Welche 5G-Transceiver werden in 5G-Netzwerken verwendet?

Das 5G-Netz boomt und fördert die enorme Nachfrage nach entsprechenden optischen 5G-Transceivern. Die 5G-Netzwerkarchitektur besteht bekanntermaßen aus drei Teilen: 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-Netzwerkimplementierungen kostengünstig? Antworten finden Sie im folgenden Beitrag.

5G-Netzwerkarchitektur erklärt

Die bisherige 4G-Basisstation besteht im Allgemeinen aus BBU (Gebäudebasis Band Unite), RRU (Remote Radio Unit), Feeder und Antenne. Anders als im 4G-Netz sind in der 5G-Netzwerkarchitektur RRU und Antenne in die AAU integriert. Außerdem entwickelt sich die BBU zu CU (Centralized Unit) und DU (Verteilte Einheit). Einfach ausgedrückt wurde die 5G-Netzwerkarchitektur aus der BBU-RRU-Architektur von 4G in CU-DU-AAU umgebaut. 

CU und DU unterscheiden sich durch die Echtzeitverarbeitung. Die CU konzentriert sich auf Nicht-Echtzeitfunktionen, einige Kernnetzwerkfunktionen und die MEC-Funktion, während sich die DU auf die Bitübertragungsschicht und Echtzeit-L2-Funktionen konzentriert. Da CU und DU in 5G-Netzen separat eingesetzt werden, entwickelt sich das 5G-Netz von der bisherigen Fronthaul-Backhaul-Entwicklung zu Fronthaul-Midhaul-Backhaul. Die folgende Abbildung zeigt die Entwicklung vom 4G-Netz zum 5G-Netzwerkarchitekturdiagramm.

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

5G-Transceiver sind sehr gefragt

Optische 5G-Transceiver sind die Basiskomponenten der 5G-Netze und machen bei manchen 50G-Projekten sogar mehr als 70 bis 5 % der Gesamtkosten aus. Insbesondere im 5G-Fronthaul kann es aufgrund unterschiedlicher Übertragungsraten, Übertragungsdistanzen, Arbeitsumgebungen, Glasfaserressourcen usw. zu einem Bedarf von mehreren zehn Millionen 5G-Netzwerk-Transceivern kommen.

Dementsprechend stellen 5G-Fronthaul, -Midhaul und -Backhaul spezifische Anforderungen an optische Module. Das optische 5G-Modul sollte höhere Geschwindigkeitsanforderungen, größere Reichweite, einen breiteren Temperaturbereich und geringere Kosten erfüllen. Im Folgenden wird detailliert beschrieben, welche 5G-Transceiver jeweils im 5G-Fronthaul, -Midhaul und -Backhaul eingesetzt werden.

Im 5G-Fronthaul verwendete 5G-Transceiver

Typische Anwendungsszenarien für optische Transceiver umfassen Glasfaserdirektverbindung, passives WDM, semiaktives WDM und aktives WDM. Die vier typischen Anwendungsszenarien für 5G-Fronthaul sind in Abb. 2 dargestellt.

Die 5G-Glasfaser-Direktverbindung ist kurzfristig die wichtigste Lösung für den 5G-Einsatz, da sie sich durch geringe Verzögerungen und eine einfache Bereitstellung auszeichnet. Sie nutzt im Allgemeinen 25G graue optische Transceiver und 25G BiDi (bidirektionale) Transceiver. Der 25G BiDi Transceiver trägt zwar zur Reduzierung des Glasfaserverbrauchs bei, doch mit der zunehmenden Anzahl von 5G-Basisstationen wird der Mangel an Glasfaserressourcen dringlicher. Daher werden verschiedene WDM-Lösungen entwickelt.

Das passive WDM-Anwendungsszenario umfasst im Allgemeinen passives Punkt-zu-Punkt-WDM und WDM-PON. Da ein Paar oder eine Glasfaser zum Verbinden mehrerer AAUs und DUs verwendet wird, spart diese Lösung erhebliche Glasfaserressourcen. In der passiven WDM-Lösung werden typischerweise farbige optische Transceiver mit 10G oder 25G verwendet.

Im aktiven WDM-Anwendungsszenario kommen üblicherweise graue optische Transceiver mit kurzer Reichweite (10G oder 25G) zwischen AAU/DU- und WDM/OTN/SPN-Geräten zum Einsatz. In WDM/OTN/SPN-Geräten kommen üblicherweise farbige Transceiver mit 10/25/50/100G-Doppelfaser und Einzelfaser zum Einsatz.

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

Abb. 2 – 4 typische Anwendungsszenarien für 5G Fronthaul

Es ist zu beachten, dass 5G-Fronthaul-Transceiver bestimmte Umgebungsanforderungen erfüllen müssen, da sich die AAU im Außenbereich befindet, beispielsweise eine Industrietemperatur (-40 °C bis +85 °C) und Staubdichtigkeit.

Warum ist 25G BiDi für 5G Fronthaul entscheidend?

Im 4G-Zeitalter nutzt das Fronthaul-Netz hauptsächlich 10G-Duplex-Singlemode-Transceiver. In der frühen Phase des 5G-Fronthauls dominiert noch der Glasfaser-Direktantrieb, stellt jedoch höhere Anforderungen an die Geschwindigkeit und den optischen Port des optischen Moduls. Im Hinblick auf die Einsparung von Glasfaserressourcen und die Gewährleistung geringer Verzögerungen ist der BiDi-Transceiver dem Duplex-Transceiver überlegen.

Andererseits bietet 5G eine mindestens zehnmal höhere Downloadrate als 10G. Mit der Einführung des verbesserten Common Public Radio Interface (eCPRI)-Protokolls ist zudem eine Geschwindigkeit von 4 Gbit/s erforderlich geworden. Aufgrund der beiden oben genannten Überlegungen besteht kein Zweifel daran, dass die 25G BiDi optisches Modul kann die Anforderungen des 5G-Fronthauls besser erfüllen. Die Übertragungsdistanz von 10 km deckt die meisten Anwendungsszenarien ab. Hinsichtlich der Wellenlängenauswahl ist die Wellenlängenkombination 1270/1330 nm kostengünstiger.

5G-Transceiver für 5G-Midhaul und Backhaul

5G Midhaul und Backhaul decken die MAN (Metropolitan Area Network)-Zugriffsschicht, die Verteilungsschicht und die Kernschicht ab. Die benötigten optischen Transceiver ähneln denen in bestehenden Transportnetzen und Rechenzentren. Die Übertragungskapazität kann durch Erhöhung der Datenrate der Transceivermodule oder durch den Einsatz von WDM-Technologie verbessert werden. Die Zugriffsschicht verwendet hauptsächlich graue oder farbige optische Transceiver (25G/50G). Die Verteilungsschicht verwendet hauptsächlich farbige optische Transceiver (25G) und graue optische Transceiver (100G). Ab der Kernschicht und darüber kommen meist farbige optische Transceiver (100G/200G/400G DWDM) zum Einsatz.

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

Die Zugriffs- und Verteilungsebene des 5G-Netzes wird einen großen Bedarf an 25G/50G-Schnittstellen haben. Um die Kosten für die 5G-Bereitstellung zu senken, werden optische 25G-PAM4-Transceiver, basierend auf optischen 50G-Geräten und dem Modulationsformat PAM4, die Hauptlösung im 5G-Mittelstreckenbereich sein. Optische 50G-PAM4-Transceiver haben zwei Hauptspezifikationen: 10 km und 40 km. Der 10-km-Typ kann durch direkte Modulation des Lasers mit einer Baudrate von 25G und niedrigen Kosten realisiert werden. Der 40-km-Typ benötigt einen elektroabsorptionsmodulierten Laser mit einer Baudrate von 25G und einen Avalanche-Photodetektor.

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

Die Verteilungs- und Kernschicht des 5G-Backhauls erfordert kohärente optische 100G-, 200G- und 400G-Module. Die kohärenten Transceiver ermöglichen typischerweise Übertragungsdistanzen von bis zu 200 km und die Wellenlänge liegt im C-Band. Das kostengünstige kohärente optische 100G-Modul gilt als Einheitstechnologie. Basierend auf dieser Einheitstechnologie kann durch den Einsatz der Wellenlängenmultiplextechnologie eine höhere Übertragungsbandbreite erreicht werden.

Fazit

Im Vergleich zu den Transceivern für das 4G-Netz werden optische 5G-Transceiver eine wichtigere Position auf dem gesamten Markt für optische Module einnehmen. Es ist wichtig zu wissen, welche 5G-Transceiver für das 5G-Netz geeignet sind. QSFPTEK ist ein professioneller Hersteller optischer Transceiver und bietet maßgeschneiderte 5G-Transceiver wie: 25G CWDM, 25G LWDMund 25G-DWDM-Transceiver für Ihre 5G-Netzwerkbereitstellungen. Sie können sich gerne über [email protected] beraten lassen.