Aplicación de la tecnología CWDM en la construcción de estaciones base 5G

Actualmente, los operadores pueden construir estaciones base 5G en dos modos, D-RAN y C-RAN, para su despliegue. Para realizar la función de uso compartido de grupos de recursos y programación flexible, los operadores de comunicaciones suelen elegir el modo C-RAN para desplegar estaciones base 5G. Los dispositivos BBU 5G se ubican en varias salas de capa de agregación, y se requiere una gran cantidad de recursos de cable de fibra óptica para el sistema Fronthaul desde la AAU (unidad de procesamiento de antena activa) de la estación base hasta los dispositivos BBU (unidad de banda base) de la capa de agregación. La elección de una solución tecnológica de fronthaul 5G afectará directamente a la inversión en construcción de la red y a la eficiencia de la puesta en marcha de la estación base. El desarrollo y la aplicación de la tecnología de multiplexación por división de longitud de onda gruesa (CWDM) pueden aliviar significativamente el problema de la escasez de recursos de cable óptico en los sistemas fronthaul 5G.

Introducción a la solución de construcción de redes de transmisión 5G

Tomando la solución STN como ejemplo, la red portadora 5G adopta una portadora convergente; los servicios empresariales integrados regionales 5G acceden a la estación base 4G original de la zona y se migran gradualmente al soporte del nuevo equipo. Los equipos antiguos se transfieren a zonas no 5G para su uso (preferentemente zonas remotas). El despliegue de C-RAN puede mejorar la eficiencia de la portadora. Promover la centralización de BBU, desplegar el equipo nuevo A recién construido en la sala de equipos del punto de acceso y adoptar plenamente los nuevos equipos ER/B/A. El equipo nuevo A debe estar conectado en bucle al 100 %. En la etapa inicial, se utiliza una red con enlaces 10GbE y, en la etapa posterior, la capacidad se amplía según el tráfico real. Después de que el tráfico pico ascendente sea ≥60G, se utilizan enlaces 50GbE y 100GbE.

La red portadora 5G generalmente sigue la arquitectura existente de la red portadora 4G y admite la perfecta arquitectura de red flexible de dos y tres capas. IPRAN sigue adoptando una estructura de red de tres capas: capa central (capa de dispositivos ER), capa de convergencia (capa de dispositivos B) y capa de acceso. La capa central se subdivide además en la capa ER provincial, la capa ER metropolitana y la capa ER de convergencia. Actualmente, los operadores de comunicaciones utilizan principalmente esquemas D-RAN (Distributed Radio Access Network) y C-RAN (Centralized Radio Access Network) para desplegar la construcción 5G, como se muestra en la Figura 1. 

Entre ellos, el esquema de implementación C-RAN es el principal esquema de implementación de estaciones base 5G adoptado por los operadores de comunicaciones, donde los dispositivos AAU se distribuyen en cada estación base y los dispositivos BBU se implementan de forma centralizada en la oficina de agregación, y los dispositivos BBU realizan el retorno del tráfico de la red central 5G a través de dispositivos A2. y la interfaz eCPRI de multiplexación por división de longitud de onda gruesa pasiva (CWDM) se utiliza entre los dispositivos de radiofrecuencia AAU y los dispositivos BBU para proporcionar una tasa de fronthaul de 25Gbps.

Solución de aplicación de red para equipos WDM pasivos

En el esquema de implementación C-RAN, el acceso de retorno del sitio 5G a la red STN y el equipo BBU deben accederse a través del equipo A y luego conectarse al equipo B. El equipo A generalmente se implementa en la misma sala que BBU. Según los requisitos de ancho de banda de la estación base, el fronthaul del equipo AAU del sitio 5G puede elegir de forma flexible los dos esquemas siguientes para la construcción de la red portadora de transmisión, a fin de garantizar los requisitos de construcción 5G. 

La primera solución es construir un nuevo cable óptico entrante, utilizando módulos ópticos bidireccionales de fibra única o de doble fibra módulos ópticos bidireccionales. La segunda solución es utilizar una solución pasiva de multiplexación por división de longitud de onda basada en CWDM para ahorrar cables ópticos. En general, 5G BBU se despliega principalmente de manera centralizada, y se puede considerar el despliegue distribuido para casos en los que haya recursos insuficientes, como cables ópticos, u otros factores restrictivos. El equipo A de la capa de acceso se despliega en la sala de equipos del punto de acceso en el modo C-RAN, y la BBU inicial y el equipo A se conectan principalmente entre sí mediante puertos ópticos 10GbE. 5G BBU se concentra en el punto de acceso de servicio integrado y en el punto de concentración de BBU, y el modo de compartición común es el siguiente

(1) Con un ancho de banda de portadora 3.5G NR de 100MHz, la interfaz fronthaul entre 5G BBU y una sola AAU requiere una interfaz eCPRI 1x25GE y no admite conexión en cascada.

(2) Para un ancho de banda 3.5G NR de 200MHz, se requiere una interfaz eCPRI 2x25GE para la interfaz fronthaul, y no se admite la conexión en cascada.

(3) El ancho de banda 2.1G NR 50MHz requiere una interfaz CPRI 1x10GE para la interfaz fronthaul y admite hasta dos niveles de cascada.

El fronthaul 5G AAU no admite cascada, y el requisito de retardo del fronthaul es inferior a 100us. En la red IP RAN de acceso backhaul del sitio 5G, el equipo BBU debe accederse a través del equipo A y luego conectarse al equipo B. El equipo A generalmente se despliega con la BBU en la misma sala.  El fronthaul del sitio 5G seleccionará los dos esquemas siguientes para construir la red portadora de acuerdo con los requisitos de ancho de banda de la estación base para cumplir con los requisitos de construcción 5G

（1） Construir un nuevo cable óptico entrante, utilizando módulos ópticos bidireccionales de fibra única o módulos ópticos bidireccionales de doble fibra

  (2）Use una solución pasiva de división por longitud de onda basada en CWDM para ahorrar cables ópticos

Cuando los operadores construyen redes fronthaul 5G a gran escala, para ahorrar recursos de fibra, se despliega una gran cantidad de equipos pasivos de luz de color de multiplexación por división de longitud de onda gruesa para realizar el transporte de 3 canales del fronthaul 5G. En la actualidad, las soluciones maduras de división de longitud de onda incluyen principalmente soluciones WDM pasivas basadas en CWDM, que utilizan dispositivos CWDM de 6 ondas en pares para realizar la transmisión y el acceso de dispositivos AAU y dispositivos BBU.

El módulo óptico utiliza un módulo óptico de color. Módulos ópticos de doble núcleo y requisitos del núcleo de fibra, como se muestra en la Tabla 1. Al utilizar un sistema pasivo de división por longitud de onda de 6 ondas, un único conjunto de sistemas WDM pasivos de 6 ondas admite 3 equipos AAU/RRU, según la consideración de bastidor común BBU 2.1G DSS + NR 3.5G (200M) S111; una sola BBU requiere 3 conjuntos de sistemas pasivos de división por longitud de onda de 6 ondas.

Requisitos de disposición de fibra óptica para equipo CWDM en la central de acceso: se debe prestar atención al radio de curvatura de la fibra óptica de interfaz; de lo contrario, se producirán daños, lo que provocará una pérdida excesiva de fibra y afectará a la transmisión. El radio de curvatura en la curva del cable de fibra óptica no deberá ser inferior a 38-40mm.

El cable de conexión de fibra óptica debe protegerse con una funda o una canaleta en la bandeja de cables. La parte sin protección de carcasa debe sujetarse con una brida flexible, y la brida no debe apretarse demasiado. El cable de fibra óptica trenzado debe quedar recto en la bandeja de cables, sin torsiones evidentes. Todas las fibras de conexión se etiquetan según las especificaciones, lo que facilita el mantenimiento de la estación base y garantiza el funcionamiento seguro de los equipos de la estación base.

Conclusión

Con el rápido crecimiento del tráfico de redes 5G, la demanda de portadoras fronthaul de 6 canales a 25 Gbit/s es cada vez más evidente. La tecnología CWDM utiliza la misma fibra para permitir simultáneamente que dos o más señales de longitud de onda óptica transmitan información cada una a través de diferentes canales ópticos, multiplexando el estrecho espaciado espectral de las fibras individuales con el fin de lograr el mejor rendimiento de transmisión con una dispersión o atenuación mínimas, lo que reduce el número total de fibras necesarias para la capacidad de transmisión de información especificada.

El sistema CWDM puede mejorar significativamente la capacidad de transmisión de la fibra óptica, aumentar la utilización de los recursos de fibra, realizar un acceso estable y de alta calidad al sistema de fronthaul entre los equipos AAU de las estaciones base 5G y los equipos BBU de la oficina de acceso, proporcionar soluciones eficientes de transmisión fronthaul 5G para el despliegue C-RAN de redes 5G y ahorrar una gran cantidad de fibra de acceso y costes operativos. QSFPTEK puede proporcionarle soluciones profesionales de telecomunicaciones con nuestra amplia experiencia. También puede adquirir el módulo óptico y los cables de fibra óptica en QSFPTEK; le invitamos a consultar a través de [email protected].