無線通信技術の基盤、5Gネットワークに向けた5種類の光ファイバ

 

光ファイバケーブルは、5G競争の重要なポイントの1つになりました。ご存じの通り、5Gネットワークは、より信頼性が高く、より強力な接続を備えた高速で低遅延のサービスを消費者に提供できます。しかし、これを実現するには、5G周波数帯域が高く、ネットワークカバレッジが限られているため、さらに5G基地局を構築する必要があります。また、2025年までに、世界の5G基地局の総数は650万に達すると推定されており、これにより、光ファイバケーブルのパフォーマンスと生産に対するより高い要件が提示されます。

現在、5Gネットワークアーキテクチャと技術的ソリューションの選択には、依然としていくつかの不確実性があります。ただし、基本的な物理層では、5Gファイバケーブルは現在のアプリケーションと将来の開発ニーズの両方を満たす必要があります。以下は、5Gネットワークの問題をある程度解決する光ファイバケーブルの種類です。

１．簡単な5G屋内マイクロ基地局用の低曲げ損失光ファイバケーブル

5Gの大規模な新しいマクロ基地局と屋内のマイクロ基地局間の高密度ファイバ接続は、5Gアクセスネットワーク構築における主な課題です。複雑なケーブル環境、特に屋内のファイバケーブル、および限られたスペースと曲げは、ファイバの曲げ性能に対する高い要件を要求します。光ファイバ準拠のITU G.657.A2/B2/B3は、優れた曲げ改善パフォーマンスを備えており、パフォーマンスを犠牲にすることなく、ステープル留めしてコーナーの周りで曲げることができます。

多くのファイバメーカーは、5G屋内アプリケーションでのこのような問題に対処するために、 低曲げ損失光ファイバケーブル（BIF）を発売しています。

ご注意くだい：誘導減衰は、特定の半径のマンドレルの周りにファイバが巻き付けられているために発生します。

２．5Gコアネットワークに適用されるOM5マルチモードファイバ

5Gサービスプロバイダーは、コンテンツが保存されているデータセンターの光ファイバネットワークの構築にも注力する必要があります。現在、データセンターの伝送速度は、10G/25G、40G/I00Gから25G/I00G、200G/400Gに進化しており、データセンター内の相互接続に使用されるマルチモード光ファイバに新しい要件が課されます。マルチモード光ファイバは、既存のイーサネット規格と互換性があり、将来の400Gや800Gなどの高速へのアップグレードに対応し、SWDMやBiDiなどの多波長多重化技術をサポートし、高密度のデータセンターのケーブル接続シナリオに対応するために優れた曲げ耐性を提供する必要もあります。

図1：100G BiDiおよび100G SWDMアプリケーションでのOM5ファイバ

 このような状況下では、新しいブロードバンド OM5マルチモードファイバは、データセンター建設のホットスポットオプションになります。OM5ファイバにより、850nmから950nm付近で複数の波長を同時に伝送できます。PAM4変調およびWDMテクノロジーを採用することにより、OM5光ファイバは100Gb/s、200Gb/s、および400Gb/s伝送システムで150メートルをサポートし、将来の短距離および高速伝送ネットワークの能力を確保し、5Gネットワーク環境でのデータセンター接続に最適です。光ファイバの種類とそれぞれの帯域幅を以下に示します。。

 

光ファイバ種類	有効帯域幅（MHz.km）		全注入帯域幅 (MHz.km)
光ファイバ種類	850nm	953nm	850nm	953nm	1310nm
OM3	>2000	/	>1500	/	>500
OM4	>4700	/	>3500	/	>500
OM5	>4700	/	>3500	1850	>500

 

以下は、850nm波長でのOM5と他のマルチモードファイバのリンク長の比較です。

３．ミクロン径の光ファイバにより、より高いファイバ密度を実現

5Gベアラーネットワークのアクセスレイヤまたはアグリゲーションレイヤの複雑な展開環境により、既存のケーブルパイプラインリソースが限られているなどの問題が発生しやすくなります。限られたスペースでより多くの光ファイバを収容できるようにするために、ケーブルメーカーはケーブルバンドルのサイズと直径を減らすために懸命に取り組んでいます。たとえば、最近Prysmian Groupは、5Gネットワークの要求を満たすために、BendBright XS 180µmシングルモードファイバを導入しました。この革新的な光ファイバにより、ケーブル設計者は125µmのガラス直径を維持しながら、ケーブルの寸法を大幅に削減できます。

図2：PrysmianのBendBright XS 180µmファイバ

BendBright XS 180µmシングルモードファイバと同様に、コーニングは同じ原理でSMF-28 Ultra 200ファイバを導入しました。これにより、ファイバケーブルメーカーは、以前のケーブルコーティングの厚さを245ミクロンから200ミクロンまで45ミクロン削り取り、全体の外径を小さくすることができます。また、別の光ファイバメーカーであるYOFCは、5Gネットワーク用のEasyBand plus-Mini200μm縮径低曲げ損失光ファイバケーブルも提供しています。これにより、ケーブルの直径を50％削減し、一般的な光ファイバと比較して、パイプラインのファイバ密度を大幅に増やすことができます。

４．有効断面積が大きいULLファイバは5Gリンク長を拡張できる

5Gファイバメーカーは、ファイバの到達距離を可能な限り長くするために、超低損失（ULL）光ファイバテクノロジーを積極的に模索しています。G.654.E光ファイバは、そのようなタイプの革新的な5Gファイバです。10G、25G、100Gでよく使用される一般的なG.652.Dファイバとは異なり、 G.652.Eファイバはより大きな有効面積と超低損失機能を備えています。これにより、光ファイバの非線形効果を大幅に低減し、OSGを改善できます。OSNRは、200Gおよび400G接続でのより高い信号変調フォーマットの影響を受けやすくなっています。

5Gコアネットワークとクラウドデータセンターの伝送速度と容量の継続的な増加に伴い、このような光ファイバケーブルがさらに必要になります。最新のCorningのG.654.Eファイバの一種であるTXFファイバは、データレートの高い機能と優れた到達距離を備えており、ネットワークオペレーターが増大する帯域幅の需要に対処しながら、全体的なネットワークコストを削減できると言われています。最近、InfineraとCorningは、このTXFファイバを使用して800kmにわたって800Gを達成しました。これは、このファイバが5Gネットワーク展開に優れた長距離伝送ソリューションを提供することが期待されることを示しています。

５．より高速な5Gネットワークインストール用の光ファイバケーブル

5Gネットワークの導入は屋内と屋外の両方のシナリオをカバーします。設置速度は考慮すべき要素です。ドライウォーターブロッキングテクノロジーを使用したフルドライの光ケーブルは、ケーブルの取り付け時のファイバ接続速度を向上させることができます。エアブローマイクロケーブルはコンパクトで軽量であり、ファイバ数を最大化するために高いファイバ密度を備えています。このタイプのケーブルは、複数の曲がりとうねりがある長いダクトに簡単に設置でき、送風設置方法により、人員と設置時間を節約し、設置効率を向上させることができます。屋外の光ファイバケーブルの配置では、齧歯動物用および鳥用の光ケーブルも使用する必要があります。

5Gネットワークの準備

現在、光ファイバは5Gの需要に対応できる最適な媒体です。5Gネットワークの拡張帯域幅容量、低レイテンシ要件、複雑な屋外導入は、光ファイバメーカーに課題と無限の可能性をもたらしますが、弊社の光ネットワークは、このような新しい需要に迅速に対応する必要があります。上記の光ファイバの種類を除いて、5Gファイバメーカーが他の革新的なファイバを市場にできるだけ早く投入するかどうかはまだわかりません。