استقرار 5G از برنامه های کاربردی ماژول نوری

اتحادیه بین‌المللی مخابرات (ITU) سه سناریوی کاربردی اصلی را برای 5G تعریف می‌کند که عبارتند از: پهن‌باند موبایل پیشرفته (eMBB)، ارتباطات با تأخیر کم بسیار مطمئن (uRLC)، و نوع ارتباط ماشینی عظیم (mMTC). eMBB عمدتاً با هدف رشد انفجاری ترافیک اینترنت تلفن همراه، ارائه تجربه برنامه کاربردی شدیدتر برای کاربران اینترنت تلفن همراه است. uRLLC عمدتاً در کاربردهای صنعتی عمودی مانند کنترل صنعتی، پزشکی از راه دور، و رانندگی خودران، که الزامات بسیار بالایی برای تأخیر زمانی و قابلیت اطمینان دارند، هدف قرار گرفته است. mMTC عمدتاً در برنامه‌هایی مانند شهرهای هوشمند، خانه‌های هوشمند و نظارت بر محیط‌زیست است که سنجش و جمع‌آوری داده‌ها را هدف قرار می‌دهند.

با پیشرفت مداوم علم و فناوری، شبکه 5G به یکی از موضوعات داغ در حوزه ارتباطات امروزی تبدیل شده است. فناوری 5G نه تنها سرعت انتقال داده‌های سریع‌تری را برای ما فراهم می‌کند، بلکه از ارتباطات بیشتری بین دستگاه‌ها نیز پشتیبانی می‌کند، بنابراین امکانات بیشتری برای شهرهای هوشمند آینده، وسایل نقلیه خودران و اینترنت اشیا ایجاد می‌کند. با این حال، در پشت شبکه 5G، فناوری‌ها و تجهیزات کلیدی بسیاری وجود دارد که یکی از آنها ماژول نوری است.

ماژول نوری جزء اصلی ارتباطات نوری است که عمدتاً تبدیل فوتوالکتریک را تکمیل می کند، انتهای فرستنده سیگنال الکتریکی را به سیگنال نوری تبدیل می کند و انتهای گیرنده سیگنال نوری را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. به عنوان دستگاه اصلی، ماژول نوری به طور گسترده در تجهیزات ارتباطی استفاده می شود و کلید تحقق پهنای باند بالا، تاخیر کم و اتصال گسترده 5G است.

ساختار کلی شبکه های ارتباطی برای اپراتورهای مخابراتی معمولاً شامل شبکه های ستون فقرات و شبکه های شهری است. شبکه ستون فقرات شبکه اصلی اپراتور است و شبکه منطقه شهری را می توان به لایه اصلی، لایه تجمع و لایه دسترسی تقسیم کرد. اپراتورهای مخابراتی تعداد زیادی ایستگاه پایه ارتباطی در لایه دسترسی ایجاد می‌کنند که سیگنال‌های شبکه را به مناطق مختلف پوشش می‌دهد و به کاربران امکان دسترسی به شبکه را می‌دهد. در همان زمان، ایستگاه های پایه ارتباطی داده های کاربر را از طریق لایه تجمع شهری و شبکه لایه هسته به شبکه اصلی اپراتورهای مخابراتی ارسال می کنند.

به منظور برآورده کردن الزامات پهنای باند بالا، تأخیر کم و پوشش گسترده، معماری شبکه دسترسی بی سیم 5G (RAN) از ساختار دو سطحی واحد پردازش باند پایه 4G (BBU) و واحد خروجی فرکانس رادیویی تکامل یافته است. RRU) به یک ساختار سه سطحی از واحد متمرکز (CU)، واحد توزیع شده (DU) و واحد آنتن فعال (AAU). تجهیزات ایستگاه پایه 5G تجهیزات اصلی RRU و تجهیزات آنتن 4G را در تجهیزات جدید AAU ادغام می کند، در حالی که تجهیزات اصلی BBU 4G را به تجهیزات DU و CU تقسیم می کند. در شبکه حامل 5G، دستگاه‌های AAU و DU یک انتقال رو به جلو، دستگاه‌های DU و CU یک انتقال میانی و شبکه CU و ستون فقرات یک backhaul را تشکیل می‌دهند.

معماری سه سطحی که توسط ایستگاه های پایه 5G استفاده می شود، یک لایه پیوند انتقال نوری را در مقایسه با معماری سطح دوم ایستگاه های پایه 4G اضافه می کند و تعداد پورت های نوری افزایش می یابد، بنابراین تقاضا برای ماژول های نوری نیز افزایش می یابد.

1. افزایش نرخ انتقال:

با توجه به نیازهای پرسرعت شبکه های 5G، نرخ انتقال ماژول های نوری باید به سطوح 25 گیگابیت بر ثانیه، 50 گیگابیت بر ثانیه، 100 گیگابیت بر ثانیه یا حتی بالاتر برسد تا نیازهای انتقال داده با ظرفیت بالا را برآورده کند.

2. سازگاری با سناریوهای مختلف برنامه:

ماژول نوری باید در سناریوهای کاربردی مختلف از جمله ایستگاه های پایه داخلی، ایستگاه های پایه در فضای باز، محیط های شهری و غیره نقش داشته باشد و عوامل محیطی مانند محدوده دما، جلوگیری از گرد و غبار و ضد آب باید در نظر گرفته شود.

3. کم هزینه و راندمان بالا:

استقرار در مقیاس بزرگ شبکه های 5G منجر به تقاضای زیادی برای ماژول های نوری می شود، بنابراین هزینه کم و راندمان بالا الزامات کلیدی هستند. از طریق نوآوری های تکنولوژیکی و بهینه سازی فرآیند، هزینه ساخت ماژول های نوری کاهش می یابد و کارایی و ظرفیت تولید بهبود می یابد.

4. قابلیت اطمینان بالا و محدوده دمای درجه صنعتی:

ماژول‌های نوری در شبکه‌های حامل 5G باید قابلیت اطمینان بالایی داشته باشند و بتوانند در محدوده‌های دمایی سخت صنعتی (40- تا 85 ℃) پایدار عمل کنند تا با محیط‌های استقرار و سناریوهای کاربردی مختلف سازگار شوند.

5. بهینه سازی عملکرد نوری:

ماژول نوری باید عملکرد نوری خود را برای اطمینان از انتقال پایدار و دریافت با کیفیت بالا سیگنال های نوری، از جمله بهبود در افت نوری، پایداری طول موج، فناوری مدولاسیون و سایر جنبه ها، بهینه کند.