La communication mobile poursuit le schéma de développement d'une génération de technologie par décennie et a connu le développement des technologies 1G, 2G, 3G et 4G. Chaque saut générationnel, chaque avancée technologique, a largement contribué à la modernisation industrielle et au développement économique et social. De 1G à 2G, la transition des communications analogiques aux communications numériques a été réalisée et les communications mobiles sont entrées dans des milliers de foyers ; de la 2G à la 3G et à la 4G, la transformation des services voix aux services de données a été réalisée et les taux de transmission ont été multipliés par des centaines, favorisant la popularité et la prospérité des applications Internet mobiles. À l'heure actuelle, les réseaux mobiles ont été intégrés dans tous les aspects de la vie sociale, modifiant profondément la communication des personnes, la communication et même tout le mode de vie. Les réseaux 4G ont créé une économie Internet prospère, résolvant le problème des personnes communiquant entre elles à tout moment et n'importe où. Avec le développement rapide de l'internet mobile, de nouveaux services et services émergent et le trafic de données mobiles explose.
En tant que nouveau type de réseau de communication mobile, la 5G ne résoudra pas seulement le problème de la communication interhumaine, offrant aux utilisateurs une expérience professionnelle plus immersive et extrême comme la réalité augmentée, la réalité virtuelle et la vidéo ultra-haute définition (3D) , mais résoudra également le problème de la communication homme-objet et objet-objet, répondant aux besoins de la médecine mobile, des réseaux automobiles, de la maison intelligente, du contrôle industriel, de la surveillance de l'environnement et d'autres applications IoT. À terme, la 5G pénétrera tous les secteurs de l'économie et de la société et deviendra une nouvelle infrastructure clé pour soutenir la transformation numérique, connectée et intelligente de l'économie et de la société.
La technologie de communication mobile de 5e génération (5G) est une nouvelle génération de technologie de communication mobile à large bande à haut débit, à faible latence et à grande connectivité. Les installations de communication 5G sont l'infrastructure de réseau pour l'interconnexion des personnes, des machines et des objets.
L'Union internationale des télécommunications (UIT) a défini trois scénarios d'application majeurs pour la 5G, à savoir le haut débit mobile amélioré (eMBB), la communication à très haute fiabilité et à faible latence (uRLLC) et la communication massive de classe machine (mMTC). Enhanced Mobile Broadband (eMBB) se concentre sur la croissance explosive du trafic Internet mobile et offre aux utilisateurs d'Internet mobile une expérience d'application plus extrême ; La communication ultra fiable à faible latence (uRLLC) se concentre sur le contrôle industriel, la télémédecine, la conduite autonome et d'autres applications industrielles verticales avec des exigences élevées en matière de latence et de fiabilité ; Massive Machine Type Communication (mMTC) se concentre sur les villes intelligentes, les maisons intelligentes, la surveillance de l'environnement et d'autres applications qui reposent sur la transmission. mMTC est principalement destiné aux villes intelligentes, aux maisons intelligentes, à la surveillance de l'environnement et à d'autres applications ciblant la détection et la collecte de données.
L'UIT a défini huit indicateurs de performance clés pour la 5G, dont le haut débit, la faible latence et la grande connectivité sont les caractéristiques les plus importantes, avec des taux d'expérience utilisateur jusqu'à 1 Gbit/s, une latence aussi faible que 1 ms et une connectivité utilisateur jusqu'à 1 million de connexions/carré kilomètre.
Indicateurs clés de performance des communications mobiles 5G
1. Des débits de pointe de 10 à 20 Gbit/s sont nécessaires pour répondre à la transmission de gros volumes de données tels que la vidéo HD et la réalité virtuelle.
2. Latence de l'interface aérienne aussi faible que 1 ms pour répondre aux applications en temps réel telles que la conduite autonome et la télémédecine.
3. Avec la possibilité de connecter des millions de connexions/kilomètre carré d'appareils pour répondre aux communications IoT.
4. L'efficacité du spectre devrait être améliorée de plus de 3 fois par rapport au LTE.
5. Couverture étendue continue et grande mobilité avec un taux d'expérience utilisateur de 100 Mbit/s.
6. Densité de trafic de 10Mbps/m2 ou plus.
7. La mobilité prend en charge le mouvement à grande vitesse de 500 km/h
Les modules optiques sont les éléments de base de la couche physique des réseaux 5G, largement utilisés dans les équipements sans fil et de transmission, et leur coût augmente dans l'équipement du système, voire plus de 50 à 70 % dans certains équipements, ce qui est un élément clé de 5G à faible coût, couverture étendue.
Les scénarios d'application typiques et l'analyse de la demande sont présentés dans le tableau 1.
Tableau 1 Scénarios d'application du module optique de roulement 5G et analyse de la demande
Le scénario d'application typique de la transmission frontale 5G est illustré à la Figure 1, y compris la connexion directe par fibre optique, le WDM passif et le WDM actif/réseau de transport optique (OTN)/réseau de paquets tranchés (SPN), etc. Le scénario de fibre directe utilise généralement des modules optiques gris 25 Gb/s, prenant en charge à la fois les types bidirectionnels à deux fibres et bidirectionnels à fibre unique, comprenant principalement une distance de transmission de 300 m et 10 km. Les scénarios WDM passifs incluent principalement le WDM passif point à point et le WDM-PON, utilisant une paire ou une seule fibre pour réaliser plusieurs connexions AAU à DU, nécessitant généralement des modules optiques colorés de 10 Gb/s ou 25 Gb/s. Pour les scénarios WDM/OTN actifs, des modules gris courte distance 10 Gb/s ou 25 Gb/s sont généralement requis entre les AAU/DU et les appareils WDM/OTN/SPN, et N x 10/25/50/100 Gb/s double fibre bi -Des modules couleur bidirectionnels ou monofibres sont nécessaires entre les appareils WDM/OTN/SPN.
Figure 1 Scénarios d'application typiques pour la transmission directe 5G
Les exigences typiques pour les modules optiques pour les scénarios d'application de transmission frontale 5G sont les suivantes.
(1) Répondez à la plage de température de qualité industrielle et aux exigences de haute fiabilité : compte tenu de l'environnement d'application tout extérieur AAU, le module optique de transmission avant doit répondre à la plage de température de qualité industrielle de -40 ℃ ~ + 85 ℃, ainsi qu'à la poussière et autres exigences.
(2) Faible coût : la demande totale de modules optiques en 5G devrait dépasser celle de la 4G, avec des dizaines de millions de modules optiques à transmission frontale en particulier, et le faible coût est l'une des principales demandes de l'industrie en matière de modules optiques. La couche d'accès utilisera principalement des modules optiques gris ou colorés à 25 Gb/s, 50 Gb/s et 100 Gb/s, tandis que la couche d'agrégation et au-dessus utilisera davantage de modules optiques colorés DWDM à 100 Gb/s, 200 Gb/s et 400 Gb/s.
Le module optique de transmission avant est une partie importante du palier physique de la liaison CPRI reliant l'unité de traitement en bande de base (BBU) et l'unité de radiofréquence distante (RRU) / unité de traitement d'antenne active (AAU). De l'ère 2G de 1.25 Gb/s, à l'ère 3G de 2.5 Gb/s, à l'ère 4G de 6/10 Gb/s, le débit du module optique de roulement continue d'évoluer, la distance de transmission comprend principalement 300 m, 1.4 km et 10 km, etc. Avec l'arrivée de l'ère 5G, le nombre d'antennes AAU pour atteindre 8T/8R à 64T/64R 8 fois plus élevé, la bande passante du port nul de 20MHz à 100MHz, si maintenir le schéma de coupe CPRI, la demande de bande passante apparaîtra 10Gb/ s à 400Gb/s 40 fois plus élevé. Pour réduire la pression sur la bande passante, l'industrie a adopté le schéma de basculement eCPRI pour déployer une partie du traitement en bande de base BBU sur l'AAU, réduisant ainsi la demande de bande passante entre la BBU et l'AAU. Avec une bande passante nulle de 100 MHz et 64T/64R, par exemple, l'exigence de bande passante d'interface unique vers l'avant 5G tombe à l'ordre de grandeur de 25 Gb/s, ce qui peut être efficacement pris en charge en réutilisant la chaîne industrielle Ethernet mature.
Dans les premiers stades du déploiement de la 5G, les trois principaux opérateurs centralisent les BBU pour réduire le besoin de ressources de salle de serveurs, permettant ainsi un déploiement à grande échelle rapide. Cependant, les scénarios de réseau d'accès radio centralisé (CRAN) consomment de grandes quantités de fibre dorsale, et l'industrie a donc proposé des solutions de multiplexage par répartition en longueur d'onde (WDM) basées sur 25 Gb/s telles que CWDM à 6 ondes, LWDM/MWDM à 12 ondes et 48- Wave DWDM pour converger et économiser les ressources en fibre. Au fur et à mesure de l'évolution de la 5G, la version suivante (Rel 17/Rel 18) se concentrera sur les sous-10 GHz, les ondes millimétriques et d'autres bandes de fréquences. Si le nombre d'antennes et la bande passante des aéroports augmentent encore, des modules optiques de 50 Gb/s et plus seront nécessaires pour répondre aux exigences de bande passante de transmission frontale.
Figure 2 Évolution de la demande de roulements de transmission avant 5G
Le module optique de transmission avant comprend principalement 25 Gb/s et 100 Gb/s à deux types de débit, prend en charge des centaines de m à 20 km de distance de transmission typique, un statut technologique spécifique comme indiqué dans le tableau 2.
Tableau 2 : État de la technologie des modules optiques frontaux 5G
Actuellement, l'industrie explore activement des solutions de module frontal optique de nouvelle génération qui sont à haute vitesse, rentables, répondent aux exigences de température de qualité industrielle frontale et garantissent une fiabilité à long terme pendant plus de dix ans, avec des exigences potentielles indiquées dans Tableau 3.
Tableau 3 Demande potentielle de nouveaux modules optiques pour la transmission directe 5G
Les modules optiques de liaison 5G comprennent principalement 25 Gb/s, 50 Gb/s, 100 Gb/s, 200 Gb/s et 400 Gb/s, avec des distances de transmission typiques allant de quelques kilomètres à des centaines de kilomètres, prenant en charge une variété de protocoles d'interface tels que CPRI, eCPRI, Ethernet et OTN, ainsi que des formats de modulation tels que NRZ, PAM4 et DMT. Tableau 4
Tableau 4 : État de la technologie des modules optiques de liaison en 5G
Avec la maturité croissante de la technologie de module optique 400 Gb/s 30/40 km et l'évolution du module optique 800 Gb/s, la prochaine phase du module optique de liaison 5G fera face à davantage de nouvelles solutions. Avec la maturité croissante des modules optiques 400 Gb/s 30/40 km et l'évolution des modules optiques 800 Gb/s, la prochaine phase de la 5G verra davantage de nouvelles options pour les modules optiques de liaison.
Tableau 5 Demande potentielle de nouveaux modules optiques pour le backhaul 5G
À plus long terme, à mesure que la recherche sur la technologie 6G et l'exploration des applications continuent de progresser, la capacité de transmission directe 6G devrait connaître une augmentation significative. Selon le livre blanc de recherche sur la technologie des points d'accès sans fil 6G (2020), la 6G sera davantage intégrée au cloud computing, au big data et à l'intelligence artificielle, et il y aura une augmentation considérable de la dimension et de l'étendue de la connectivité sans fil, ce qui peut prendre en charge des scénarios d'application tels que transmission vidéo à bande passante ultra-large, IoT industriel à latence ultra-faible et interconnexion air-espace-ciel, etc. Les performances du système doivent prendre en charge un débit de pointe de 1 Tb/s et un taux d'expérience utilisateur de 1 Gb/s, et les exigences de transmission du réseau d'accès radio 6G sera multipliée par 100 par rapport au débit crête de la 5G, et la nouvelle demande d'interconnexion air-espace-espace intégrée nécessitera un facteur 10 en termes de capacité de transmission vers l'avant.
