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ワイヤレスネットワーク

モバイル通信は 1 年に 2 世代のテクノロジーの開発パターンを継続し、3G、4G、1G、2G の開発を経てきました。 世代の飛躍や技術の進歩は、産業の高度化と経済社会の発展に大きく貢献してきました。 2G から 3G へ、アナログ通信からデジタル通信への移行が実現し、モバイル通信が数千の世帯に普及しました。 4G から 4G、XNUMXG への移行により、音声サービスからデータ サービスへの変革が実現し、伝送速度が数百倍に向上し、モバイル インターネット アプリケーションの人気と繁栄が促進されました。 現在、モバイルネットワークは社会生活のあらゆる側面に組み込まれており、人々のコミュニケーション、通信、さらには生活様式全体を大きく変えています。 XNUMXG ネットワークは繁栄したインターネット経済を生み出し、人々がいつでもどこでも通信するという問題を解決しました。 モバイルインターネットの急速な発展に伴い、新しいサービスやサービスが登場し、モバイルデータトラフィックが爆発的に増加しています。
新しいタイプのモバイル通信ネットワークとして、5G は人対人のコミュニケーションの問題を解決するだけでなく、拡張現実、仮想現実、超高精細 (3D) ビデオなど、より没入型で究極のビジネス体験をユーザーに提供します。だけでなく、人とモノ、およびモノとモノの通信の問題も解決し、モバイル医療、自動車ネットワーキング、スマートホーム、産業用制御、環境モニタリング、その他の IoT アプリケーションのニーズを満たします。 最終的に、5G は経済と社会のあらゆる分野に浸透し、経済と社会のデジタル化、ネットワーク化、インテリジェントな変革をサポートする重要な新しいインフラストラクチャとなるでしょう。

第 5 世代移動通信技術 (5G) は、高速、低遅延、大規模な接続を備えた新世代のブロードバンド モバイル通信技術です。 5G通信設備は、人、機械、モノを相互接続するためのネットワークインフラです。
国際電気通信連合 (ITU) は、5G の XNUMX つの主要なアプリケーション シナリオ、つまり拡張モバイル ブロードバンド (eMBB)、超高信頼性低遅延通信 (uRLLC)、および大規模マシンクラス通信 (mMTC) を定義しました。 Enhanced Mobile Broadband (eMBB) は、モバイル インターネット トラフィックの爆発的な増加に焦点を当て、モバイル インターネット ユーザーに、より究極のアプリケーション エクスペリエンスを提供します。 Ultra Reliable Low Latency Communication (uRLLC) は、遅延と信頼性に対する高い要件が求められる産業用制御、遠隔医療、自動運転、その他の垂直産業アプリケーションに焦点を当てています。 Massive Machine Type Communication (mMTC) は、スマート シティ、スマート ホーム、環境モニタリング、および伝送に依存するその他のアプリケーションに焦点を当てています。 mMTC は主にスマート シティ、スマート ホーム、環境モニタリング、およびセンシングとデータ収集を対象としたその他のアプリケーションに使用されます。
ITU は 5G の 1 つの主要なパフォーマンス指標を定義しています。その中で高速、低遅延、大規模な接続が最も顕著な特徴で、ユーザー エクスペリエンス レートは最大 1 Gbps、遅延はわずか 1 ミリ秒、ユーザー接続は最大 XNUMX 万接続/平方です。キロメートル。

5Gモバイル通信の主要業績評価指標
1. HD ビデオや仮想現実などの大容量データの伝送に対応するには、10 ~ 20 Gbit/s のピーク レートが必要です。
2. 自動運転や遠隔医療などのリアルタイム アプリケーションに対応するため、エア インターフェイスの遅延はわずか 1 ミリ秒です。
3. IoT 通信に対応するため、平方キロメートルあたり数百万のデバイスを接続できる機能。
4. スペクトル効率は LTE と比較して 3 倍以上向上する必要があります。
5. 継続的な広域カバレッジと 100Mbit/s のユーザーエクスペリエンスレートによる高いモビリティ。
6. トラフィック密度 10Mbps/m2 以上。
7.時速500kmの高速移動をサポートする機動性

光モジュールは、5G ネットワークの物理層の基本的な構成要素であり、無線および伝送機器で広く使用されています。そのコストはシステム機器で増加しており、一部の機器では 50 ~ 70% 以上も増加しています。これは、5G ネットワークの重要な要素です。 XNUMXG 低コスト、広いカバレッジ。
代表的なアプリケーション シナリオと需要分析を表 1 に示します。

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表1 5Gベアリング光モジュールのアプリケーションシナリオと需要分析

5G フロント伝送の典型的なアプリケーション シナリオを図 1 に示します。これには、ファイバー直接接続、パッシブ WDM およびアクティブ WDM / 光トランスポート ネットワーク (OTN) / スライス パケット ネットワーク (SPN) などが含まれます。 直接ファイバーのシナリオでは通常、25Gb/s グレー光モジュールが使用され、主に 300m および 10km の伝送距離を含む、10 ファイバー双方向タイプと 25 ファイバー双方向タイプの両方をサポートします。 パッシブ WDM シナリオには主にポイントツーポイント パッシブ WDM および WDM-PON が含まれ、ペアまたは単一のファイバーを使用して複数の AAU から DU への接続を実現します。通常は 10Gb/s または 25Gb/s のカラー光モジュールが必要です。 アクティブな WDM/OTN シナリオの場合、通常、AAU/DU と WDM/OTN/SPN デバイスの間に 10Gb/s または 25Gb/s の短距離グレー モジュールが必要であり、N x 50/100/XNUMX/XNUMXGb/s デュアル ファイバー バイ- WDM/OTN/SPN デバイス間では、指向性または単一ファイバ双方向カラー モジュールが必要です。

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図 1 5G 順方向伝送の典型的なアプリケーション シナリオ

5G フロント伝送アプリケーション シナリオの光モジュールの一般的な要件は次のとおりです。

(1) 工業グレードの温度範囲と高い信頼性要件を満たす:AAU の全屋外アプリケーション環境を考慮すると、フロント伝送光モジュールは、防塵、防滴、および -40℃~+85℃の工業グレードの温度範囲を満たす必要があります。その他の要件。

(2) 低コスト: 5G における光モジュールの総需要は 4G を超えると予想されており、特に前面送信光モジュールは数千万個であり、低コストは光モジュールに対する業界の主要な需要の 25 つです。 アクセス層は主に 50Gb/s、100Gb/s、100Gb/s でグレーまたはカラーの光モジュールを使用しますが、アグリゲーション層以上では 200Gb/s、400Gb/s、XNUMXGb/s でより多くの DWDM カラーの光モジュールを使用します。

フロント送信光モジュールは、ベースバンド処理ユニット (BBU) とリモート無線周波数ユニット (RRU) / アクティブ アンテナ処理ユニット (AAU) を接続する CPRI リンクの物理的ベアリングの重要な部分です。 2Gb/sの1.25G時代から3Gb/sの2.5G時代、4/6Gb/sの10G時代まで、ベアリング光モジュール速度は進化し続けており、伝送距離は主に300m、1.4km、10kmなどです。 5G時代の到来により、8T/8Rから64T/64Rを実現するAAUアンテナの数は8倍に増加し、ヌルポートの帯域幅は20MHzから100MHzとなり、CPRIカット方式を維持する場合、帯域幅需要は10Gb/ 400 倍の 40Gb/s に。 帯域幅の圧力を軽減するために、業界は eCPRI カットオーバー スキームを採用して、BBU ベースバンド処理の一部を AAU に展開し、BBU と AAU の間の帯域幅の需要を削減しました。 たとえば、100MHz のヌル帯域幅と 64T/64R を使用すると、5G 順方向単一インターフェイスの帯域幅要件は 25Gb/s の桁まで下がり、成熟したイーサネット業界チェーンを再利用することで効果的にサポートできます。
5G 導入の初期段階では、大手通信事業者 25 社が BBU を集中管理してサーバー ルームのリソースの必要性を減らし、迅速な大規模な導入を可能にします。 ただし、集中無線アクセス ネットワーク (CRAN) シナリオでは大量のバックボーン ファイバーが消費されるため、業界は 6 波 CWDM、12 波 LWDM/MWDM、48 波などの 5Gb/s ベースの波長分割多重 (WDM) ソリューションを提案しました。ウェーブ DWDM を使用してファイバー リソースを集約し、節約します。 17G の進化に伴い、次のバージョン (Rel 18/Rel 10) の焦点は、Sub 50GHz、ミリ波、およびその他の周波数帯域になります。 空港のアンテナ数と帯域幅がさらに増加すると、前面伝送帯域幅要件を満たすために XNUMXGb/s 以上の高速光モジュールが必要になります。

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図2 5Gフロントトランスミッションベアリングの需要の推移

フロント伝送光モジュールには主に 25Gb/s と 100Gb/s の 20 つのレート タイプが含まれており、数百 m ~ 2 km の標準伝送距離をサポートしており、表 XNUMX に示す特定の技術ステータスを示しています。

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表 2: 5G フロントエンド光モジュール技術の現状

現在、業界は、高速でコスト効率が高く、フロントエンド産業グレードの温度要件を満たし、3 年以上の長期信頼性を保証する次世代の光フロントエンド モジュール ソリューションを積極的に検討しています。潜在的な要件は次のとおりです。表XNUMX.

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表 3 5G 順方向伝送用の新しい光モジュールの潜在的な需要

5G バックホール光モジュールには主に 25Gb/s、50Gb/s、100Gb/s、200Gb/s、400Gb/s が含まれ、一般的な伝送距離は数キロメートルから数百キロメートルの範囲にあり、CPRI、 eCPRI、イーサネット、OTN、NRZ、PAM4、DMT などの変調形式に対応します。 表4

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表 4: 5G におけるバックホール光モジュール技術の現状

400Gb/s 30/40km 光モジュール技術の成熟度の高まりと 800Gb/s 光モジュールの進化に伴い、5G バックホール光モジュールの次の段階では、より多くの新しいソリューションに直面することになります。 400Gb/s 30/40km 光モジュールの成熟度の高まりと 800Gb/s 光モジュールの進化に伴い、5G の次の段階ではバックホール光モジュールの新しいオプションがさらに増えます。

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表 5 5G バックホール用の新しい光モジュールの潜在的な需要

長期的には、6G 技術の研究と応用の探求が進むにつれて、6G の順方向伝送容量は大幅に増加する可能性があります。 6G ワイヤレス ホットスポット技術研究白書 (2020) によると、6G はクラウド コンピューティング、ビッグ データ、人工知能とさらに統合され、ワイヤレス接続の次元と範囲が大幅に増加し、次のようなアプリケーション シナリオをサポートできるようになります。超広帯域ビデオ伝送、超低遅延の産業用 IoT、空と空の相互接続など。システム パフォーマンスは 1Tb/s のピーク レートと 1Gb/s のユーザー エクスペリエンス レートをサポートする必要があり、6G 無線アクセス ネットワークの伝送要件もサポートする必要があります。は、100G のピーク レートと比較して 5 倍増加し、統合空域間相互接続の新たな需要には、順方向伝送容量の点で 10 倍が必要になります。

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