăng đáng kể về mật độ trạm gốc, cùng với nhu cầu về độ trễ, băng thông và tính linh hoạt của mạng, đã đặt ra những yêu cầu cao hơn đối với kiến ​​trúc mạng 5G và các giải pháp truyền dẫn liên quan. Do đó, nâng cao chất lượng của các bộ thu phát cáp quang được áp dụng trong mạng 5G. Bài viết này sẽ tập trung vào giải pháp thu phát cáp quang cho các mạng 5G đường trước, đường giữa và đường sau.

Cấu trúc liên kết mạng mang 5G

Mạng mang 5G có thể cung cấp kết nối cho truy cập không dây 5G và mạng lõi. Kiến trúc mạng và băng thông của nó đã được thay đổi rất nhiều để thích ứng với băng thông lớn hơn, độ trễ thấp hơn và nhiều dịch vụ kết nối hơn so với mạng 4G.

5G đã chuyển một phần lớp vật lý của BBU (đơn vị băng tần gốc) ban đầu trong kỷ nguyên 4G sang AAU (đơn vị ăng-ten hoạt động). Ngoài ra, giao diện đã được thay đổi từ CPRI 100Gbit / s ban đầu thành 25Gbit / s. Và các chức năng phi thời gian thực của BBU đang chuyển sang CU (đơn vị tập trung) để chuẩn bị cho mạng phân lớp. Theo cách này, DU (đơn vị phân phối) là phần duy nhất của BBU. Nói cách khác, mạng truy cập 5G đã phát triển từ kiến ​​trúc hai tầng của BBU và RRU sang kiến ​​trúc ba tầng của CU, DU và AAU. Điều này không chỉ đảm bảo băng thông cao và độ trễ thấp của mạng mà còn góp phần vào việc lập lịch linh hoạt, bảo vệ mạng và kiểm soát quản lý.

Như trong hình trên, mạng mang 5G được chia thành ba phần theo AAU, DU và CU, đó là mạng 5G đường trước, đường trung bình và mạng đường sau.

Các công nghệ mạng 5G

Các ứng dụng của đường truyền 5G phía trước, đường giữa và đường sau về cơ bản là khác nhau, do đó các yêu cầu về bộ thu phát và khoảng cách truyền dẫn cũng khác nhau.

Công nghệ 5G Front-Haul

Đường truyền 5G phía trước nghiêm ngặt về băng thông và độ trễ (dưới 100µs), vì vậy giao diện eCPRI 25Gbps được coi là lựa chọn tối ưu cho mạng 5G phía trước. Xem xét sự tiện lợi và hiệu quả của việc xây dựng mạng, kết nối 5G front-haul ban đầu dựa trên kết nối trực tiếp bằng sợi quang, được bổ sung bằng kết nối WDM thụ động và kết nối WDM / OTN / SPN chủ động. Trong số đó, kết nối trực tiếp bằng sợi quang dễ bảo trì nhưng sẽ tiêu tốn nhiều tài nguyên sợi quang hơn. Là một giải pháp bổ sung, kết nối WDM có thể tiết kiệm tài nguyên sợi quang và có khoảng cách truyền xa hơn so với kết nối trực tiếp bằng sợi quang, nhưng chi phí đắt.

Kết nối trực tiếp sợi quang được sử dụng để liên kết từng AAU và DU, có thể được triển khai dễ dàng và tiết kiệm nhiều tài nguyên sợi quang. Các mô-đun ánh sáng xám 25G sẽ là sự thống trị của kết nối trực tiếp trong truyền dẫn đường trước. Nó có thể hỗ trợ truyền dẫn hai chiều sợi quang và sợi đơn để đạt khoảng cách truyền dẫn lần lượt là 330m và 10km.

Kết nối WDM thụ động có thể ghép nhiều bước sóng và truyền chúng trên một cặp hoặc một sợi quang để kết nối nhiều AAU với DU để tiết kiệm sợi quang. Tuy nhiên, nó gây khó khăn cho các nhà quản trị mạng trong việc bảo trì hàng ngày vì sự phức tạp về mặt kỹ thuật. Nói chung, các bộ thu phát ánh sáng màu 10G hoặc 25G (mô-đun WDM) được áp dụng cho kết nối này với khoảng cách truyền 10 km và 20 km.

Kết nối WDM / OTN / SPN chủ động cần triển khai các thiết bị OTN (như WDM Mux / Demux, OADM, EDFA, OEO, v.v.) giữa trang AAU và phòng thiết bị DU. Nó cũng sử dụng công nghệ WDM và cung cấp nhiều kết nối AAU đến DU bằng cách sử dụng một cặp sợi quang hoặc sợi đơn. Thông thường, các mô-đun quang ánh sáng xám 10G / 25G với khoảng cách truyền ngắn được áp dụng để kết nối AAU / DU với WDM / OTN / SPN. Kết nối giữa các thiết bị mạng WDM / OTN / SPN có thể đạt được bằng các bộ thu phát quang hai chiều sợi kép hoặc sợi đơn 10G / 25G / 50G / 100G. So với giải pháp WDM thụ động, kết nối WDM chủ động linh hoạt hơn và tiết kiệm chi phí hơn, có thể triển khai dễ dàng, nhiều khả năng 5G sẽ dần được sử dụng.

Xem xét ngân sách của mạng, các mô-đun sợi quang 10G có thể được một số nhà cung cấp dịch vụ mạng áp dụng để triển khai mạng trong đường truyền 5G phía trước. Tuy nhiên, ngành công nghiệp thích sử dụng các mô-đun 25G do mức độ chi tiết của mạng là 25Gbps. Điều đó có nghĩa là, các bộ thu phát sợi quang 25G và 100G có thể là những lựa chọn tối ưu cho mạng 5G phía trước. Hình sau cho thấy thông số kỹ thuật của bộ thu phát 25G và 100G.

Lưu ý: Các mô-đun quang học được đề cập ở trên phải đáp ứng các yêu cầu về độ tin cậy, như nhiệt độ công nghiệp (-40 ℃ ~ + 85 ℃), khả năng chống bụi, v.v.

Công nghệ 5G Mid-Haul & Back-Haul

Vì các yêu cầu về băng thông và tính linh hoạt của mạng về cơ bản là giống nhau đối với mạng 5G giữa và sau. Họ có thể sử dụng cùng một công nghệ để truyền, như IPRAN (Mạng truy cập vô tuyến giao thức Internet), công nghệ PTN và OTN, v.v. Hai phương pháp kết nối cho mạng đường dài và đường dài 5G được trình bày dưới đây.

Kết nối OTN & IPRAN: thiết bị OTN tăng cường gói tin với các chức năng định tuyến và chuyển tiếp được áp dụng cho việc truyền 5G giữa đường, trong khi mạng 5G đường sau tiếp tục áp dụng giao thức BGP để định tuyến và chuyển tiếp giữa các thiết bị IPRAN và OTN. Để đáp ứng nhu cầu về dung lượng lớn và chia nhỏ mạng 5G, IPRAN sẽ giới thiệu các công nghệ giao diện tốc độ cao như 25Gbit / s, 50Gbit / s và 100Gbit / s hoặc xem xét áp dụng các công nghệ giao diện mới như FlexE (Ethernet linh hoạt ) để đạt được sự cô lập vật lý và đảm bảo chất lượng tốt hơn cho việc truyền 5G.

Kết nối OTN từ đầu đến cuối: các thiết bị mạng OTN tăng cường gói từ đầu đến cuối được áp dụng cho việc truyền 5G giữa và sau. So với giải pháp trên, nó có khả năng kết nối mạng mạnh mẽ và khả năng bảo trì đầu cuối để tránh các vấn đề về khả năng tương tác và phối hợp chuyên nghiệp giữa OTN và IPRAN.

Ngoài ra, mạng đường trung và đường sau 5G bao gồm lớp truy cập, lớp tổng hợp và lớp lõi của MAN (mạng khu vực đô thị) và các bộ thu phát quang được sử dụng trong MAN của nó tương tự như bộ thu phát được sử dụng trong các mạng truyền dẫn hiện có và các trung tâm dữ liệu. Trong số đó, các mô-đun ánh sáng xám hoặc ánh sáng màu 25G / 50G / 100G sẽ chủ yếu được áp dụng cho mạng lớp truy nhập tàu điện ngầm, và mạng hội tụ tàu điện ngầm và mạng lớp lõi sẽ chủ yếu sử dụng các mô-đun quang màu 100G / 200G 400G DWDM. Hình dưới đây cho thấy các thông số cơ bản của bộ thu phát sợi quang được sử dụng trong truyền dẫn đường giữa và đường sau của 5G.

Phần kết luận

Hiện tại, với số lượng ứng dụng 5G, có nhiều công nghệ và giải pháp mô-đun quang cho mạng mang 5G, điều này đặt ra tiềm năng và thách thức lớn cho thị trường thu phát quang. Do nhu cầu lớn trên thị trường đối với bộ thu phát quang 5G và việc phát triển các mô-đun quang 5G đang khó khăn tại thời điểm này, nên giá cả có thể hơi đắt trong ngắn hạn. Người ta tin rằng với sự trưởng thành không ngừng của công nghệ và ứng dụng 5G, giá bộ thu phát quang 5G sẽ giảm dần trong tương lai và thị trường vẫn còn nhiều hứa hẹn.