Применение технологии CWDM при строительстве базовых станций 5G

В настоящее время операторы могут строить базовые станции 5G в двух режимах: D-RAN и C-RAN. Для реализации совместного использования пула ресурсов и гибкого планирования операторы связи обычно выбирают режим C-RAN для развертывания базовых станций 5G. Устройства 5G BBU расположены в нескольких помещениях уровня агрегации, а для системы Fronthaul от AAU базовой станции (активного антенного процессорного блока) до устройств BBU (базового блока) уровня агрегации требуется большое количество ресурсов оптоволоконных кабелей. Выбор технологического решения для сети Fronthaul 5G напрямую влияет на инвестиции в строительство сети и эффективность запуска базовых станций. Развитие и применение технологии грубого спектрального уплотнения (CWDM) может значительно смягчить проблему нехватки ресурсов оптических кабелей в системах Fronthaul 5G.

Введение в решение для строительства сети передачи данных 5G

Рассмотрим в качестве примера решение STN. Сеть передачи 5G использует конвергентную сеть передачи, а региональные интегрированные сервисы 5G подключаются к исходной базовой станции 4G в данном районе и постепенно переводятся на новое оборудование передачи. Старое оборудование передается для использования в зонах без 5G, преимущественно в удаленных районах. Развертывание C-RAN может повысить эффективность передачи. Необходимо централизовать BBU, развернуть новое оборудование A в аппаратной комнате точки доступа и полностью использовать новое оборудование ER/B/A. Новое оборудование A должно быть зациклено на 100%. На начальном этапе используется сетевая архитектура на базе каналов 10GbE, а на последующем этапе емкость расширяется в соответствии с фактическим трафиком. После того как пиковый восходящий трафик достигает ≥60G, используются каналы 50GbE и 100GbE.

Сеть транспортировки 5G обычно следует архитектуре существующей сети транспортировки 4G и поддерживает совершенную двух- и трехуровневую архитектуру гибкой сети. IPRAN по-прежнему использует трехуровневую структуру сети: уровень ядра (уровень устройств ER), уровень агрегации (уровень устройств B) и уровень доступа. Уровень ядра дополнительно подразделяется на провинциальный уровень ER, городской уровень ER и уровень ER агрегации. В настоящее время операторы связи в основном используют схемы D-RAN (Distributed Radio Access Network) и C-RAN (Centralized Radio Access Network) для развертывания сети 5G, как показано на рисунке 1. 

Среди них схема развертывания C-RAN является основной схемой развертывания базовых станций 5G, принятой операторами связи: устройства AAU распределены на каждой базовой станции, а устройства BBU централизованно развернуты в узле агрегации; устройства BBU обеспечивают обратную передачу трафика в ядро сети 5G через устройства A2. Между радиочастотными устройствами AAU и устройствами BBU используется интерфейс eCPRI пассивного грубого спектрального уплотнения каналов (CWDM), обеспечивающий скорость fronthaul 25 Гбит/с.

Решение для сетевого применения пассивного WDM-оборудования

В схеме развертывания C-RAN сеть доступа транспортной сети STN для обратного трафика сайта 5G и оборудование BBU должны подключаться через оборудование A, а затем соединяться с оборудованием B. Оборудование A обычно развертывается в одном помещении с BBU. В соответствии с требованиями базовой станции к пропускной способности фронтхол оборудования AAU сайта 5G может гибко выбирать одну из следующих двух схем построения транспортной сети, чтобы обеспечить выполнение требований к развертыванию 5G. 

Первое решение заключается в прокладке нового входящего оптического кабеля с использованием однотоконных двунаправленных оптических модулей или двухтоконных двунаправленные оптические модули. Второе решение заключается в использовании пассивного решения для мультиплексирования с разделением по длине волны на основе CWDM, чтобы сократить количество оптических кабелей. В целом 5G BBU в основном разворачивается централизованно, а распределенное развертывание можно рассмотреть в случаях недостатка таких ресурсов, как оптические кабели, или при наличии других ограничивающих факторов. Оборудование A уровня доступа размещается в аппаратной точке доступа в режиме C-RAN, при этом первоначально BBU и оборудование A в основном соединяются друг с другом с использованием оптических портов 10GbE. 5G BBU концентрируется в интегрированной точке доступа к услугам и точке концентрации BBU, а общий режим совместного использования выглядит следующим образом

(1) При полосе пропускания несущей 100 МГц в 3.5G NR для интерфейса fronthaul между 5G BBU и одной AAU требуется интерфейс 1x25GE eCPRI; каскадирование не поддерживается.

(2) Для полосы пропускания 200 МГц в 3.5G NR для интерфейса fronthaul требуется интерфейс 2x25GE eCPRI, каскадирование не поддерживается.

(3) Полоса пропускания 2.1G NR 50MHz требует интерфейса 1x10GE CPRI для интерфейса фронтального подключения и поддерживает до двух уровней каскадирования.

Fronthaul 5G AAU не поддерживает каскадирование, а требование к задержке fronthaul составляет менее 100us. Для доступа к IP RAN-сети backhaul 5G-сайта оборудование BBU должно подключаться через оборудование A, а затем к оборудованию B. Оборудование A обычно размещается вместе с BBU в одной комнате.  Fronthaul 5G-сайта будет использовать следующие две схемы построения транспортной сети в соответствии с требованиями базовой станции к пропускной способности, чтобы соответствовать требованиям строительства сети 5G

（1） Проложить новый входящий оптический кабель, используя двунаправленные оптические модули с одним волокном или двунаправленные оптические модули с двумя волокнами

  (2）Используйте пассивное решение для спектрального уплотнения на основе CWDM, чтобы сэкономить оптические кабели

При масштабном построении операторами сетей 5G fronthaul для экономии ресурсов оптического волокна развертывается большое количество пассивного оборудования грубого спектрального уплотнения для реализации трехканальной передачи 5G fronthaul. В настоящее время к основным зрелым решениям спектрального уплотнения относятся пассивные WDM-решения на базе CWDM, в которых попарно используются 6-волновые устройства CWDM для передачи данных от устройств AAU к устройствам BBU и их подключения.

Этот оптический модуль использует цветной оптический модуль. Требования к двухжильным оптическим модулям и оптическим волокнам представлены в таблице 1. При использовании 6-волновой пассивной системы WDM один комплект 6-волновых пассивных систем WDM поддерживает 3 устройства AAU/RRU; согласно рассмотрению общей рамы BBU S111 для 2.1G DSS + NR 3.5G (200M), одному BBU требуется 3 комплекта 6-волновой пассивной системы WDM.

Требования к прокладке оптического волокна для Оборудование CWDM в центральном офисе доступа: следует обратить внимание на радиус изгиба интерфейсного оптоволокна, в противном случае может произойти повреждение, приводящее к чрезмерным потерям в оптоволокне и ухудшению передачи. Радиус изгиба оптоволоконного кабеля в месте изгиба не должен быть менее 38-40mm.

Соединительный оптоволоконный кабель должен быть защищен оболочкой или кабельным каналом на кабельном лотке. Часть без защиты оболочкой следует закрепить гибкой застежкой, причем стяжка не должна быть затянута слишком сильно. Волоконно-оптический кабель в оплетке должен располагаться на кабельном лотке прямо, без заметных изгибов. Все патч-волокна промаркированы в соответствии со спецификациями, что облегчает обслуживание базовой станции и обеспечивает безопасную эксплуатацию оборудования базовой станции.

Заключение

В связи с быстрым ростом трафика сетей 5G потребность во фронтхольных линиях связи с 6 каналами по 25 Гбит/с становится все более очевидной. Технология CWDM использует одно и то же волокно для одновременной передачи информационных сигналов двух или более оптических длин волн по отдельным оптическим каналам, мультиплексируя сигналы с малым спектральным разносом в отдельных волокнах, чтобы обеспечить наилучшие характеристики передачи при минимальных дисперсии или затухании, что уменьшает общее количество волокон, необходимое для заданной пропускной способности передачи информации.

Система CWDM может значительно увеличить пропускную способность оптоволокна, повысить эффективность использования волоконных ресурсов, обеспечить качественное и стабильное подключение системы фронтального соединения между оборудованием AAU базовых станций 5G и оборудованием BBU узла доступа, предоставить эффективные решения для передачи данных по фронтальному соединению 5G при развертывании сетей 5G C-RAN, а также сэкономить значительное количество волокон доступа и эксплуатационные расходы. QSFPTEK может предоставить вам профессиональные телекоммуникационные решения благодаря нашему обширному опыту. Вы также можете приобрести оптические модули и оптоволоконные кабели в QSFPTEK, обращайтесь за консультацией по адресу [email protected].