5Gネットワークで使用される5Gトランシーバーとは

5Gネットワークは急速に発展しており、それに関連する5G光トランシーバーの需要が大幅に増加しています。5Gネットワークアーキテクチャは、5Gフロントホール、ミッドホール、バックホールという3つの部分で構成されることが知られています。各部分では、どのような種類の  5Gネットワークトランシーバーが使用されているのでしょうか？将来の5Gネットワーク導入に適した、コストパフォーマンスに優れた光トランシーバーはどれでしょうか？その答えは、以下の記事でご確認いただけます。

5Gネットワークアーキテクチャの解説

従来の4G基地局は、一般的にBBU（ベースバンドユニットの構築）、RRU（リモート無線ユニット）、フィーダー、およびアンテナ。4Gネットワークとは異なり、5Gネットワークアーキテクチャでは、RRUとアンテナがAAUに統合されます。また、BBUはCU（集中ユニット）とDU（分散ユニット). 簡単に言えば、5Gネットワークアーキテクチャは、4GのBBU-RRUアーキテクチャからCU-DU-AAUへと再構築されました。 

CUとDUは、リアルタイム処理タスクによって区別されます。CUは非リアルタイム機能、一部のコアネットワーク機能、およびMEC機能を担当し、DUは物理層およびリアルタイムL2機能を担当します。5GネットワークではCUとDUが個別に展開されるため、5Gネットワークは従来のフロントホール－バックホール構成から、フロントホール－ミッドホール－バックホール構成へと進化しました。4Gネットワークから5Gネットワークへのアーキテクチャの進化を示す図を以下に示します。

図1 - 4Gと5Gのネットワークアーキテクチャ

5Gトランシーバーの需要が高まっています

5G光トランシーバーは5Gネットワークの基本コンポーネントであり、一部の5Gプロジェクトでは総コストの50% ~ 70%以上を占めることさえあります。特に5Gフロントホールでは、5Gネットワークトランシーバーに数千万台規模の需要が生じる可能性があります。伝送速度要件、伝送距離、動作環境、光ファイバーリソースなどが異なるためです。

したがって、5Gフロントホール、ミッドホール、バックホールでは、光モジュールに対して特定の要件が求められます。5G光モジュールは、より高速、より長距離、より広い温度範囲、より低コストという要件を満たす必要があります。次に、本稿では5Gフロントホール、ミッドホール、バックホールでそれぞれ使用される5Gトランシーバーについて詳しく紹介します。

5Gフロントホールで使用される5Gトランシーバー

代表的な光トランシーバーの適用シナリオには、ファイバー直接接続、パッシブWDM、セミアクティブWDM、アクティブWDMが含まれます。4つの代表的な5Gフロントホール適用シナリオを図2に示します。

5G光ファイバー直接接続は、低遅延で導入が容易なため、短期的には5G導入の主要なソリューションです。一般的には 25Gグレー光トランシーバー および25G BiDi（双方向）トランシーバー。25G BiDiトランシーバーは光ファイバー消費量の削減に役立ちます。しかし、5G基地局が徐々に増加するにつれて、光ファイバーリソースの不足はより深刻になります。そのため、さまざまなWDMソリューションが開発されています。

パッシブ WDM の適用シナリオには、通常、ポイントツーポイントのパッシブ WDM と WDM-PON が含まれます。1 対の光ファイバーまたは 1 本の光ファイバーを使用して複数の AAU と DU を接続するため、このソリューションでは光ファイバー資源を大幅に節約できます。パッシブ WDM ソリューションでは、通常、10G または 25G のカラー光トランシーバーが使用されます。

アクティブWDMの適用シナリオでは、通常、AAU/DUとWDM/OTN/SPNデバイス間に10Gまたは25Gの短距離用グレー光トランシーバーを使用します。また、WDM/OTN/SPNデバイス内では、一般に10/25/50/100Gのデュアルファイバー双方向およびシングルファイバー双方向のカラー光トランシーバーが使用されます。

セミアクティブWDMアプリケーションは、上記のパッシブWDMソリューションとアクティブWDMソリューションを組み合わせたものです。DU側ではアクティブWDM/OTN/SPN装置を使用し、AAU側ではパッシブ波長分割多重装置を使用します。

図2 - 4 5Gフロントホールの代表的な適用シナリオ

AAUは屋外環境に設置されるため、5Gフロントホールトランシーバーは、産業用温度範囲（-40℃~+85℃）や防塵性など、特定の環境要件を満たす必要があることに注意してください。

5Gフロントホールに25G BiDiが不可欠なのはなぜですか？

4G時代には、フロントホールネットワークでは主に10Gデュプレックス・シングルモード光トランシーバーが使用されています。5Gフロントホールの初期段階でも、フロントホールネットワークは依然として光ファイバーによる直接伝送が主流ですが、光モジュールの速度と光ポートに対する要件はさらに高くなっています。光ファイバー資源の節約と低遅延の確保を考慮すると、BiDiトランシーバータイプはデュプレックストランシーバータイプよりも優れています。

一方、5Gのダウンロード速度は4Gより少なくとも10倍高速です。また、拡張Common Public Radio Interface (eCPRI)プロトコルの導入に伴い、25Gbit/sの速度も必要になっています。上記の2点を考慮すると、その 25G BiDi光モジュール 5Gフロントホールの要件をより適切に満たすことができます。10kmの伝送距離は、ほとんどのアプリケーションシナリオをカバーできます。波長選択の点では、1270/1330 nmの波長の組み合わせがより費用対効果に優れています。

5Gミッドホールおよびバックホールで使用される5Gトランシーバー

5Gミッドホールおよびバックホールは、MAN（メトロポリタンエリアネットワーク）のアクセス層、ディストリビューション層、コア層をカバーします。必要な光トランシーバーは、既存のトランスポートネットワークやデータセンターで使用されているトランシーバーと同様です。トランシーバーモジュールのデータレートを向上させるか、WDM技術を使用することで、伝送容量を向上させることができます。アクセス層では主に25G/50Gのグレーまたはカラー光トランシーバーを採用しています。ディストリビューション層では主に25Gカラー光トランシーバーと100Gグレー光トランシーバーを使用します。  また、コア層以上では主に100G/200G/400G DWDMカラー光トランシーバーを採用しています。

50G PAM4トランシーバーに対する5Gミッドホール需要

5Gネットワークのアクセス層とディストリビューション層では、25G/50Gインターフェースに対する大きな需要が見込まれます。5Gの導入コストを削減するため、25G光デバイスとPAM4変調方式をベースとした50G PAM4光トランシーバーが、5Gミッドホールにおける主要なソリューションとなります。50G PAM4光トランシーバーには、10kmと40kmの2つの主要仕様があります。10kmタイプは、25Gボーレートでレーザーを直接変調することで実現でき、低コストを確保できます。40kmタイプには、25gボーレートの電界吸収型変調レーザーとアバランシェフォトディテクターが必要です。

低コスト100Gコヒーレントトランシーバーに対する5Gミッドホールの需要

5Gバックホールのディストリビューション層とコア層では、コヒーレント100G、200G、400G光モジュールが求められています。コヒーレントトランシーバーは通常、200km以内の伝送距離に対応し、波長にはC-bandを使用します。低コストのコヒーレント100G光モジュールは、要素技術と見なされています。この要素技術を基盤として、波長分割多重技術を使用することで、より広い伝送帯域幅を実現できます。

結論

4Gネットワーク用トランシーバーと比較して、5G光トランシーバーは光モジュール市場全体でより重要な位置を占めるようになります。5Gネットワークに適した5Gトランシーバーを把握することは極めて重要です。QSFPTEKは光トランシーバーの専門メーカーであり、次のようなカスタマイズされた5Gトランシーバーを提供できます 25G CWDM, 25G LWDM, およびお客様の5Gネットワーク導入向け25G DWDMトランシーバー。[email protected]までお気軽にお問い合わせください。