Komunikasi bergerak melanjutkan pola perkembangan teknologi satu generasi per dekade dan telah melalui perkembangan 1G, 2G, 3G dan 4G. Setiap lompatan generasi, setiap kemajuan teknologi, telah berkontribusi besar terhadap peningkatan industri dan pembangunan ekonomi dan sosial. Dari 1G ke 2G, transisi dari komunikasi analog ke digital terwujud dan komunikasi seluler memasuki ribuan rumah tangga; dari 2G ke 3G dan 4G, transformasi dari layanan suara ke data terwujud dan tingkat transmisi meningkat ratusan kali lipat, mempromosikan popularitas dan kemakmuran aplikasi internet seluler. Saat ini, jaringan seluler telah terintegrasi ke dalam setiap aspek kehidupan sosial, secara mendalam mengubah komunikasi orang, komunikasi, dan bahkan seluruh cara hidup. Jaringan 4G telah menciptakan ekonomi Internet yang makmur, memecahkan masalah orang yang berkomunikasi satu sama lain kapan saja dan di mana saja. Dengan pesatnya perkembangan internet seluler, layanan dan layanan baru bermunculan dan lalu lintas data seluler meledak.
Sebagai jenis baru jaringan komunikasi seluler, 5G tidak hanya akan menyelesaikan masalah komunikasi manusia ke manusia, memberikan pengguna pengalaman bisnis yang lebih imersif dan ekstrem seperti augmented reality, virtual reality, dan video ultra-high definition (3D). , tetapi juga akan menyelesaikan masalah komunikasi manusia-ke-benda dan benda-ke-benda, memenuhi kebutuhan medis seluler, jaringan otomotif, rumah pintar, kontrol industri, pemantauan lingkungan, dan aplikasi IoT lainnya. Pada akhirnya, 5G akan menembus semua sektor ekonomi dan masyarakat dan menjadi infrastruktur baru yang penting untuk mendukung transformasi ekonomi dan masyarakat yang digital, berjejaring, dan cerdas.
Teknologi Komunikasi Seluler Generasi ke-5 (5G) adalah generasi baru teknologi komunikasi seluler broadband dengan kecepatan tinggi, latensi rendah, dan konektivitas besar. Fasilitas komunikasi 5G adalah infrastruktur jaringan untuk interkoneksi orang, mesin, dan benda.
International Telecommunication Union (ITU) telah menetapkan tiga skenario aplikasi utama untuk 5G, yaitu broadband seluler yang ditingkatkan (eMBB), komunikasi latensi rendah keandalan sangat tinggi (uLLC), dan komunikasi kelas mesin masif (mMTC). Enhanced Mobile Broadband (eMBB) berfokus pada ledakan pertumbuhan lalu lintas Internet seluler dan memberi pengguna Internet seluler pengalaman aplikasi yang lebih ekstrem; Ultra Reliable Low Latency Communication (uLLC) berfokus pada kontrol industri, telemedis, pengemudian otonom, dan aplikasi industri vertikal lainnya dengan persyaratan tinggi untuk latensi dan keandalan; Massive Machine Type Communication (mMTC) berfokus pada kota pintar, rumah pintar, pemantauan lingkungan, dan aplikasi lain yang mengandalkan transmisi. mMTC terutama untuk kota pintar, rumah pintar, pemantauan lingkungan, dan aplikasi lain yang menargetkan penginderaan dan pengumpulan data.
ITU telah menetapkan delapan indikator kinerja utama untuk 5G, di mana kecepatan tinggi, latensi rendah, dan konektivitas besar adalah fitur yang paling menonjol, dengan tingkat pengalaman pengguna hingga 1Gbps, latensi serendah 1ms, dan konektivitas pengguna hingga 1 juta koneksi/persegi. kilometer.
Indikator kinerja utama komunikasi seluler 5G
1. Laju puncak 10-20Gbit/dtk diperlukan untuk memenuhi transmisi volume data besar seperti video HD dan realitas virtual.
2. Latensi antarmuka udara serendah 1ms untuk memenuhi aplikasi waktu nyata seperti mengemudi otonom dan telemedis.
3. Dengan kemampuan untuk menghubungkan jutaan koneksi/kilometer persegi perangkat untuk memenuhi komunikasi IoT.
4. Efisiensi spektrum harus ditingkatkan lebih dari 3 kali dibandingkan dengan LTE.
5. Cakupan area luas berkelanjutan dan mobilitas tinggi dengan tingkat pengalaman pengguna 100Mbit/dtk.
6. Kepadatan lalu lintas 10Mbps/m2 atau lebih.
7. Mobilitas mendukung pergerakan kecepatan tinggi 500km/jam
Modul optik adalah blok bangunan dasar dari lapisan fisik jaringan 5G, banyak digunakan dalam peralatan nirkabel dan transmisi, dan biayanya meningkat pada peralatan sistem, bahkan lebih dari 50-70% di beberapa peralatan, yang merupakan elemen kunci dari 5G berbiaya rendah, jangkauan luas.
Skenario aplikasi tipikal dan analisis permintaan ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1 Skenario aplikasi modul optik bantalan 5G dan analisis permintaan
Skenario aplikasi tipikal transmisi depan 5G ditunjukkan pada Gambar 1, termasuk koneksi serat langsung, WDM pasif dan WDM aktif / jaringan transportasi optik (OTN) / jaringan paket iris (SPN) dan seterusnya. Skenario serat langsung umumnya menggunakan modul optik abu-abu 25 Gb/dtk, yang mendukung tipe dua arah dua arah dan serat tunggal, terutama mencakup jarak transmisi 300m dan 10km. Skenario WDM pasif terutama mencakup WDM pasif point-to-point dan WDM-PON, menggunakan sepasang atau satu serat untuk mencapai beberapa koneksi AAU ke DU, biasanya membutuhkan modul optik berwarna 10Gb/s atau 25Gb/s. Untuk skenario WDM/OTN aktif, modul abu-abu jarak pendek 10Gb/dtk atau 25Gb/dtk biasanya diperlukan antara perangkat AAU/DU dan perangkat WDM/OTN/SPN, dan bi serat ganda N x 10/25/50/100Gb/dtk -modul warna dua arah atau serat tunggal dua arah diperlukan antara perangkat WDM/OTN/SPN.
Gambar 1 Skenario aplikasi umum untuk transmisi maju 5G
Persyaratan umum modul optik untuk skenario aplikasi transmisi depan 5G adalah sebagai berikut.
(1) Memenuhi kisaran suhu kelas industri dan persyaratan keandalan yang tinggi: dengan mempertimbangkan lingkungan aplikasi semua-luar ruangan AAU, modul optik transmisi depan harus memenuhi kisaran suhu kelas industri -40 ℃ ~ + 85 ℃, serta tahan debu dan persyaratan lainnya.
(2) Biaya rendah: Total permintaan untuk modul optik dalam 5G diharapkan melebihi 4G, dengan puluhan juta modul optik transmisi depan khususnya, dan biaya rendah adalah salah satu permintaan utama industri untuk modul optik. Lapisan akses terutama akan menggunakan modul optik berwarna abu-abu atau berwarna pada 25Gb/dtk, 50Gb/dtk, dan 100Gb/dtk, sedangkan lapisan agregasi ke atas akan menggunakan lebih banyak modul optik berwarna DWDM pada 100Gb/dtk, 200Gb/dtk, dan 400Gb/dtk.
Modul optik transmisi depan adalah bagian penting dari bantalan fisik tautan CPRI yang menghubungkan unit pemrosesan pita dasar (BBU) dan unit frekuensi radio jarak jauh (RRU) / unit pemrosesan antena aktif (AAU). Dari era 2G 1.25Gb/dtk, ke era 3G 2.5Gb/dtk, hingga era 4G 6/10Gb/dtk, laju modul bantalan optik terus berkembang, jarak transmisi terutama meliputi 300m, 1.4km dan 10km, dll. Dengan datangnya era 5G, jumlah antena AAU mencapai 8T/8R hingga 64T/64R 8 kali lebih tinggi, bandwidth port nol dari 20MHz hingga 100MHz, jika mempertahankan skema pemotongan CPRI, permintaan bandwidth akan muncul 10Gb / s hingga 400Gb / s 40 kali lebih tinggi. Untuk mengurangi tekanan bandwidth, industri mengadopsi skema cutover eCPRI untuk menyebarkan beberapa pemrosesan baseband BBU di AAU, sehingga mengurangi permintaan bandwidth antara BBU dan AAU. Dengan bandwidth null 100MHz dan 64T/64R, misalnya, persyaratan bandwidth antarmuka tunggal maju 5G turun ke urutan besarnya 25Gb/s, yang dapat didukung secara efektif dengan menggunakan kembali rantai industri Ethernet yang sudah matang.
Pada tahap awal penyebaran 5G, tiga operator utama memusatkan BBU untuk mengurangi kebutuhan sumber daya ruang server, sehingga memungkinkan penerapan berskala cepat. Namun, skenario jaringan akses radio terpusat (CRAN) mengkonsumsi sejumlah besar serat backbone, dan industri yang sesuai mengusulkan solusi multiplexing divisi panjang gelombang (WDM) berbasis 25Gb/s seperti CWDM 6-gelombang, LWDM/MWDM 12-gelombang dan 48- gelombang DWDM untuk menyatukan dan menghemat sumber daya serat. Saat 5G berkembang, fokus versi berikutnya (Rel 17/Rel 18) akan berada pada Sub 10GHz, gelombang milimeter, dan pita frekuensi lainnya. Jika jumlah antena dan bandwidth bandara semakin meningkat, 50Gb/s dan modul optik berkecepatan lebih tinggi akan diperlukan untuk memenuhi persyaratan bandwidth transmisi depan.
Gambar 2 Evolusi permintaan bantalan transmisi depan 5G
Modul optik transmisi depan terutama mencakup dua jenis kecepatan 25Gb/dtk dan 100Gb/dtk, mendukung jarak transmisi tipikal ratusan m hingga 20km, status teknologi spesifik seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2: Status teknologi modul optik front-end 5G
Saat ini, industri secara aktif menjajaki solusi modul front-end optik generasi mendatang yang berkecepatan tinggi, hemat biaya, memenuhi persyaratan suhu kelas industri front-end, dan menjamin keandalan jangka panjang selama lebih dari sepuluh tahun, dengan persyaratan potensial yang ditunjukkan pada Tabel 3.
Tabel 3 Potensi permintaan modul optik baru untuk transmisi maju 5G
Modul optik backhaul 5G terutama mencakup 25Gb/dtk, 50Gb/dtk, 100Gb/dtk, 200Gb/dtk, dan 400Gb/dtk, dengan jarak transmisi tipikal mulai dari beberapa kilometer hingga ratusan kilometer, mendukung berbagai protokol antarmuka seperti CPRI, eCPRI, Ethernet dan OTN, serta format modulasi seperti NRZ, PAM4 dan DMT. Tabel 4
Tabel 4: Status teknologi modul optik backhaul dalam 5G
Dengan semakin matangnya teknologi modul optik 400Gb/dtk 30/40km dan evolusi modul optik 800Gb/dtk, modul optik backhaul 5G fase berikutnya akan menghadapi lebih banyak solusi baru. Dengan meningkatnya kematangan modul optik 400Gb/s 30/40km dan evolusi modul optik 800Gb/s, fase 5G berikutnya akan melihat lebih banyak opsi baru untuk modul optik backhaul.
Tabel 5 Potensi permintaan modul optik baru untuk backhaul 5G
Dalam jangka panjang, karena penelitian teknologi 6G dan eksplorasi aplikasi terus berlanjut, kapasitas transmisi maju 6G kemungkinan akan mengalami peningkatan yang signifikan. Menurut Buku Putih Penelitian Teknologi Hotspot Nirkabel 6G (2020), 6G akan lebih terintegrasi dengan komputasi awan, data besar, dan kecerdasan buatan, dan akan ada peningkatan besar dalam dimensi dan luas konektivitas nirkabel, yang dapat mendukung skenario aplikasi seperti transmisi video bandwidth ultra-besar, IoT industri latensi ultra-rendah, dan interkoneksi udara-ruang-langit, dll. Kinerja sistem perlu mendukung tingkat puncak 1Tb/s dan tingkat pengalaman pengguna 1Gb/s, dan Persyaratan transmisi jaringan akses radio 6G akan meningkat dengan faktor 100 dibandingkan dengan tingkat puncak 5G, dan permintaan baru untuk interkoneksi udara-ruang-ruang terintegrasi akan membutuhkan faktor 10 dalam hal kapasitas transmisi maju.
