Aplicação da tecnologia CWDM na construção de estações-base 5G

Atualmente, as operadoras podem construir estações base 5G em dois modos, D-RAN e C-RAN, para implantação. Para realizar a função de compartilhamento de pool de recursos e agendamento flexível, as operadoras de comunicação geralmente escolhem o modo C-RAN para implantar estações base 5G. Os dispositivos BBU 5G estão localizados em várias salas da camada de agregação, e uma grande quantidade de recursos de cabos de fibra óptica é necessária para o sistema Fronthaul, desde a AAU (Active Antenna Processing Unit) da estação base até os dispositivos BBU (baseband unit) da camada de agregação. A escolha de uma solução de tecnologia fronthaul 5G afetará diretamente o investimento na construção da rede e a eficiência do lançamento da estação base. O desenvolvimento e a aplicação da tecnologia Coarse Wavelength Division Multiplexing (CWDM) podem aliviar significativamente o problema de recursos escassos de cabos ópticos em sistemas fronthaul 5G.

Introdução da solução de construção de rede de transmissão 5G

Tomando a solução STN como exemplo, a rede de transporte 5G adota um transporte convergente; os serviços empresariais integrados regionais 5G acessam a estação base 4G original na área, sendo gradualmente migrados para o novo equipamento de transporte. Equipamentos antigos são transferidos para áreas não 5G para uso (preferencialmente áreas remotas). A implantação de C-RAN pode melhorar a eficiência do transporte. Promova a centralização da BBU, implante o novo equipamento A recém-construído na sala de computadores do ponto de acesso e adote integralmente os novos equipamentos ER/B/A. O novo equipamento A deve estar 100% em loop. Na fase inicial, use rede com links 10GbE e, na fase posterior, a capacidade é expandida de acordo com o tráfego real. Depois que o tráfego de pico upstream for ≥60G, links 50GbE e 100GbE serão usados.

A rede de transporte 5G geralmente segue a arquitetura existente da rede de transporte 4G e oferece suporte a uma arquitetura de rede flexível perfeita de duas e três camadas. A IPRAN ainda adota uma estrutura de rede de três camadas: camada central (camada de dispositivos ER), camada de convergência (camada de dispositivos B) e camada de acesso. A camada central é ainda subdividida em camada ER provincial, camada ER metropolitana e camada ER de convergência. Atualmente, as operadoras de comunicação usam principalmente esquemas D-RAN (Distributed Radio Access Network) e C-RAN (Centralized Radio Access Network) para implantar a construção 5G, conforme mostrado na Figura 1. 

Entre eles, o esquema de implantação C-RAN é o principal esquema de implantação de estações-base 5G adotado pelas operadoras de comunicação, no qual os dispositivos AAU são distribuídos em cada estação-base e os dispositivos BBU são implantados centralmente no escritório de agregação, e os dispositivos BBU realizam o backhaul do tráfego da rede central 5G por meio de dispositivos A2. e a interface eCPRI de Coarse Wavelength Division Multiplexing (CWDM) passivo é usada entre dispositivos de radiofrequência AAU e dispositivos BBU para fornecer uma taxa de fronthaul de 25Gbps.

Solução de aplicação de rede de equipamentos WDM passivos

No esquema de implantação C-RAN, o acesso de backhaul do site 5G à rede STN e o equipamento BBU precisam ser acessados por meio do equipamento A e, em seguida, conectados ao equipamento B. O equipamento A geralmente é implantado na mesma sala que o BBU. De acordo com os requisitos de largura de banda da estação base, o fronthaul do equipamento AAU do site 5G pode escolher de forma flexível os dois esquemas a seguir para a construção da rede de transporte de transmissão, a fim de garantir os requisitos de construção 5G. 

A primeira solução é construir um novo cabo óptico de entrada, usando módulos ópticos bidirecionais de fibra única ou de fibra dupla módulos ópticos bidirecionais. A segunda solução é usar uma solução passiva de multiplexação por divisão de comprimento de onda baseada em CWDM para economizar cabos ópticos. Em geral, a 5G BBU é implantada principalmente de forma centralizada, e a implantação distribuída pode ser considerada para casos em que há recursos insuficientes, como cabos ópticos, ou outros fatores restritivos. O equipamento A da camada de acesso é implantado na sala de computadores do ponto de acesso no modo C-RAN, e a BBU inicial e o equipamento A são conectados principalmente entre si usando portas ópticas 10GbE. A 5G BBU é concentrada no ponto de acesso de serviço integrado e no ponto de concentração de BBU, e o modo de compartilhamento comum é o seguinte

(1) Na largura de banda de portadora 3.5G NR de 100MHz, a interface fronthaul entre 5G BBU e uma única AAU requer interface eCPRI 1x25GE e não oferece suporte a cascateamento.

(2) Para largura de banda 3.5G NR de 200MHz, é necessária uma interface eCPRI 2x25GE para a interface fronthaul, e o cascateamento não é suportado.

(3) A largura de banda de 50MHz em 2.1G NR requer uma interface CPRI 1x10GE para a interface fronthaul e suporta até dois níveis de cascata.

O fronthaul 5G AAU não suporta cascata, e o requisito de atraso do fronthaul é inferior a 100us. Na rede IP RAN de acesso backhaul do site 5G, o equipamento BBU precisa ser acessado por meio do equipamento A e, em seguida, conectado ao equipamento B. O equipamento A geralmente é implantado com a BBU na mesma sala.  O fronthaul do site 5G selecionará os dois esquemas a seguir para construir a rede portadora de acordo com os requisitos de largura de banda da estação base, a fim de atender aos requisitos de construção 5G

（1） Construir um novo cabo óptico de entrada, usando módulos ópticos bidirecionais de fibra única ou módulos ópticos bidirecionais de fibra dupla

  (2）Use uma solução passiva de divisão por comprimento de onda baseada em CWDM para economizar cabos ópticos

Quando as operadoras constroem redes fronthaul 5G em larga escala, para economizar recursos de fibra, uma grande quantidade de equipamentos passivos de luz colorida com multiplexação por divisão de comprimento de onda grosseira é implantada para realizar o transporte de 3 canais no fronthaul 5G. Atualmente, as soluções maduras de divisão por comprimento de onda incluem principalmente soluções WDM passivas baseadas em CWDM, que usam dispositivos CWDM de 6 ondas em pares para realizar a transmissão e o acesso de dispositivos AAU e dispositivos BBU.

O módulo óptico usa um módulo óptico colorido. Requisitos de módulos ópticos dual-core e núcleo de fibra, conforme mostrado na Tabela 1. Ao usar um sistema passivo de divisão por comprimento de onda de 6 ondas, um único conjunto de sistemas WDM passivos de 6 ondas suporta 3 equipamentos AAU/RRU, de acordo com a consideração de quadro comum BBU 2.1G DSS + NR 3.5G (200M) S111, uma única BBU requer 3 conjuntos de sistema passivo de divisão por comprimento de onda de 6 ondas.

Requisitos de layout de fibra óptica para equipamento CWDM na central de acesso: deve-se prestar atenção ao raio de curvatura da fibra óptica da interface; caso contrário, ocorrerão danos, resultando em perda excessiva de fibra e afetando a transmissão. O raio de curvatura na dobra do cabo de fibra óptica não deve ser inferior a 38-40mm.

O cabo de conexão de fibra óptica deve ser protegido por uma manga ou uma canaleta para fios na bandeja de cabos. A parte sem proteção de revestimento deve ser presa com uma abraçadeira flexível, e a amarração não deve ser apertada demais. O cabo de fibra óptica trançado deve ficar reto na bandeja de cabos, sem torção evidente. Todas as fibras de interconexão são etiquetadas de acordo com as especificações, o que facilita a manutenção da estação-base e garante a operação segura dos equipamentos da estação-base.

Conclusão

Com o rápido crescimento do tráfego de rede 5G, a demanda por portadoras de fronthaul de 6 canais de 25 Gbit/s está se tornando cada vez mais evidente. A tecnologia CWDM usa a mesma fibra para permitir simultaneamente que dois ou mais sinais de comprimento de onda óptico transmitam informações por meio de diferentes canais ópticos, multiplexando o espaçamento espectral estreito de fibras individuais para obter o melhor desempenho de transmissão com dispersão ou atenuação mínimas, o que reduz o número total de fibras necessárias na capacidade especificada de transmissão de informações.

O sistema CWDM pode melhorar significativamente a capacidade de transmissão da fibra óptica, aumentar a utilização dos recursos de fibra, realizar acesso estável e de alta qualidade ao sistema de fronthaul entre equipamentos AAU de estações base 5G e equipamentos BBU da central de acesso, fornecer soluções eficientes de transmissão de fronthaul 5G para a implantação C-RAN de redes 5G e economizar uma grande quantidade de fibra de acesso e custos operacionais. QSFPTEK podemos fornecer soluções profissionais de telecomunicações com nossa ampla experiência. Você também pode obter o módulo óptico e os cabos de fibra óptica na QSFPTEK; sinta-se à vontade para consultar via [email protected].