Ανάπτυξη 5G εφαρμογών οπτικών μονάδων

Η Διεθνής Ένωση Τηλεπικοινωνιών (ITU) ορίζει τρία βασικά σενάρια εφαρμογών για το 5G, συγκεκριμένα Ενισχυμένη ευρυζωνική σύνδεση κινητής τηλεφωνίας (eMBB), εξαιρετικά αξιόπιστη επικοινωνία χαμηλής καθυστέρησης (uRLLC) και μαζική επικοινωνία τύπου μηχανής (mMTC). Το eMBB στοχεύει κυρίως στην εκρηκτική ανάπτυξη της κίνησης στο Διαδίκτυο για κινητά, παρέχοντας πιο ακραία εμπειρία εφαρμογών για τους χρήστες του Διαδικτύου κινητής τηλεφωνίας. Το uRLLC στοχεύει κυρίως σε εφαρμογές κάθετης βιομηχανίας, όπως ο βιομηχανικός έλεγχος, η τηλεϊατρική και η αυτόνομη οδήγηση, οι οποίες έχουν εξαιρετικά υψηλές απαιτήσεις για χρονική καθυστέρηση και αξιοπιστία. Το mMTC στοχεύει κυρίως σε εφαρμογές όπως έξυπνες πόλεις, έξυπνα σπίτια και περιβαλλοντική παρακολούθηση που στοχεύουν στην ανίχνευση και τη συλλογή δεδομένων.

Με τη συνεχή πρόοδο της επιστήμης και της τεχνολογίας, το δίκτυο 5G έχει γίνει ένα από τα καυτά θέματα στον τομέα της επικοινωνίας του σήμερα. Η τεχνολογία 5G όχι μόνο θα μας παρέχει μεγαλύτερες ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων, αλλά θα υποστηρίζει και περισσότερες συνδέσεις μεταξύ συσκευών, δημιουργώντας έτσι περισσότερες δυνατότητες για μελλοντικές έξυπνες πόλεις, αυτόνομα οχήματα και το Διαδίκτυο των πραγμάτων. Ωστόσο, πίσω από το δίκτυο 5G, υπάρχουν πολλές βασικές τεχνολογίες και υποστήριξη εξοπλισμού, μία από τις οποίες είναι η οπτική μονάδα.

Η οπτική μονάδα είναι το βασικό στοιχείο της οπτικής επικοινωνίας, η οποία ολοκληρώνει κυρίως τη φωτοηλεκτρική μετατροπή, το άκρο αποστολής μετατρέπει το ηλεκτρικό σήμα σε οπτικό σήμα και το άκρο λήψης μετατρέπει το οπτικό σήμα σε ηλεκτρικό σήμα. Ως βασική συσκευή, η οπτική μονάδα χρησιμοποιείται ευρέως στον εξοπλισμό επικοινωνίας και είναι το κλειδί για την επίτευξη υψηλού εύρους ζώνης, χαμηλής καθυστέρησης και ευρείας σύνδεσης 5G.

Η συνολική δομή των δικτύων επικοινωνίας για τηλεπικοινωνιακούς φορείς συνήθως περιλαμβάνει δίκτυα κορμού και δίκτυα μητροπολιτικών περιοχών. Το δίκτυο κορμού είναι το κεντρικό δίκτυο του χειριστή και το δίκτυο της μητροπολιτικής περιοχής μπορεί να χωριστεί σε στρώμα πυρήνα, στρώμα συγκέντρωσης και επίπεδο πρόσβασης. Οι πάροχοι τηλεπικοινωνιών κατασκευάζουν μεγάλο αριθμό σταθμών βάσης επικοινωνίας στο επίπεδο πρόσβασης, καλύπτοντας σήματα δικτύου σε διάφορες περιοχές, επιτρέποντας στους χρήστες να έχουν πρόσβαση στο δίκτυο. Ταυτόχρονα, οι σταθμοί βάσης επικοινωνίας μεταδίδουν δεδομένα χρήστη πίσω στο δίκτυο κορμού των τηλεπικοινωνιακών φορέων μέσω του μητροπολιτικού επιπέδου συγκέντρωσης και του δικτύου βασικού επιπέδου.

Προκειμένου να ανταποκριθεί στις απαιτήσεις υψηλού εύρους ζώνης, χαμηλής καθυστέρησης και ευρείας κάλυψης, η αρχιτεκτονική του δικτύου ασύρματης πρόσβασης 5G (RAN) έχει εξελιχθεί από μια δομή δύο επιπέδων της μονάδας επεξεργασίας βασικής ζώνης 4G (BBU) και της μονάδας εξαγωγής ραδιοσυχνοτήτων ( RRU) σε μια δομή τριών επιπέδων κεντρικής μονάδας (CU), κατανεμημένης μονάδας (DU) και ενεργής μονάδας κεραίας (AAU). Ο εξοπλισμός του σταθμού βάσης 5G ενσωματώνει τον αρχικό εξοπλισμό RRU και τον εξοπλισμό κεραίας του 4G σε έναν νέο εξοπλισμό AAU, ενώ διαχωρίζει τον αρχικό εξοπλισμό BBU του 4G σε εξοπλισμό DU και CU. Στο δίκτυο κινητής τηλεφωνίας 5G, οι συσκευές AAU και DU σχηματίζουν μια εμπρός μετάδοση, οι συσκευές DU και CU σχηματίζουν μια ενδιάμεση μετάδοση και το δίκτυο CU και κορμού σχηματίζουν ένα backhaul.

Η αρχιτεκτονική τριών επιπέδων που χρησιμοποιείται από τους σταθμούς βάσης 5G προσθέτει ένα επίπεδο σύνδεσης οπτικής μετάδοσης σε σύγκριση με την αρχιτεκτονική δεύτερου επιπέδου των σταθμών βάσης 4G και ο αριθμός των οπτικών θυρών αυξάνεται, επομένως αυξάνεται και η ζήτηση για οπτικές μονάδες.

1. Αύξηση του ρυθμού μετάδοσης:

Με τις απαιτήσεις υψηλής ταχύτητας των δικτύων 5G, οι ρυθμοί μετάδοσης των οπτικών μονάδων πρέπει να φτάσουν τα επίπεδα των 25Gb/s, 50Gb/s, 100Gb/s ή ακόμη υψηλότερα για να καλύψουν τις ανάγκες μετάδοσης δεδομένων υψηλής χωρητικότητας.

2. Προσαρμόστε σε διαφορετικά σενάρια εφαρμογών:

Η οπτική μονάδα πρέπει να παίζει ρόλο σε διαφορετικά σενάρια εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένων των εσωτερικών σταθμών βάσης, των εξωτερικών σταθμών βάσης, των αστικών περιβαλλόντων κ.λπ., και πρέπει να ληφθούν υπόψη περιβαλλοντικοί παράγοντες όπως το εύρος θερμοκρασίας, η πρόληψη της σκόνης και η αδιαβροχοποίηση.

3. Χαμηλό κόστος και υψηλή απόδοση:

Η μεγάλης κλίμακας ανάπτυξη δικτύων 5G οδηγεί σε τεράστια ζήτηση για οπτικές μονάδες, επομένως το χαμηλό κόστος και η υψηλή απόδοση είναι βασικές απαιτήσεις. Μέσω της τεχνολογικής καινοτομίας και της βελτιστοποίησης της διαδικασίας, το κόστος κατασκευής των οπτικών μονάδων μειώνεται και βελτιώνεται η απόδοση και η χωρητικότητα παραγωγής.

4. Υψηλή αξιοπιστία και εύρος θερμοκρασίας βιομηχανικού βαθμού:

Οι οπτικές μονάδες σε δίκτυα φορέα 5G πρέπει να έχουν υψηλή αξιοπιστία και να μπορούν να λειτουργούν σταθερά σε σκληρές βιομηχανικές θερμοκρασίες (-40 ℃ έως +85 ℃) για να προσαρμοστούν σε διαφορετικά περιβάλλοντα ανάπτυξης και σενάρια εφαρμογής.

5. Βελτιστοποίηση οπτικής απόδοσης:

Η οπτική μονάδα πρέπει να βελτιστοποιήσει την οπτική της απόδοση για να εξασφαλίσει σταθερή μετάδοση και λήψη οπτικών σημάτων υψηλής ποιότητας, συμπεριλαμβανομένων βελτιώσεων στην οπτική απώλεια, τη σταθερότητα του μήκους κύματος, την τεχνολογία διαμόρφωσης και άλλες πτυχές.