La comunicación móvil continúa el patrón de desarrollo de una generación de tecnología por década y ha pasado por el desarrollo de 1G, 2G, 3G y 4G. Cada salto generacional, cada avance tecnológico, ha contribuido en gran medida a la modernización industrial y al desarrollo económico y social. De 1G a 2G, se realizó la transición de las comunicaciones analógicas a las digitales y las comunicaciones móviles ingresaron a miles de hogares; de 2G a 3G y 4G, se realizó la transformación de los servicios de voz a datos y las tasas de transmisión se incrementaron cientos de veces, promoviendo la popularidad y la prosperidad de las aplicaciones de Internet móvil. En la actualidad, las redes móviles se han integrado en todos los aspectos de la vida social, cambiando profundamente la comunicación de las personas, la comunicación e incluso toda la forma de vida. Las redes 4G han creado una próspera economía de Internet, resolviendo el problema de las personas que se comunican entre sí en cualquier momento y en cualquier lugar. Con el rápido desarrollo de Internet móvil, están surgiendo nuevos servicios y el tráfico de datos móviles se está disparando.
Como un nuevo tipo de red de comunicación móvil, 5G no solo resolverá el problema de la comunicación entre humanos, sino que brindará a los usuarios una experiencia comercial más inmersiva y extrema, como la realidad aumentada, la realidad virtual y el video de ultra alta definición (3D). , pero también resolverá el problema de la comunicación de persona a cosa y de cosa a cosa, satisfaciendo las necesidades de redes médicas móviles, automotrices, hogares inteligentes, control industrial, monitoreo ambiental y otras aplicaciones de IoT. En última instancia, 5G penetrará en todos los sectores de la economía y la sociedad y se convertirá en una nueva infraestructura clave para respaldar la transformación digital, en red e inteligente de la economía y la sociedad.
La tecnología de comunicación móvil de quinta generación (5G) es una nueva generación de tecnología de comunicación móvil de banda ancha con alta velocidad, baja latencia y gran conectividad. Las instalaciones de comunicación 5G son la infraestructura de red para la interconexión de personas, máquinas y cosas.
La Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU) ha definido tres escenarios de aplicación principales para 5G, a saber, banda ancha móvil mejorada (eMBB), comunicación de latencia baja de confiabilidad ultra alta (uRLLC) y comunicación de clase de máquina masiva (mMTC). Enhanced Mobile Broadband (eMBB) se enfoca en el crecimiento explosivo del tráfico de Internet móvil y brinda a los usuarios de Internet móvil una experiencia de aplicación más extrema; Ultra Reliable Low Latency Communication (uRLLC) se enfoca en el control industrial, la telemedicina, la conducción autónoma y otras aplicaciones industriales verticales con altos requisitos de latencia y confiabilidad; Massive Machine Type Communication (mMTC) se enfoca en ciudades inteligentes, hogares inteligentes, monitoreo ambiental y otras aplicaciones que dependen de la transmisión. mMTC es principalmente para ciudades inteligentes, hogares inteligentes, monitoreo ambiental y otras aplicaciones dirigidas a la detección y recopilación de datos.
La UIT ha definido ocho indicadores clave de rendimiento para 5G, de los cuales la alta velocidad, la baja latencia y la gran conectividad son las características más destacadas, con tasas de experiencia de usuario de hasta 1 Gbps, latencia tan baja como 1 ms y conectividad de usuario de hasta 1 millón de conexiones/cuadrado. kilómetro.
Indicadores clave de rendimiento de la comunicación móvil 5G
1. Se requieren velocidades máximas de 10-20 Gbit/s para cumplir con la transmisión de grandes volúmenes de datos, como video HD y realidad virtual.
2. Latencia de la interfaz aérea de tan solo 1 ms para cumplir con las aplicaciones en tiempo real, como la conducción autónoma y la telemedicina.
3. Con la capacidad de conectar millones de conexiones/kilómetro cuadrado de dispositivos para cumplir con las comunicaciones IoT.
4. La eficiencia del espectro debe mejorarse más de 3 veces en comparación con LTE.
5. Cobertura continua de área amplia y alta movilidad con una tasa de experiencia de usuario de 100 Mbit/s.
6. Densidad de tráfico de 10 Mbps/m2 o más.
7. La movilidad admite movimientos de alta velocidad de 500 km/h
Los módulos ópticos son los bloques de construcción básicos de la capa física de las redes 5G, ampliamente utilizados en equipos inalámbricos y de transmisión, y su costo está aumentando en el equipo del sistema, incluso más del 50-70% en algunos equipos, que es un elemento clave de 5G de bajo costo, amplia cobertura.
Los escenarios de aplicación típicos y el análisis de la demanda se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1 Escenarios de aplicación de módulos ópticos de rodamientos 5G y análisis de demanda
El escenario de aplicación típico de la transmisión frontal 5G se muestra en la Figura 1, incluida la conexión directa de fibra, WDM pasivo y WDM activo/red de transporte óptico (OTN)/red de paquetes divididos (SPN), etc. El escenario de fibra directa generalmente utiliza módulos ópticos grises de 25 Gb/s, que admiten tipos bidireccionales de dos fibras y bidireccionales de fibra única, que incluyen principalmente distancias de transmisión de 300 m y 10 km. Los escenarios de WDM pasivo incluyen principalmente WDM pasivo de punto a punto y WDM-PON, utilizando un par o una sola fibra para lograr múltiples conexiones de AAU a DU, que normalmente requieren módulos ópticos de colores de 10 Gb/s o 25 Gb/s. Para escenarios activos de WDM/OTN, normalmente se requieren módulos grises de corta distancia de 10 Gb/s o 25 Gb/s entre AAU/DU y dispositivos WDM/OTN/SPN, y N x 10/25/50/100 Gb/s dual-fibre bi -Se requieren módulos de color bidireccionales de fibra única o direccionales entre dispositivos WDM/OTN/SPN.
Figura 1 Escenarios de aplicación típicos para la transmisión directa de 5G
Los requisitos típicos para los módulos ópticos para escenarios de aplicaciones de transmisión frontal 5G son los siguientes.
(1) Cumple con el rango de temperatura de grado industrial y los requisitos de alta confiabilidad: considerando el entorno de aplicación para exteriores de AAU, el módulo óptico de transmisión frontal debe cumplir con el rango de temperatura de grado industrial de -40 ℃ ~ + 85 ℃, así como a prueba de polvo y otros requerimientos.
(2) Bajo costo: se espera que la demanda total de módulos ópticos en 5G supere la de 4G, con decenas de millones de módulos ópticos de transmisión frontal en particular, y el bajo costo es una de las principales demandas de módulos ópticos de la industria. La capa de acceso utilizará principalmente módulos ópticos grises o de colores a 25 Gb/s, 50 Gb/s y 100 Gb/s, mientras que la capa de agregación y superiores utilizarán más módulos ópticos de colores DWDM a 100 Gb/s, 200 Gb/s y 400 Gb/s.
El módulo óptico de transmisión frontal es una parte importante del soporte físico del enlace CPRI que conecta la unidad de procesamiento de banda base (BBU) y la unidad de radiofrecuencia remota (RRU) / unidad de procesamiento de antena activa (AAU). Desde la era 2G de 1.25 Gb/s, hasta la era 3G de 2.5 Gb/s, hasta la era 4G de 6/10 Gb/s, la velocidad del módulo óptico sigue evolucionando, la distancia de transmisión incluye principalmente 300 m, 1.4 km y 10 km, etc. Con la llegada de la era 5G, el número de antenas AAU para lograr 8T/8R a 64T/64R 8 veces mayor, el ancho de banda del puerto nulo de 20MHz a 100MHz, si mantiene el esquema de corte CPRI, la demanda de ancho de banda aparecerá 10Gb / sa 400Gb/s 40 veces mayor. Para reducir la presión del ancho de banda, la industria ha adoptado el esquema de transición eCPRI para implementar parte del procesamiento de banda base de BBU en AAU, lo que reduce la demanda de ancho de banda entre BBU y AAU. Con un ancho de banda nulo de 100 MHz y 64T/64R, por ejemplo, el requisito de ancho de banda de interfaz única directa de 5G se reduce al orden de magnitud de 25 Gb/s, que se puede respaldar de manera efectiva mediante la reutilización de la cadena industrial de Ethernet madura.
En las primeras etapas de la implementación de 5G, los tres principales operadores centralizan las BBU para reducir la necesidad de recursos de sala de servidores, lo que permite una implementación a escala rápida. Sin embargo, los escenarios de red de acceso de radio centralizada (CRAN) consumen grandes cantidades de fibra troncal y, en consecuencia, la industria propuso soluciones de multiplexación por división de longitud de onda (WDM) basadas en 25 Gb/s, como CWDM de 6 ondas, LWDM/MWDM de 12 ondas y 48- wave DWDM para converger y ahorrar recursos de fibra. A medida que 5G evoluciona, el enfoque de la versión posterior (Rel 17/Rel 18) estará en Sub 10GHz, onda milimétrica y otras bandas de frecuencia. Si la cantidad de antenas y el ancho de banda de los aeropuertos aumentan aún más, se requerirán módulos ópticos de 50 Gb/s y de mayor velocidad para cumplir con los requisitos de ancho de banda de transmisión frontal.
Figura 2 Evolución de la demanda de rodamientos de transmisión delantera 5G
El módulo óptico de transmisión frontal incluye principalmente dos tipos de velocidad de 25 Gb/s y 100 Gb/s, admite una distancia de transmisión típica de cientos de m a 20 km, estado de tecnología específico como se muestra en la Tabla 2.
Tabla 2: Estado de la tecnología del módulo óptico frontal 5G
Actualmente, la industria está explorando activamente soluciones de módulo frontal óptico de próxima generación que son de alta velocidad, rentables, cumplen con los requisitos de temperatura de grado industrial frontal y garantizan confiabilidad a largo plazo durante más de diez años, con los requisitos potenciales que se muestran en Tabla 3.
Tabla 3 Demanda potencial de nuevos módulos ópticos para transmisión directa 5G
Los módulos ópticos de backhaul 5G incluyen principalmente 25 Gb/s, 50 Gb/s, 100 Gb/s, 200 Gb/s y 400 Gb/s, con distancias de transmisión típicas que van desde unos pocos kilómetros hasta cientos de kilómetros, compatibles con una variedad de protocolos de interfaz como CPRI, eCPRI, Ethernet y OTN, así como formatos de modulación como NRZ, PAM4 y DMT. Tabla 4
Tabla 4: Estado de la tecnología de módulos ópticos backhaul en 5G
Con la creciente madurez de la tecnología de módulo óptico de 400 Gb/s 30/40 km y la evolución del módulo óptico de 800 Gb/s, la próxima fase del módulo óptico de backhaul 5G enfrentará más soluciones nuevas. Con la creciente madurez de los módulos ópticos de 400 Gb/s 30/40 km y la evolución de los módulos ópticos de 800 Gb/s, la próxima fase de 5G verá más opciones nuevas para los módulos ópticos de backhaul.
Tabla 5 Demanda potencial de nuevos módulos ópticos para backhaul 5G
A más largo plazo, a medida que la investigación de tecnología 6G y la exploración de aplicaciones continúan avanzando, es probable que la capacidad de transmisión directa de 6G experimente un aumento significativo. Según el Informe técnico de investigación de tecnología de punto de acceso inalámbrico 6G (2020), 6G se integrará aún más con la computación en la nube, los grandes datos y la inteligencia artificial, y habrá un gran aumento en la dimensión y amplitud de la conectividad inalámbrica, que puede admitir escenarios de aplicaciones como transmisión de video de ancho de banda ultra grande, IoT industrial de latencia ultra baja e interconexión aire-espacio-cielo, etc. El rendimiento del sistema debe admitir una tasa máxima de 1 Tb/s y una tasa de experiencia del usuario de 1 Gb/s, y los requisitos de transmisión de la red de acceso por radio 6G se incrementará en un factor de 100 en comparación con la tasa máxima de 5G, y la nueva demanda de interconexión integrada del espacio aéreo requerirá un factor de 10 en términos de capacidad de transmisión directa.
