Solución de transceptor óptico para redes portadoras orientadas a 5G

Con la comercialización de la tecnología 5G, el desarrollo de redes móviles e inalámbricas 5G ha avanzado a gran velocidad. El significativo aumento de la densidad de estaciones base, junto con las exigencias de latencia, ancho de banda y flexibilidad de la red, han impuesto mayores requisitos a la arquitectura de la red 5G y a las soluciones de transmisión asociadas. De este modo se eleva la calidad de los transceptores de fibra óptica aplicados en las redes 5G. Este artículo se centrará en la solución de transceptores de fibra óptica para redes 5G fronthaul, midhaul y backhaul.

Topología de la red portadora 5G

La red portadora 5G puede proporcionar conexiones para el acceso inalámbrico 5G y las redes centrales. Su arquitectura de red y su ancho de banda se han modificado enormemente para adaptarse a un mayor ancho de banda, una menor latencia y más servicios de conexión en comparación con las redes 4G.

La 5G ha trasladado parte de la capa física de la BBU (unidad de banda base) original de la era 4G a la AAU (unidad de antena activa). Además, la interfaz ha pasado de la CPRI original de 100 Gbit/s a 25 Gbit/s. Y las funciones en tiempo no real de la BBU se están trasladando a la CU (unidad centralizada) para hacer los preparativos de la red en la nube. De este modo, la DU (unidad de distribución) es la única parte de la BBU. En otras palabras, la red de acceso 5G ha evolucionado de la arquitectura de dos niveles de la BBU y la RRU a la arquitectura de tres niveles de CU, DU y AAU. Esto no sólo garantiza un gran ancho de banda y una baja latencia de la red, sino que también contribuye a una programación flexible, a la protección de la red y al control de la gestión.

Figura 1: Arquitectura de la topología de la red portadora 5G

Como se muestra en la figura anterior, la red portadora 5G está dividida en tres partes por AAU, DU y CU, que son las redes 5G fronthaul, midhaul y backhaul.

Tecnología de redes portadoras 5G

Las aplicaciones de la transmisión 5G fronthaul, midhaul y backhaul son básicamente diferentes, por lo que los requisitos de los transceptores y las distancias de transmisión también varían.

Tecnología 5G fronthaul

La transmisión fronthaul 5G es estricta en cuanto al ancho de banda y la latencia (que es inferior a 100µs), por lo que la interfaz eCPRI de 25Gbps se considera una opción óptima para la red fronthaul 5G. Teniendo en cuenta la comodidad y la eficiencia de la construcción de redes, la conexión inicial de primera línea 5G se basa en la conexión directa de fibra, que se complementa con la conexión WDM pasiva y la conexión WDM/OTN/SPN activa. Entre ellas, la conexión directa de fibra es fácil de mantener, pero consume más recursos de fibra. Como solución complementaria, la conexión WDM puede ahorrar recursos de fibra y tener una distancia de transmisión mayor que la conexión directa de fibra, pero su coste es elevado.

• La conexión directa de fibra se utiliza para enlazar cada AAU y DU, lo que puede desplegarse fácilmente y ahorrar una gran cantidad de recursos de fibra. Los módulos de luz gris de 25G serán los dominantes de la conexión directa en la transmisión fronthaul. Admiten la transmisión bidireccional de fibra doble y fibra única para alcanzar una distancia de transmisión de 330 m y 10 km, respectivamente.

• La conexión WDM pasiva puede multiplexar varias longitudes de onda y transmitirlas en un par de fibras o en una única fibra para conectar varias AAU a DU y ahorrar fibra. Sin embargo, plantea dificultades a los administradores de red a la hora de realizar el mantenimiento diario debido a su complejidad técnica. Generalmente, los transceptores de luz de color de 10G o 25G (módulos WDM) se aplican para esta conexión con una distancia de transmisión de 10km y 20km.

• La conexión activa WDM/OTN/SPN necesita desplegar dispositivos OTN (como WDM Mux/Demux, OADM, EDFA, OEO, etc.) entre el emplazamiento de la AAU y la sala de equipos de la DU. También utiliza tecnología WDM y proporciona múltiples conexiones de AAU a DU utilizando un par de fibras ópticas o una sola fibra. Normalmente, los módulos ópticos de luz gris 10G/25G con una distancia de transmisión corta se aplican para conectar AAU/DU con WDM/OTN/SPN. Las conexiones entre los dispositivos de red WDM/OTN/SPN pueden realizarse mediante transceptores de fibra óptica bidireccionales de doble fibra 10G/25G/50G/100G o de fibra única. En comparación con la solución WDM pasiva, la conexión WDM activa es más flexible y rentable, y puede desplegarse fácilmente, por lo que es probable que se utilice gradualmente en 5G.

Teniendo en cuenta los presupuestos de la red, algunos proveedores de servicios de red podrían aplicar módulos de fibra óptica de 10G para el despliegue de la red en la transmisión de primera línea 5G. Sin embargo, la industria prefiere utilizar módulos de 25G debido a que la granularidad de la red es de 25Gbps. Es decir, los transceptores de fibra óptica de 25G y 100G pueden ser las opciones óptimas para la red fronthaul 5G. La siguiente figura muestra las especificaciones de los transceptores de 25G y 100G.

Nota: Los módulos ópticos mencionados deben cumplir requisitos de fiabilidad, como temperatura industrial (-40℃~+85℃), resistencia al polvo, etc.

Tecnología 5G midhaul y backhaul

Los requisitos de ancho de banda y flexibilidad de red son básicamente los mismos para las redes 5G midhaul y backhaul. Pueden utilizar la misma tecnología para la transmisión, como IPRAN (Internet Protocol Radio Access Network), tecnología PTN y OTN, etc. A continuación, se presentan dos métodos de conexión para las redes 5G midhaul y backhaul.

Conexión OTN & IPRAN: los equipos OTN mejorados para paquetes con funciones de enrutamiento y reenvío se aplican para la transmisión 5G midhaul, mientras que la red backhaul 5G sigue adoptando el protocolo BGP para el enrutamiento y reenvío entre los dispositivos IPRAN y OTN. Con el fin de satisfacer la demanda de gran capacidad y fragmentación de red de 5G, IPRAN introducirá tecnologías de interfaz de alta velocidad como 25Gbit/s, 50Gbit/s y 100Gbit/s, o considerará la adopción de nuevas tecnologías de interfaz como FlexE (Ethernet flexible) para lograr el aislamiento físico y ofrecer una mejor garantía de calidad para la transmisión 5G.

Conexión OTN de extremo a extremo: los dispositivos de red OTN mejorados para paquetes de extremo a extremo se aplican para la transmisión 5G midhaul y backhaul. En comparación con la solución anterior, cuenta con sólidas capacidades de red y de mantenimiento de extremo a extremo para evitar los problemas de interoperabilidad y coordinación interprofesional entre OTN e IPRAN.

Figura 2: Arquitectura de topología midhaul y backhaul 5G

Además, las redes 5G midhaul y backhaul cubren la capa de acceso, la capa de agregación y la capa central de la MAN (red de área metropolitana), y los transceptores ópticos utilizados en su MAN son similares a los transceptores utilizados en las redes de transmisión y centros de datos existentes. Entre ellos, los módulos de luz gris o de color 25G/50G/100G se aplicarán principalmente para la red de la capa de acceso del metro, y la red de la capa de convergencia y núcleo del metro utilizará principalmente módulos ópticos de color 100G/200G 400G DWDM. La siguiente figura muestra los parámetros básicos de los transceptores de fibra óptica utilizados en la transmisión 5G midhaul y backhaul.

Conclusión

Actualmente, con la población de las aplicaciones 5G, existen múltiples tecnologías y soluciones de módulos ópticos para la red portadora 5G, lo que plantea un enorme potencial y grandes retos para el mercado de transceptores ópticos. Dado que existe una gran demanda en el mercado de transceptores ópticos 5G, y que el desarrollo de módulos ópticos 5G es difícil en este momento, los precios podrían ser un poco caros a corto plazo. Se cree que con la continua madurez de la tecnología y las aplicaciones 5G, el precio de los transceptores ópticos 5G disminuirá gradualmente en el futuro y el mercado seguirá siendo prometedor.