Tres opciones para el despliegue de enlaces middle-haul y fronthaul 5G

Los dispositivos ópticos de red desempeñan un papel vital en las redes de transmisión óptica. Desempeñan diversas funciones en la capa física de la red, como la multiplexación de longitudes de onda, la distribución de potencia óptica y la conversión fotoeléctrica. Es una realidad que los dispositivos ópticos desempeñaron un papel importante en el éxito de las redes 3G y 4G. Sin embargo, cuando se trata de redes 5G, existen retos considerables en relación con la conectividad fronthaul y middle haul. Hablaremos de esos retos y de las posibles soluciones en este post, pero aclaremos lo que significa cuando hablamos de fronthaul y middle haul en el contexto de las redes 5G.

Diferencias arquitectónicas entre 4G y 5G

• Las funciones de las BBU 4G se distribuyen entre dos nuevos componentes: CU y DU. Las CU se encargan de los servicios y protocolos que no son en tiempo real, mientras que las DU se encargan del resto de funciones de las BBU.
• La antena se reconstruye en AAU (unidad de antena activa). La AAU realiza las funciones de procesamiento de la capa física de la RRU original, la BBU original y la antena 4G pasiva.
• Las DU (unidades distribuidas) gestionan los servicios en tiempo real y los protocolos de la capa física. En las redes 4G, disponemos de BBU para gestionar estos protocolos y servicios.
• El protocolo de comunicación CPRI se utiliza para la transmisión de datos fronthaul en 4G, y se sustituye por eCPRI en 5G.

¿Qué son los servicios 5G Fronthaul, Mid-haul (o middle-haul) y backhaul?

En las redes 5G, "Fronthaul" se refiere a los enlaces de comunicación que conectan los equipos de radio de montaje en torre y las unidades distribuidas. El fronthaul 5G gestiona los servicios en tiempo real y en tiempo real. Generalmente, los datos fronthaul se transmiten por cables de fibra óptica. Los enlaces middle-haul son los que conectan las unidades distribuidas con las unidades centrales, y estos enlaces funcionan con servicios y protocolos que no son en tiempo real. El backhaul conecta las subredes 5G a las redes centrales.

Consideraciones sobre componentes ópticos para enlaces fronthaul y mid-haul 5G

En las redes 5G, las estaciones base inalámbricas suelen desplegarse en los tejados de los edificios o en las torres de comunicaciones. Por lo tanto, los dispositivos ópticos utilizados en el middle-haul y fronthaul deben ser capaces de soportar condiciones exteriores adversas. El rango de temperatura de funcionamiento de estos componentes ópticos debe cumplir los requisitos de rango de temperatura de los equipos industriales, es decir, de -40 a 85℃. Para instalaciones en interiores, los componentes ópticos deben cumplir los requisitos de temperatura de los equipos comerciales, es decir, de 0 a 70℃.

Por lo general, la distancia de transmisión necesaria para los enlaces fronthaul 5G sigue siendo inferior a 10 km, de los cuales entre 5 y 10 kilómetros representan el 20%, y menos de 5 kilómetros el 80%. Sin embargo, es algo que cambia de una aplicación a otra. Debemos tener en cuenta el aumento de la atenuación en cada enlace fronthaul para una planificación segura debido a la degradación del cable de fibra óptica tendido en condiciones atmosféricas.

El rango de distancia de enlace especificado es de 10 a 40 kilómetros para los enlaces de media distancia. Por lo tanto, los equipos utilizados en los enlaces de media distancia deben cumplir los requisitos especificados para los equipos de calidad industrial por diversos organismos.

Soluciones propuestas para la red 5G frontal y de media distancia

Todos sabemos que los transceptores ópticos utilizan la conversión fotoeléctrica para convertir las señales eléctricas en señales ópticas y utilizan cables de fibra óptica para la transmisión de datos. Por tanto, el coste máximo está relacionado con los recursos de fibra óptica en cualquier red óptica. Por eso, las redes se diseñan centrándose en la optimización de recursos, y se puede ahorrar mucho dinero utilizando menos cables de fibra óptica. En la siguiente parte de este post, hablaremos de tres soluciones de red viables para construir enlaces de fibra óptica fronthaul y mid-haul.

Primera opción: transceptores BiDi SFP28 de 25 G

En los casos en los que no hay escasez de recursos, podemos utilizar módulos BiDi SFP28 de 25G para conseguir una conectividad directa entre los equipos de montaje en poste y las unidades distribuidas. En la mayoría de los casos, una estación base alberga tres células. Este esquema requerirá tres cables de fibra óptica para el enlace fronthaul de una estación base. Esta disposición se conoce como One Fiber One Cel, y puede funcionar para enlaces de entre 10 y 20 kilómetros.

Segunda opción: Esquema WDM

Otra solución viable para conseguir enlaces fronthaul 5G es la multiplexación de varios servicios. En esta técnica, cada longitud de onda de servicio gestionada por una estación base se multiplexa en un par de fibras o en una sola fibra para ahorrar recursos. El esquema WDM también se conoce como esquema 1-Fiber 1-Site. Sin embargo, esta opción puede ser típica en muchos casos porque incorporará módulos ópticos de varios colores. Por tanto, su diseño, despliegue y mantenimiento suponen un reto. Aquí entra en juego el papel de los transceptores ópticos sintonizables. Estos transceptores pueden facilitar el despliegue del esquema WDM.

Así, muchos operadores han hecho posible el uso de módulos SFP28 sintonizables 25G y componentes ópticos pasivos como módulos CCWDM 5G y OMUX 5G para establecer enlaces fronthaul 5G robustos. El esquema WDM activo es mejor, ya que mantendrá la compatibilidad del sistema con los servicios 3G y 4G existentes. Además, el esquema WDM activo ofrece mejores capacidades de optimización y gestión. Sin embargo, construir enlaces WDM activos costará más que construir enlaces WDM pasivos.

Tercera opción: Esquema WDM pasivo

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DWDM y CWDM son dos tipos de división pasiva de la longitud de onda disponibles. En la configuración fronthaul WDM pasiva, varias estaciones base se conectan a una DU mediante una red P2MP punto a multipunto. Esta opción es similar a la segunda, ya que ambas utilizan WDM para la transmisión de datos entre las AAU y las DU. Sin embargo, la configuración de un esquema WDM pasivo es más rentable que el WDM activo. El Mux/Demux DWDM de 40 canales es una opción fronthaul 5G muy popular, ya que puede enlazar hasta seis estaciones base con DUs, siempre que cada estación tenga tres celdas.

La disponibilidad de AWG adecuados es esencial para esta opción. En la actualidad, los AWG comerciales disponibles en el mercado no son lo suficientemente resistentes a entornos hostiles. Sin embargo, algunos proveedores afirman haber desarrollado AWG atérmicos. También podemos utilizar divisores PLC como sustitutos de los AWG, ya que la versión industrial de estos divisores puede soportar entornos exteriores.

Conclusión

La aparición de la 5G es un paso revolucionario en la historia de las redes. Sin embargo, la pandemia en curso, las crisis de los semiconductores y otras cuestiones geopolíticas, además de una teoría técnica inadecuada, son algunos de los retos a los que se enfrentan tanto los consumidores como los fabricantes de hardware.

La mejor opción viable para las redes fronthaul es el esquema de conexión directa por fibra. Los esquemas WDM activos y pasivos también son viables por esta causa, pero el hardware adecuado sigue siendo una gran incógnita. En este post, hablamos de tres posibles soluciones para construir enlaces fronthaul y middle-haul 5G. Creemos que a finales de 2022, las cosas serán más transparentes y veremos otras opciones fiables de conectividad 5G.