Welche 5G-Transceiver in 5G-Netzen verwendet werden

Das 5G-Netzwerk floriert und sorgt für eine enorme Nachfrage nach entsprechenden optischen 5G-Transceivern. Es ist bekannt, dass die 5G-Netzwerkarchitektur drei Teile umfasst, nämlich 5G-Fronthaul, Midhaul und Backhaul. Welche Arten von  5G-Netzwerk-Transceivern werden in den einzelnen Teilen verwendet? Welcher optische Transceiver ist für Ihre zukünftigen 5G-Netzwerkbereitstellungen kosteneffizient? Antworten finden Sie im folgenden Beitrag.

5G-Netzwerkarchitektur erklärt

Die vorherige 4G-Basisstation besteht im Allgemeinen aus BBU (Building Base Band Unite), RRU (Remote Radio Unit), Feeder und Antenne. Anders als im 4G-Netzwerk integrieren sich in der 5G-Netzwerkarchitektur RRU und Antenne zur AAU. Außerdem entwickelt sich die BBU zu CU (Centralized Unit) und DU (Distributed Unit). Einfach ausgedrückt wurde die 5G-Netzwerkarchitektur von der BBU-RRU-Architektur von 4G zu CU-DU-AAU umgebaut. 

CU und DU unterscheiden sich durch die Echtzeit-Verarbeitungsaufgaben. Die CU konzentriert sich auf Nicht-Echtzeitfunktionen, einige Kernnetzfunktionen und die MEC-Funktion, während sich die DU auf die physikalische Schicht und Echtzeit-L2-Funktionen konzentriert. Da CU und DU in 5G-Netzen getrennt bereitgestellt werden, entwickelt sich das 5G-Netz von der früheren Fronthaul-Backhaul-Entwicklung hin zu Fronthaul-Midhaul-Backhaul. Die Entwicklung vom 4G-Netz zur 5G-Netzarchitektur ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Abb. 1 - 4G- vs. 5G-Netzwerkarchitektur

5G-Transceiver sind sehr gefragt

Optische 5G-Transceiver sind die grundlegenden Komponenten der 5G-Netzwerke und machen bei einigen 5G-Projekten sogar mehr als 50% ~ 70% der Gesamtkosten aus. Insbesondere im 5G-Fronthaul kann der Bedarf an 5G-Netzwerk-Transceivern mehrere zehn Millionen betragen. Aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen an die Datenrate, der Übertragungsentfernung, der Betriebsumgebung, der Glasfaserressourcen usw.

Dementsprechend stellen 5G-Fronthaul, -Midhaul und -Backhaul spezifische Anforderungen an optische Module. Das 5G-Optikmodul sollte die Anforderungen an höhere Geschwindigkeit, größere Entfernung, einen breiteren Temperaturbereich und geringere Kosten erfüllen. Als Nächstes wird dieser Artikel detailliert vorstellen, welche 5G-Transceiver jeweils im 5G-Fronthaul, -Midhaul und -Backhaul verwendet werden.

5G-Transceiver im 5G-Fronthaul

Zu den typischen Anwendungsszenarien für optische Transceiver gehören direkte Glasfaserverbindungen, passives WDM, semi-aktives WDM und aktives WDM. Die vier typischen 5G-Fronthaul-Anwendungsszenarien sind in Abb. 2 dargestellt.

Die direkte 5G-Glasfaserverbindung ist kurzfristig die wichtigste Lösung für die 5G-Bereitstellung, da die Lösung geringe Verzögerung und einfache Bereitstellung bietet. Sie verwendet im Allgemeinen 25G graue optische Transceiver und 25G BiDi (bidirektionale) Transceiver. Obwohl der 25G BiDi-Transceiver hilfreich ist, um den Glasfaserverbrauch zu reduzieren. Mit der allmählichen Zunahme von 5G-Basisstationen wird der Mangel an Glasfaserressourcen jedoch dringlicher werden. Daher werden verschiedene WDM-Lösungen entwickelt.

Das Anwendungsszenario für passives WDM umfasst im Allgemeinen Punkt-zu-Punkt-passives WDM und WDM-PON. Da ein Paar oder eine Glasfaser verwendet wird, um mehrere AAUs und DUs zu verbinden, spart diese Lösung in hohem Maße Glasfaserressourcen. In der passiven WDM-Lösung werden typischerweise farbige optische 10G- oder 25G-Transceiver verwendet.

Das aktive WDM-Anwendungsszenario verwendet in der Regel 10G- oder 25G-Kurzstrecken-Grey-Optical-Transceiver zwischen AAU/DU und WDM/OTN/SPN-Geräten. Und innerhalb von WDM/OTN/SPN-Geräten werden im Allgemeinen 10/25/50/100G-Dual-Fiber-Bidirectional- und Single-Fiber-Bidirectional-Colored-Transceiver eingesetzt.

Die semiaktive WDM-Anwendung kombiniert die oben genannten passiven WDM- und aktiven WDM-Lösungen. Auf der DU-Seite werden aktive WDM/OTN/SPN-Geräte verwendet, und auf der AAU-Seite werden passive Wellenlängenmultiplexgeräte eingesetzt.

Abb.2 - 4 Typische Anwendungsszenarien von 5G-Fronthaul

Es sollte beachtet werden, dass sich die AAU in einer Außenumgebung befindet; daher müssen 5G-Fronthaul-Transceiver bestimmte Umweltanforderungen erfüllen, wie etwa industrietaugliche Temperaturen (-40℃~+85℃) und Staubschutz.

Warum ist 25G BiDi entscheidend für 5G-Fronthaul?

In der 4G-Ära verwendet das Fronthaul-Netzwerk hauptsächlich 10G-Duplex-Singlemode-Optical-Transceiver. In der frühen Phase des 5G-Fronthaul wird das Fronthaul-Netzwerk weiterhin von direkter Glasfaseransteuerung dominiert, stellt jedoch höhere Anforderungen an die Geschwindigkeit und den optischen Port des optischen Moduls. Unter Berücksichtigung der Einsparung von Glasfaserressourcen und der Gewährleistung geringer Verzögerung ist der BiDi-Transceiver-Typ dem Duplex-Transceiver-Typ überlegen.

Andererseits hat 5G eine mindestens 10-mal höhere Downloadrate als 4G. Außerdem ist mit der Einführung des erweiterten Common Public Radio Interface (eCPRI)-Protokolls auch die Rate von 25Gbit/s erforderlich geworden. Auf Grundlage der beiden oben genannten Überlegungen besteht kein Zweifel daran, dass die 25G-BiDi-Optikmodul kann die Anforderungen des 5G-Fronthaul besser erfüllen. Die Übertragungsdistanz von 10km kann die meisten Anwendungsszenarien abdecken. Hinsichtlich der Wellenlängenauswahl ist die Kombination aus 1270/1330 nm Wellenlängen kosteneffizienter.

5G-Transceiver, die in 5G-Midhaul und -Backhaul verwendet werden

5G-Midhaul und -Backhaul decken die MAN (Metropolitan Area Network)-Zugangsschicht, Verteilungsschicht und Kernschicht ab. Die erforderlichen optischen Transceiver ähneln den Transceivern, die in bestehenden Transportnetzen und Rechenzentren verwendet werden. Die Übertragungskapazität kann durch Erhöhung der Datenrate von Transceiver-Modulen oder durch den Einsatz von WDM-Technologie verbessert werden. Die Zugangsschicht verwendet hauptsächlich graue oder farbige optische 25G/50G-Transceiver. Die Verteilungsschicht verwendet hauptsächlich farbige optische 25G-Transceiver und graue optische 100G-Transceiver.  Und die Kernschicht und darüber verwenden überwiegend farbige optische 100G/200G/400G-DWDM-Transceiver.

5G-Midhaul-Nachfrage nach 50G PAM4-Transceivern

Die Zugriffsschicht und die Verteilungsschicht des 5G-Netzes werden einen großen Bedarf an 25G/50G-Schnittstellen haben. Um die Kosten für den 5G-Ausbau zu senken, werden 50G PAM4 optische Transceiver auf Basis von 25G optischen Bauelementen und dem PAM4-Modulationsformat zur Hauptlösung im 5G-Midhaul. 50G PAM4 optische Transceiver haben zwei Hauptspezifikationen: 10km und 40km. Der 10km-Typ kann durch direkte Modulation des Lasers mit einer 25G-Baudrate und bei niedrigen Kosten realisiert werden. Der 40km-Typ erfordert einen elektroabsorptionsmodulierten Laser mit einer 25g-Baudrate und eine Avalanche-Photodiode.

5G-Midhaul-Nachfrage nach kostengünstigen kohärenten 100G-Transceivern

Die Verteilungsschicht und die Kernschicht des 5G-Backhauls haben Anforderungen an kohärente optische 100G-, 200G- und 400G-Module. Die kohärenten Transceiver ermöglichen typischerweise eine Übertragungsdistanz von bis zu 200km, und die Wellenlänge liegt im C-Band. Das kostengünstige kohärente optische 100G-Modul gilt als Basistechnologie. Auf Grundlage dieser Basistechnologie kann durch den Einsatz von Wellenlängenmultiplextechnik eine höhere Übertragungsbandbreite erreicht werden.

Fazit

Im Vergleich zu den Transceivern für das 4G-Netz wird der optische 5G-Transceiver eine wichtigere Position im gesamten Markt für optische Module einnehmen. Es ist entscheidend zu wissen, welche 5G-Transceiver für das 5G-Netz geeignet sind. QSFPTEK ist ein professioneller Hersteller optischer Transceiver, wir können kundenspezifische 5G-Transceiver anbieten, wie zum Beispiel 25G CWDM, 25G LWDM, und 25G DWDM-Transceiver für Ihre 5G-Netzwerkbereitstellungen. Lassen Sie sich gerne über [email protected] beraten.