5G传输网络

“第五代移动通信”简称5G。根据3GPP组织的时间表,R14标准研究5G系统框架和关键技术;采用R15标准,满足部分场景5G需求,开启商用进程; R16标准将完成所有标准化工作。 R14和R15分别于2017年3月和2018年6月完成,R16预计2019年12月完成,最终的5G完整标准将于2020年初提交给国际电信联盟(ITU)。

根据3GPP规划,5G标准分为NSA(非独立)和SA(独立)两种。其中,5G NSA的组网模式需要使用4G基站和4G核心网,以4G作为控制面的锚点,满足激进运营商利用现有LTE网络资源实现5G NR(新比率)的快速部署。

2018年6月14日,3GPP在美国召开全体会议,正式批准冻结5G NR SA功能。 5G NR NSA标准于2017年12月冻结,现阶段正式推出全功能完整版5G标准。

5G网络的主要特点包括大带宽(高达1Gb/s)、低时延(1ns)和海量连接(连接密度106/km2),这对5G网络的带宽、容量、时延和组网灵活性提出了新的要求。承重网络。 5G基站的基带信号采用数字传输,采用eCPRI协议接口(典型速率25.16Gb/s)。考虑到4G的普通站点,需要兼容CPRI option10速率(24.33Gb/s)。

5G来了,5G光网络对光器件有千万级需求。

光通信设备是光传输网络的核心部件,承担着关键网络物理层的功能,如光电转换、波长复用和复用、光功率分配等。与目前的3G/4G网络相比,5G在无线承载网络中最大的变化就是前传和中传。 5G前传是指基站(AAU)和DU(Distribute Unit,处理物理层协议和实时业务)之间的连接,而5G中传是DU和CU(Centralized Unit,处理非实时业务)之间的连接。时间协议和服务)。

无线基站通常安装在通信塔或建筑物的屋顶上。所以前传和中传使用的光设备需要满足户外场景的使用。最重要的是器件的工作温度范围需要满足工业级的要求,即从-40℃到85℃。顺便说一句,另一个室内场景一般是商业级温度要求,0℃到70℃。

在前传场景中,大部分传输距离在10km以下,其中5km以下约占80%,5km到10km约占20%。当然,理论值和现网实际应用会有差距。并且会出现链路衰减会随着光纤老化而增大的问题,覆盖区域的距离可能会达到临界值,所以10km以上的传输距离,比如20km还是需要的。中传场景下,传输距离在10-40km之间,有工商业级两种工作温度要求。针对5G前传和中传应用,6COM已推出(或即将推出)一系列工业级光模块,包括25G BiDi/CWDM/DWDM/Tunable SFP28模块,用于5G前传网络10km/20km应用,以及100GBASE-LR4 /4WDM-40 QSFP28 模块以及 200G QSFP56 模块,用于 5G 中程(和回程)网络中的 10 公里/40 公里应用。同时,我们还提供工业级无源光器件,如5G OMUX、CCWDM、AAWG(工业级芯片成熟后发布)。

 

图 1. 5G 前传和中传的数据速率和距离

 

光端机的功能是光电转换,使用光纤作为传输介质。这意味着光网络中最大的投资始终是光纤资源,因此在选择设备和装置时首先要考虑的是如何节省光纤。针对5G前传的不同场景,现提供三种方案(25G SFP28收发器)可供选择。

首先,在光纤资源丰富的场景中,光纤直连方案,也称为One Fiber One Cell,可以部署25G BiDi SFP28光模块进行10km/20km传输。一般来说,一个基站有三个小区。因此,BiDi方案只需要3根光纤就可以满足一个基站的前传流量,有利于时钟的高精度同步。其中,下行波长可能是1310nm或1330nm,目前还不确定。

 

图2 5G前传光纤直连方案

 

二、在光纤资源紧缺的场景下,将一个基站的所有业务波长复用到单根光纤或一对光纤上以节省光纤资源的WDM方案,也称为单纤一个站点(Base-station ),可以部署。 WDM方案中需要大量的彩色光端机,会给安装、备件和维护带来不便。 然而,可调谐收发器可以用来解决这个问题。 所以,这个场景主要使用25G CWDM/DWDM/可调SFP28光模块(O波段或C波段),以及5G OMUX和CCWDM模块等工业级无源光器件。

图 3. 5G 前传的无源 WDM 方案

 

当然,更高效的方式是将WDM设备直接下沉到基站和DU,即有源WDM方案,可以兼容现网2G/3G/4G业务,可以实现更多的L3层业务管理和优化功能。但是,该方案会增加 CAPEX。

第三,在骨干光纤资源匮乏的场景下,可以部署P2MP(P2MP)无源波分方案,将多个基站的流量汇聚到一个DU,也称为One Fiber N Sites(Base-station) .例如常用的40路AAWG DWDM Mux/Demux可以覆盖6个基站(每个基站有3个扇区,共18个AAU,上行20个信道,下行20个信道)。这种拓扑结构符合基于 PON 的光无源网络,最大限度地利用现有 ODN 网络。

目前只有成熟的商用级AWG,工作温度范围从0℃到75℃。在未来的WDM-PON甚至5G前传解决方案中,AWG的工作温度范围需要进一步升级到工业级-40℃至85℃,导致对散热和无热封装的要求更高,芯片级的要求无热AWG也得到进一步改进。在工业级AWG不成熟,安装环境不便满足商用级温度,但能满足链路光功率预算的情况下,可以考虑使用PLC分路器(可以完全满足目前工业级温度的要求)。

P2MP场景主要使用25G CWDM/DWDM/可调SFP28光模块(O波段或C波段),以及5G OMUX、CCWDM、AWG或PLC分路器等工业级无源光器件。

图 4. 5G 前传的 P2PM Passive WDM 方案

 

5G是光通信史上的一个重要里程碑。 对于5G光网络而言,市场巨大,挑战众多。 6COM将继续为客户提供具有创新设计和领先解决方案的高速光互连产品。