Мобильная связь продолжает модель развития технологий одного поколения за десятилетие и прошла через развитие 1G, 2G, 3G и 4G. Каждый скачок поколений, каждый технологический прогресс в значительной степени способствовал промышленной модернизации и экономическому и социальному развитию. С 1G на 2G осуществлен переход от аналоговой связи к цифровой и мобильная связь вошла в тысячи домохозяйств; от 2G к 3G и 4G был реализован переход от голосовых услуг к услугам передачи данных, а скорость передачи увеличилась в сотни раз, что способствовало популярности и процветанию мобильных интернет-приложений. В настоящее время мобильные сети интегрировались во все аспекты общественной жизни, глубоко меняя общение людей, общение и даже весь образ жизни. Сети 4G создали процветающую интернет-экономику, решив проблему общения людей друг с другом в любое время и в любом месте. С быстрым развитием мобильного интернета появляются новые сервисы и сервисы, а мобильный трафик данных стремительно растет.
Как новый тип сети мобильной связи, 5G не только решит проблему общения между людьми, предоставляя пользователям более захватывающий и экстремальный бизнес-опыт, такой как дополненная реальность, виртуальная реальность и видео сверхвысокой четкости (3D). , но также решит проблему связи между людьми и объектами, удовлетворяя потребности мобильной медицины, автомобильных сетей, умного дома, промышленного контроля, мониторинга окружающей среды и других приложений IoT. В конечном итоге 5G проникнет во все секторы экономики и общества и станет ключевой новой инфраструктурой для поддержки цифровой, сетевой и интеллектуальной трансформации экономики и общества.
Технология мобильной связи 5-го поколения (5G) — это технология широкополосной мобильной связи нового поколения с высокой скоростью, малой задержкой и широкими возможностями подключения. Средства связи 5G — это сетевая инфраструктура для взаимосвязи людей, машин и вещей.
Международный союз электросвязи (МСЭ) определил три основных сценария применения 5G, а именно расширенную широкополосную мобильную связь (eMBB), сверхнадежную связь с малой задержкой (uRLLC) и массовую связь машинного класса (mMTC). Расширенная мобильная широкополосная связь (eMBB) ориентирована на взрывной рост мобильного Интернет-трафика и предоставляет пользователям мобильного Интернета более экстремальные возможности приложений; Сверхнадежная связь с малой задержкой (uRLLC) ориентирована на промышленный контроль, телемедицину, автономное вождение и другие вертикальные отраслевые приложения с высокими требованиями к задержке и надежности; Massive Machine Type Communication (mMTC) фокусируется на умных городах, умных домах, мониторинге окружающей среды и других приложениях, которые полагаются на передачу. mMTC в основном предназначен для умных городов, умных домов, мониторинга окружающей среды и других приложений, предназначенных для сбора данных и сбора данных.
ITU определил восемь ключевых показателей производительности для 5G, из которых наиболее важными характеристиками являются высокая скорость, малая задержка и широкие возможности подключения, скорость взаимодействия с пользователем до 1 Гбит/с, задержка всего 1 мс и возможность подключения пользователей до 1 миллиона подключений на квадратную площадку. километр.
Ключевые показатели эффективности мобильной связи 5G
1. Пиковые скорости 10–20 Гбит/с необходимы для передачи больших объемов данных, таких как HD-видео и виртуальная реальность.
2. Задержка радиоинтерфейса всего 1 мс для работы в реальном времени с такими приложениями, как автономное вождение и телемедицина.
3. С возможностью подключения миллионов подключений на квадратный километр устройств для обеспечения связи IoT.
4. Эффективность использования спектра должна быть улучшена более чем в 3 раза по сравнению с LTE.
5. Непрерывное широкое покрытие и высокая мобильность со скоростью передачи данных 100 Мбит/с.
6. Плотность трафика от 10 Мбит/с/м2.
7. Мобильность поддерживает движение на высокой скорости 500 км/ч.
Оптические модули являются базовыми строительными блоками физического уровня сетей 5G, широко используются в беспроводном и передающем оборудовании, а их стоимость возрастает в системном оборудовании, даже более чем на 50-70% в некотором оборудовании, которое является ключевым элементом Недорогой 5G с широким покрытием.
Типичные сценарии применения и анализ спроса показаны в таблице 1.
Таблица 1. Сценарии применения опорных оптических модулей 5G и анализ спроса
Типичный сценарий применения фронтальной передачи 5G показан на рис. 1, включая прямое оптоволоконное соединение, пассивный WDM и активный WDM/оптическую транспортную сеть (OTN)/сеть с нарезкой пакетов (SPN) и так далее. Сценарий прямого оптоволокна обычно использует серые оптические модули со скоростью 25 Гбит/с, поддерживающие как двунаправленные двухволоконные, так и одноволоконные двунаправленные типы, в основном включая дальность передачи 300 м и 10 км. Пассивные сценарии WDM в основном включают в себя пассивные WDM и WDM-PON «точка-точка», использующие пару или одно волокно для достижения нескольких соединений AAU с DU, обычно требующих цветных оптических модулей 10 Гбит/с или 25 Гбит/с. Для активных сценариев WDM/OTN между AAU/DU и устройствами WDM/OTN/SPN обычно требуются серые модули ближней связи 10 Гбит/с или 25 Гбит/с, а Между устройствами WDM/OTN/SPN требуются однонаправленные или одноволоконные двунаправленные цветные модули.
Рис. 1 Типичные сценарии применения для прямой передачи 5G
Типичные требования к оптическим модулям для сценариев фронтальной передачи 5G следующие.
(1) Соответствует диапазону температур промышленного класса и требованиям высокой надежности: учитывая условия применения AAU на открытом воздухе, передний оптический модуль передачи должен соответствовать диапазону температур промышленного класса от -40 ℃ ~ + 85 ℃, а также пылезащитный и другие требования.
(2) Низкая стоимость: ожидается, что общий спрос на оптические модули в 5G превысит спрос на 4G, в частности, с десятками миллионов передающих оптических модулей, а низкая стоимость является одним из основных требований отрасли к оптическим модулям. Уровень доступа будет в основном использовать серые или цветные оптические модули на 25 Гбит/с, 50 Гбит/с и 100 Гбит/с, в то время как уровень агрегации и выше будет использовать больше цветных оптических модулей DWDM на 100 Гбит/с, 200 Гбит/с и 400 Гбит/с.
Передний оптический модуль передачи является важной частью физического подшипника канала CPRI, соединяющего блок обработки основной полосы частот (BBU) и удаленный радиочастотный блок (RRU)/блок обработки активной антенны (AAU). От эпохи 2G 1.25 Гбит/с до эпохи 3G 2.5 Гбит/с и эпохи 4G 6/10 Гбит/с скорость несущего оптического модуля продолжает развиваться, дальность передачи в основном включает 300 м, 1.4 км и 10 км и т. д. , С наступлением эры 5G количество антенн AAU для достижения 8T / 8R до 64T / 64R в 8 раз выше, пропускная способность нулевого порта от 20 МГц до 100 МГц, если поддерживать схему сокращения CPRI, потребность в пропускной способности появится 10 Гбит/с. с до 400Гб/с в 40 раз выше. Чтобы уменьшить нагрузку на полосу пропускания, в отрасли была принята схема переключения eCPRI для развертывания некоторой обработки основной полосы частот BBU на AAU, тем самым уменьшая потребность в полосе пропускания между BBU и AAU. Например, при нулевой полосе пропускания 100 МГц и 64T/64R требования к пропускной способности прямого интерфейса 5G снижаются до порядка 25 Гбит/с, что может быть эффективно обеспечено за счет повторного использования зрелой отраслевой цепочки Ethernet.
На ранних этапах развертывания 5G три основных оператора централизуют BBU, чтобы уменьшить потребность в ресурсах серверной комнаты, что позволяет быстро масштабировать развертывание. Однако сценарии централизованной сети радиодоступа (CRAN) потребляют большое количество магистрального волокна, и, соответственно, отрасль предложила решения мультиплексирования с разделением по длине волны (WDM) на основе 25 Гбит/с, такие как 6-волновой CWDM, 12-волновой LWDM/MWDM и 48-волновой. Wave DWDM для конвергенции и экономии оптоволоконных ресурсов. По мере развития 5G основное внимание в следующей версии (Rel 17/Rel 18) будет уделяться частотам ниже 10 ГГц, миллиметровым волнам и другим диапазонам частот. Если количество антенн и пропускная способность аэропортов еще больше увеличатся, потребуются оптические модули со скоростью 50 Гбит/с и выше для удовлетворения требований к пропускной способности передней передачи.
Рис. 2. Эволюция спроса на передние трансмиссионные подшипники 5G
Передний оптический модуль передачи в основном включает два типа скоростей 25 Гбит/с и 100 Гбит/с, поддерживает типичное расстояние передачи от сотен метров до 20 км, особый статус технологии, как показано в таблице 2.
Таблица 2: Состояние технологии внешнего оптического модуля 5G
В настоящее время в отрасли активно изучаются решения для оптических входных модулей следующего поколения, которые являются высокоскоростными, экономически эффективными, соответствуют температурным требованиям для входных оконечных устройств промышленного класса и гарантируют долгосрочную надежность в течение более десяти лет, с потенциальными требованиями, показанными в Таблица 3.
Таблица 3 Потенциальный спрос на новые оптические модули для прямой передачи 5G
Оптические модули транспортной сети 5G в основном включают 25 Гбит/с, 50 Гбит/с, 100 Гбит/с, 200 Гбит/с и 400 Гбит/с с типичными расстояниями передачи от нескольких километров до сотен километров, поддерживая различные интерфейсные протоколы, такие как CPRI, eCPRI, Ethernet и OTN, а также форматы модуляции, такие как NRZ, PAM4 и DMT. Таблица 4
Таблица 4: Состояние технологии транзитных оптических модулей в 5G
С ростом зрелости технологии оптических модулей 400/30 км со скоростью 40 Гбит/с и развитием оптических модулей со скоростью 800 Гбит/с на следующем этапе транзитных оптических модулей 5G появятся новые решения. С ростом зрелости оптических модулей 400/30 км со скоростью 40 Гбит/с и развитием оптических модулей со скоростью 800 Гбит/с на следующем этапе развития 5G появится больше новых возможностей для оптических модулей транспортной сети.
Таблица 5 Потенциальный спрос на новые оптические модули для транспортной сети 5G
В более долгосрочной перспективе, по мере того, как исследования и исследования в области технологий 6G продолжают развиваться, пропускная способность прямой передачи 6G, вероятно, значительно возрастет. Согласно Белой книге исследования технологии беспроводных точек доступа 6G (2020 г.), 6G будет дополнительно интегрирован с облачными вычислениями, большими данными и искусственным интеллектом, а масштабы и широта беспроводных подключений значительно возрастут, что может поддерживать такие сценарии приложений, как передача видео со сверхширокой полосой пропускания, промышленный IoT со сверхмалой задержкой, соединение воздух-космос-небо и т. д. Производительность системы должна поддерживать пиковую скорость 1 Тбит/с и скорость взаимодействия с пользователем 1 Гбит/с, а также требования к передаче сети радиодоступа 6G. будет увеличена в 100 раз по сравнению с пиковой скоростью 5G, а новый спрос на интегрированное соединение воздух-космос-космос потребует коэффициента 10 с точки зрения пропускной способности прямой передачи.
