Anwendung der CWDM-Technologie beim Bau von 5G-Basisstationen

Betreiber können derzeit 5G-Basisstationen in zwei Modi, D-RAN und C-RAN, für die Bereitstellung aufbauen. Um die Funktion der gemeinsamen Nutzung von Ressourcenpools und der flexiblen Planung zu realisieren, wählen Kommunikationsbetreiber in der Regel den C-RAN-Modus zur Bereitstellung von 5G-Basisstationen. 5G-BBU-Geräte befinden sich in mehreren Räumen der Aggregationsebene, und für das Fronthaul-System von der AAU (Active Antenna Processing Unit) der Basisstation zu den BBU-Geräten (Baseband Unit) der Aggregationsebene werden umfangreiche Glasfaserkabelressourcen benötigt. Die Wahl einer 5G-Fronthaul-Technologielösung wirkt sich direkt auf die Investitionen in den Netzausbau und die Effizienz der Inbetriebnahme der Basisstation aus. Die Entwicklung und Anwendung der Coarse Wavelength Division Multiplexing (CWDM)-Technologie kann das Problem knapper Glasfaserkabelressourcen in 5G-Fronthaul-Systemen erheblich lindern.

Einführung einer Lösung für den Aufbau von 5G-Übertragungsnetzen

Am Beispiel der STN-Lösung verwendet das 5G-Trägernetz ein konvergentes Trägernetz; die regional integrierten 5G-Geschäftsdienste greifen auf die ursprüngliche 4G-Basisstation in der Region zu und werden schrittweise auf die neue Ausrüstung umgestellt. Alte Ausrüstung wird zur Nutzung in Nicht-5G-Gebiete verlagert (vorzugsweise in abgelegene Gebiete). Die Bereitstellung von C-RAN kann die Trägereffizienz verbessern. Fördern Sie die Zentralisierung von BBU, stellen Sie die neu gebaute neue A-Ausrüstung im Computerraum des Zugangspunkts bereit und nutzen Sie vollständig die neue ER/B/A-Ausrüstung. Neue A-Ausrüstung muss zu 100 % in Schleifen geschaltet sein. In der Anfangsphase wird eine 10GbE-Link-Vernetzung verwendet, und in der späteren Phase wird die Kapazität entsprechend dem tatsächlichen Datenverkehr erweitert. Nachdem der vorgelagerte Spitzenverkehr ≥60G beträgt, werden 50GbE- und 100GbE-Links verwendet.

Das 5G-Trägernetz folgt im Allgemeinen der bestehenden 4G-Trägernetzarchitektur und unterstützt die perfekte flexible Netzarchitektur mit zwei und drei Schichten. IPRAN übernimmt weiterhin eine dreischichtige Netzwerkstruktur: Kernschicht (ER-Geräteschicht), Konvergenzschicht (B-Geräteschicht) und Zugriffsschicht. Die Kernschicht ist weiter in die provinzielle ER-Schicht, die Metro-ER-Schicht und die Konvergenz-ER-Schicht unterteilt. Derzeit verwenden Kommunikationsbetreiber hauptsächlich D-RAN- (Distributed Radio Access Network) und C-RAN- (Centralized Radio Access Network) Schemata, um den 5G-Ausbau bereitzustellen, wie in Abbildung 1 gezeigt. 

Darunter ist das C-RAN-Bereitstellungsschema das wichtigste 5G-Basisstations-Bereitstellungsschema, das von Kommunikationsbetreibern eingesetzt wird, wobei AAU-Geräte in jeder Basisstation verteilt sind und BBU-Geräte zentral im Aggregationsstandort bereitgestellt werden, und BBU-Geräte den 5G-Core-Netzwerk-Traffic-Backhaul über A2-Geräte realisieren. und die eCPRI-Schnittstelle des passiven Coarse Wavelength Division Multiplexing (CWDM) wird zwischen AAU-Funkfrequenzgeräten und BBU-Geräten verwendet, um eine Fronthaul-Rate von 25Gbps bereitzustellen.

Passive WDM-Gerätenetzwerk-Anwendungslösung

Im C-RAN-Bereitstellungsschema müssen das Backhaul-Zugangs-STN-Netzwerk des 5G-Standorts und die BBU-Ausrüstung über A-Ausrüstung angebunden und anschließend mit B-Ausrüstung verbunden werden. Ausrüstung A wird in der Regel im selben Raum wie die BBU bereitgestellt. Entsprechend den Bandbreitenanforderungen der Basisstation kann der Fronthaul der AAU-Ausrüstung des 5G-Standorts flexibel die folgenden zwei Schemata für den Aufbau des Übertragungs-Trägernetzwerks wählen, um die Anforderungen des 5G-Ausbaus sicherzustellen. 

Die erste Lösung besteht darin, ein neues eingehendes Glasfaserkabel zu verlegen, unter Verwendung von Einfaser-Bidirektional-Optikmodulen oder Dual-Fiber bidirektionale optische Module. Die zweite Lösung besteht darin, eine passive, auf CWDM basierende Wellenlängenmultiplexlösung zu verwenden, um Glasfaserkabel einzusparen. Im Allgemeinen wird 5G BBU hauptsächlich zentralisiert bereitgestellt, und eine verteilte Bereitstellung kann in Fällen in Betracht gezogen werden, in denen unzureichende Ressourcen wie Glasfaserkabel vorhanden sind oder andere einschränkende Faktoren bestehen. Die Geräte der Zugriffsschicht A werden im Zugangspunkt-Computerraum im C-RAN-Modus bereitgestellt, und die anfänglichen BBU- und A-Geräte werden hauptsächlich über optische 10GbE-Ports miteinander verbunden. 5G BBU ist am integrierten Service-Zugangspunkt und am BBU-Konzentrationspunkt konzentriert, und der gemeinsame Freigabemodus ist wie folgt

(1) Bei 3.5G NR 100MHz Trägerbandbreite erfordert die Fronthaul-Schnittstelle zwischen 5G BBU und einzelner AAU eine 1x25GE eCPRI-Schnittstelle und unterstützt keine Kaskadierung.

(2) Für 3.5G NR mit 200MHz Bandbreite ist eine 2x25GE eCPRI-Schnittstelle für die Fronthaul-Schnittstelle erforderlich, und Kaskadierung wird nicht unterstützt.

(3) 2.1G NR 50MHz Bandbreite erfordert eine 1x10GE CPRI-Schnittstelle für die Fronthaul-Schnittstelle und unterstützt bis zu zwei Kaskadenebenen.

5G-AAU-Fronthaul unterstützt keine Kaskadierung, und die Anforderung an die Fronthaul-Verzögerung liegt unter 100us. Im IP-RAN-Netzwerk für den Backhaul-Zugang von 5G-Standorten muss die BBU-Ausrüstung über A-Ausrüstung angebunden und anschließend mit B-Ausrüstung verbunden werden. Die A-Ausrüstung wird in der Regel zusammen mit der BBU im selben Raum bereitgestellt.  Für den Fronthaul von 5G-Standorten werden je nach Bandbreitenanforderungen der Basisstation die folgenden zwei Schemata zum Aufbau des Bearer-Netzwerks ausgewählt, um die Anforderungen des 5G-Ausbaus zu erfüllen

（1） Ein neues eingehendes optisches Kabel bauen, unter Verwendung von Single-Fiber-Bidirektional-Optikmodulen oder Dual-Fiber-Bidirektional-Optikmodulen

  (2）Verwenden Sie eine passive Wellenlängenmultiplex-Lösung auf Basis von CWDM, um Glasfaserkabel zu sparen

Wenn Betreiber 5G-Fronthaul-Netzwerke in großem Maßstab aufbauen, wird zur Einsparung von Glasfaserressourcen eine große Anzahl passiver CWDM-Farblichtgeräte eingesetzt, um eine 3-Kanal-Übertragung im 5G-Fronthaul zu realisieren. Derzeit umfassen die ausgereiften Wellenlängenmultiplex-Lösungen hauptsächlich passive WDM-Lösungen auf Basis von CWDM, die paarweise 6-Wellen-CWDM-Geräte verwenden, um die Übertragung und den Zugang von AAU-Geräten und BBU-Geräten zu realisieren.

Die optisches Modul verwendet ein farbiges optisches Modul. Anforderungen an Dual-Core-Optikmodule und Glasfaseradern, wie in Tabelle 1 dargestellt. Bei Verwendung eines passiven 6-Wellen-Wellenlängenmultiplexsystems unterstützt ein einzelner Satz passiver 6-Wellen-WDM-Systeme 3 AAU/RRU-Geräte. Gemäß der Betrachtung eines gemeinsamen 2.1G DSS + NR 3.5G (200M) S111 BBU-Rahmens benötigt eine einzelne BBU 3 Sätze passiver 6-Wellen-Wellenlängenmultiplexsysteme.

Anforderungen an das Glasfaserlayout für CWDM-Ausrüstung in der Zugangsvermittlungsstelle: Auf den Biegeradius der Schnittstellen-Glasfaser sollte geachtet werden, da andernfalls Schäden auftreten, die zu übermäßigen Faserverlusten führen und die Übertragung beeinträchtigen. Der Krümmungsradius an der Biegung des Glasfaserkabels darf nicht weniger als 38-40mm betragen.

Das Glasfaser-Verbindungskabel sollte durch eine Hülse oder einen Kabelkanal auf der Kabeltrasse geschützt werden. Der Abschnitt ohne Gehäuseschutz sollte mit einem flexiblen Verschluss befestigt werden, wobei die Befestigung nicht zu fest angezogen werden darf. Das geflochtene Glasfaserkabel sollte ohne erkennbare Verdrehung gerade auf der Kabeltrasse verlaufen. Alle Patchfasern sind gemäß den Spezifikationen gekennzeichnet, was die Wartung der Basisstation erleichtert und den sicheren Betrieb der Basisstationsausrüstung gewährleistet.

Fazit

Mit dem rasanten Wachstum des 5G-Netzwerkverkehrs wird die Nachfrage nach 6-Kanal-25 Gbit/s-Fronthaul-Trägern zunehmend deutlich. Die CWDM-Technologie nutzt dieselbe Faser, um gleichzeitig zwei oder mehr optische Wellenlängensignale Informationen jeweils über unterschiedliche optische Kanäle übertragen zu lassen, wobei die enge spektrale Belegung einzelner Fasern gemultiplext wird, um die beste Übertragungsleistung bei minimaler Dispersion oder Dämpfung zu erreichen, wodurch die Gesamtzahl der bei der angegebenen Informationsübertragungskapazität erforderlichen Fasern reduziert wird.

Das CWDM-System kann die Übertragungskapazität von Glasfasern erheblich verbessern, die Nutzung von Glasfaserressourcen erhöhen, einen hochwertigen und stabilen Zugang zum Fronthaul-System zwischen AAU-Geräten von 5G-Basisstationen und BBU-Geräten der Zugangsstelle realisieren, effiziente 5G-Fronthaul-Übertragungslösungen für die C-RAN-Bereitstellung von 5G-Netzen bereitstellen und eine große Menge an Zugangsfasern sowie Betriebskosten einsparen. QSFPTEK kann Ihnen mit unserer umfangreichen Erfahrung professionelle Telekommunikationslösungen bieten. Sie können auch optische Module und Glasfaserkabel bei QSFPTEK erhalten; wenden Sie sich gerne zur Beratung an [email protected].