نشر 5G لتطبيقات الوحدات البصرية
تقنية الاتصالات المتنقلة من الجيل الخامس والمختصرة بـ 5G، هي جيل جديد من تكنولوجيا الاتصالات المتنقلة ذات النطاق العريض مع خصائص السرعة العالية، وزمن الوصول المنخفض، والاتصال الكبير. البنية التحتية للاتصالات 5G هي البنية التحتية للشبكة لتحقيق التوصيل البيني بين الإنسان والآلة والأشياء.
يحدد الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU) ثلاثة سيناريوهات تطبيقية رئيسية لتقنية الجيل الخامس، وهي النطاق العريض المتنقل المحسن (eMBB)، والاتصالات ذات الكمون المنخفض فائقة الموثوقية (uRLLC)، ونوع الاتصالات الضخم للآلات (mMTC). يهدف eMBB بشكل أساسي إلى النمو الهائل لحركة الإنترنت عبر الهاتف المحمول، مما يوفر تجربة تطبيق أكثر تطرفًا لمستخدمي الإنترنت عبر الهاتف المحمول؛ تهدف uRLLC بشكل أساسي إلى تطبيقات الصناعة الرأسية مثل التحكم الصناعي، والتطبيب عن بعد، والقيادة الذاتية، والتي لها متطلبات عالية للغاية للتأخير الزمني والموثوقية؛ يهدف mMTC بشكل أساسي إلى تطبيقات مثل المدن الذكية والمنازل الذكية والمراقبة البيئية التي تستهدف الاستشعار وجمع البيانات.
مع التقدم المستمر للعلوم والتكنولوجيا، أصبحت شبكة 5G واحدة من الموضوعات الساخنة في مجال الاتصالات اليوم. لن توفر لنا تقنية 5G سرعات نقل بيانات أسرع فحسب، بل ستدعم أيضًا المزيد من الاتصالات بين الأجهزة، وبالتالي خلق المزيد من الإمكانيات للمدن الذكية المستقبلية والمركبات ذاتية القيادة وإنترنت الأشياء. ومع ذلك، خلف شبكة 5G، هناك العديد من التقنيات الرئيسية ودعم المعدات، واحدة منها هي الوحدة البصرية.
الوحدة الضوئية هي المكون الأساسي للاتصال البصري، والذي يكمل بشكل أساسي التحويل الكهروضوئي، ويحول الطرف المرسل الإشارة الكهربائية إلى إشارة بصرية، ويقوم الطرف المستقبل بتحويل الإشارة الضوئية إلى إشارة كهربائية. باعتبارها الجهاز الأساسي، يتم استخدام الوحدة الضوئية على نطاق واسع في معدات الاتصالات وهي المفتاح لتحقيق نطاق ترددي عالٍ وتأخير منخفض واتصال واسع النطاق لـ 5G.
اتصال المحطة الأساسية: عادةً ما توجد محطات 5G الأساسية في المباني الشاهقة وأبراج الاتصالات وأماكن أخرى، وتحتاج إلى نقل البيانات بسرعة وبشكل موثوق إلى أجهزة المستخدم. يمكن للوحدات الضوئية أن توفر نقل بيانات عالي السرعة ومنخفض الكمون، مما يضمن إمكانية وصول المستخدمين إلى خدمات اتصالات عالية الجودة.
الاتصال بمركز البيانات: يمكن لمراكز البيانات تخزين ومعالجة كميات كبيرة من البيانات لتلبية احتياجات المستخدمين. تُستخدم الوحدات الضوئية للاتصال بين مراكز البيانات المختلفة، وكذلك بين مراكز البيانات والمحطات الأساسية، مما يضمن إمكانية نقل البيانات بسرعة وكفاءة.
يتضمن الهيكل العام لشبكات الاتصالات لمشغلي الاتصالات عادةً الشبكات الأساسية وشبكات المناطق الحضرية. الشبكة الأساسية هي الشبكة الأساسية للمشغل، ويمكن تقسيم شبكة المنطقة الحضرية إلى طبقة أساسية وطبقة تجميع وطبقة وصول. يقوم مشغلو الاتصالات ببناء عدد كبير من محطات الاتصالات الأساسية في طبقة الوصول، والتي تغطي إشارات الشبكة إلى مناطق مختلفة، مما يسمح للمستخدمين بالوصول إلى الشبكة. وفي الوقت نفسه، تقوم محطات الاتصالات الأساسية بنقل بيانات المستخدم مرة أخرى إلى الشبكة الأساسية لمشغلي الاتصالات من خلال طبقة التجميع الحضرية وشبكة الطبقة الأساسية.
من أجل تلبية متطلبات النطاق الترددي العالي، والكمون المنخفض، والتغطية الواسعة، تطورت بنية شبكة الوصول اللاسلكية (RAN) 5G من هيكل ثنائي المستوي لوحدة معالجة النطاق الأساسي 4G (BBU) ووحدة سحب الترددات الراديوية ( RRU) إلى هيكل ثلاثي المستويات للوحدة المركزية (CU)، والوحدة الموزعة (DU)، ووحدة الهوائي النشطة (AAU). تقوم معدات المحطة الأساسية 5G بدمج معدات RRU الأصلية ومعدات هوائي 4G في معدات AAU جديدة، مع تقسيم معدات BBU الأصلية لـ 4G إلى معدات DU وCU. في شبكة الناقل 5G، تشكل أجهزة AAU وDU إرسالًا أماميًا، وتشكل أجهزة DU وCU إرسالًا وسيطًا، وتشكل شبكة CU والشبكة الأساسية وصلة خلفية.
تضيف البنية ثلاثية المستويات التي تستخدمها محطات 5G الأساسية طبقة من رابط النقل البصري مقارنة ببنية المستوى الثاني لمحطات 4G الأساسية، ويزداد عدد المنافذ الضوئية، وبالتالي يزداد الطلب على الوحدات الضوئية أيضًا.
1. طبقة الوصول إلى المترو:
طبقة الوصول إلى المترو، تُستخدم الوحدة الضوئية لتوصيل محطات قاعدة 5G وشبكات النقل، مما يدعم نقل البيانات عالي السرعة والاتصالات ذات زمن الوصول المنخفض. تتضمن سيناريوهات التطبيق الشائعة الاتصال المباشر بالألياف الضوئية وWDM السلبي.
2. طبقة التقارب الحضرية:
في طبقة التقارب الحضرية، تُستخدم الوحدات الضوئية لتجميع حركة البيانات في طبقات وصول متعددة لتوفير عرض نطاق ترددي عالٍ ونقل بيانات عالي الموثوقية. تحتاج إلى دعم معدلات نقل وتغطية أعلى، مثل 100 جيجابت/ثانية، و200 جيجابت/ثانية، و400 جيجابت/ثانية، وما إلى ذلك.
3. الطبقة الأساسية الحضرية/الخط الرئيسي الإقليمي:
في نقل الطبقة الأساسية وخط الجذع، تتولى الوحدات الضوئية مهام نقل بيانات أكبر، مما يتطلب سرعة عالية ونقل لمسافات طويلة وتقنية قوية لتعديل الإشارة، مثل الوحدات الضوئية DWDM.
1. زيادة معدل الإرسال:
مع متطلبات السرعة العالية لشبكات 5G، يجب أن تصل معدلات نقل الوحدات الضوئية إلى مستويات 25 جيجابت/ثانية، أو 50 جيجابت/ثانية، أو 100 جيجابت/ثانية أو حتى أعلى لتلبية احتياجات نقل البيانات عالي السعة.
2. التكيف مع سيناريوهات التطبيق المختلفة:
يجب أن تلعب الوحدة الضوئية دورًا في سيناريوهات التطبيقات المختلفة، بما في ذلك المحطات الأساسية الداخلية والمحطات الأساسية الخارجية والبيئات الحضرية وما إلى ذلك، ويجب مراعاة العوامل البيئية مثل نطاق درجة الحرارة ومنع الغبار والعزل المائي.
3. التكلفة المنخفضة والكفاءة العالية:
يؤدي نشر شبكات 5G على نطاق واسع إلى طلب كبير على الوحدات الضوئية، وبالتالي فإن التكلفة المنخفضة والكفاءة العالية تعد من المتطلبات الأساسية. من خلال الابتكار التكنولوجي وتحسين العمليات، يتم تقليل تكلفة تصنيع الوحدات الضوئية، وتحسين كفاءة الإنتاج والقدرة.
4. موثوقية عالية ونطاق درجة الحرارة الصناعية:
يجب أن تتمتع الوحدات الضوئية في شبكات 5G بموثوقية عالية وأن تكون قادرة على العمل بثبات في نطاقات درجات الحرارة الصناعية القاسية (-40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية) للتكيف مع بيئات النشر وسيناريوهات التطبيق المختلفة.
5. تحسين الأداء البصري:
تحتاج الوحدة البصرية إلى تحسين أدائها البصري لضمان النقل المستقر والاستقبال عالي الجودة للإشارات الضوئية، بما في ذلك التحسينات في الفقد البصري، واستقرار الطول الموجي، وتكنولوجيا التعديل، وجوانب أخرى.
في هذه الورقة، يتم تقديم الوحدات البصرية المستخدمة في تطبيقات 5G الأمامية والمتوسطة والخلفية بشكل منهجي. توفر الوحدات البصرية المستخدمة في تطبيقات 5G الأمامية والمتوسطة والخلفية للمستخدمين النهائيين أفضل خيار للسرعة العالية والتأخير المنخفض والاستهلاك المنخفض للطاقة والتكلفة المنخفضة. في شبكات الجيل الخامس 5G، تتولى الوحدات الضوئية، باعتبارها جزءًا مهمًا من البنية التحتية، مهام نقل البيانات والاتصالات الرئيسية. ومع تعميم شبكات الجيل الخامس وتطويرها، ستستمر الوحدات الضوئية في مواجهة متطلبات أداء أعلى وتحديات التطبيقات، مما يتطلب الابتكار المستمر والتقدم لتلبية احتياجات شبكات الاتصالات المستقبلية.
إلى جانب التطور السريع لشبكات الجيل الخامس، تتقدم تكنولوجيا الوحدات الضوئية أيضًا بشكل مستمر. أعتقد أن الوحدات الضوئية المستقبلية ستكون أصغر حجمًا وأكثر كفاءة وقادرة على دعم سرعات نقل البيانات الأعلى. ويمكنها تلبية الطلب المتزايد على شبكات الجيل الخامس مع تقليل استهلاك الطاقة وتقليل تأثير شبكات الاتصالات على البيئة. كمورد محترف للوحدات الضوئية،الشركةسوف نشجع المزيد من الابتكار في تكنولوجيا الوحدات الضوئية ونعمل معًا لتقديم دعم قوي لنجاح شبكات 5G وتطويرها المستدام.