La carrera global para desplegar redes 5G ha puesto demandas sin precedentes sobre la infraestructura física que lleva datos desde sitios celulares a redes centrales. Aunque gran parte de la atención pública se centra en torres de radio, células pequeñas y asignación de espectro, el verdadero habilitador de velocidad, capacidad y baja latencia de 5G es la infraestructura de red óptica que forma su columna vertebral. Sin un sistema de transporte de fibra óptica robusto y de alta capacidad, incluso los radios de gigli más avanzados no pueden ofrecer sus promesas de velocidades cuadrados

Las redes ópticas, construidas principalmente alrededor de fibras de vidrio que transmiten información como pulsos de luz, han sido desde hace mucho tiempo la base de comunicación larga y metropolitana. Sin embargo, la llegada de 5G las ha transformado de una capa pasiva de transporte en un componente activo, programable y profundamente integrado de la red de acceso inalámbrico. Este artículo explica cómo la infraestructura óptica apoya cada capa de 5G, desde la retroexpresión y la fibra esencial de próxima generación.

El papel fundamental de la fibra óptica en 5G

En su fibra óptica más simple, lleva datos usando señales de luz que viajan a través de un núcleo de vidrio o plástico. Debido a que la luz se mueve mucho más rápido que las señales eléctricas en cobre y sufre casi ninguna degradación de la señal a lo largo de distancias largas, la fibra ofrece dos atributos críticos a 5G: Incluso de la división de la fibra de dos veces

5G requiere una red de transporte que pueda manejar capacidades que son un orden de magnitud superior a 4G LTE. Por ejemplo, mientras que un sitio de células 4G típico puede necesitar una capacidad de retroalimentación de 1 Gbps o menos, una célula macro 5G que sirve áreas urbanas densas puede requerir 10 Gbps o más. Las células pequeñas, que se despliegan en grupos, demandan una capacidad agregada aún mayor.

Las conexiones basadas en cobre como DSL o cable coaxial no pueden soportar estas velocidades o retrasos a distancias superiores a unos pocos cientos de metros. Por lo tanto, cada plan de implementación de 5G - ya sea para un grupo de microcelular urbano denso, un sitio macro suburbano o un nodo de acceso inalámbrico fijo rural - en última instancia se basa en una conexión de fibra de backhaul.

Comparando el Fiber a las Tecnologías de Backhaul Alternativas

Las alternativas inalámbricas como microondas y enlaces de punto a punto de onda milimétrica pueden proporcionar a veces retroalimentación temporal o complementaria, pero sufren de limitaciones de línea de visión, limitaciones de capacidad y susceptibilidad a la moda de lluvia. Retroalimentación por satélite, mientras mejora con con constelaciones de bajo nivel de tierra, aún introduce problemas de latencia y capacidad limitada.

MMO masivo y el Imperativo Fiber Backhaul

Una de las innovaciones tecnológicas clave en 5G es MMO masivo] (inputación múltiple, salida múltiple). En vez de unas pocas antenas, las estaciones base 5G pueden emplear docenas o incluso cientos de elementos de antena, cada uno capaz de transmitir y recibir flujos de datos independientes. Esto aumenta dramáticamente la eficiencia espectral y permite que la estación base sirva a muchos usuarios simultáneamente.

En un despliegue típico de 5G, la unidad de radio (RU) se encuentra en la parte superior de la torre o en una lámpara de calle, la unidad distribuida (DU) está en alguna parte en la base de la torre o en un armario cercano, y la unidad centralizada (CU) puede estar a varios kilómetros en una oficina central. La conexión entre el RU y DU - conocido como el fronthaul

Células pequeñas y Densificación de fibra

Las bandas de frecuencias superiores de 5G —especialmente el espectro de onda milímetro (mmWave)— tienen un rango muy limitado y pueden ser bloqueadas por edificios, árboles e incluso lluvia. Para ofrecer una cobertura consistente, los operadores deben desplegar una capa densa de células pequeñas cada 100 a 300 metros en áreas urbanas. Cada célula pequeña requiere su propia fibra backhaul. Esto ha impulsado un aumento drástico en el número de emplazamientos de fibrasLT anualmente.

En entornos urbanos densos, la fibra debe ser desplegada no sólo a lo largo de las calles sino también en edificios, en tejados, y en postes de utilidad y muebles de calle. Los operadores utilizan cada vez más técnicas de micro-rechazo para poner fibra rápidamente con mínima perturbación, así como aprovechar las corrientes de conducto y fibra aérea existentes.El proceso es intensivo de capital pero esencial; una red 5G sin una adecuada fibra de retroalimentación dejaría escasas.

Tecnologías de transporte ópticos Capacidad 5G

Más allá de simplemente desplegar cables de fibra, 5G se basa en tecnologías avanzadas de transporte óptico para maximizar el uso de esa fibra. La más importante de estas es División de WDM Multiplexing (WDM), que permite múltiples longitudes de onda (colores) de luz para viajar simultáneamente en una sola fibra.

La transmisión óptica coherente es otra tecnología clave. Los módems modernos coherentes utilizan formatos de modulación avanzados como 16QAM o 64QAM combinados con el procesamiento digital de señales para empujar las tasas más allá de 400 Gbps por longitud de onda, incluso a través de distancias de cientos de kilómetros. Estos sistemas ahora son rentables para ser utilizados no sólo en redes de largo alcance sino también en redes de red de acceso flexible

Clicado óptico para corte de red

5G introduce el concepto de corte de red — creando redes virtuales aisladas en una infraestructura física compartida para servir diferentes casos de uso (por ejemplo, banda ancha móvil mejorada, IoT masivo, comunicaciones de baja frecuencia ultra confiables). Las redes de transporte óptico pueden apoyar la reducción a través de la segmentación de nivel de onda o de nivel de paquete. Por ejemplo, se puede asignar una longitud de onda personalizada a una banda de tráfico privada de última generación

Infraestructura óptica para el núcleo 5G y el borde

La red central de 5G es fundamentalmente diferente de 4G. Se construye en una arquitectura nativa de la nube con funciones de red virtualizadas que funcionan en servidores de productos básicos, a menudo distribuidas en el borde de red para reducir la latencia. Este computación de bordes de acceso múltiple (MEC)] coloca los recursos de cálculo y almacenamiento en 10-20 kilómetros del usuario final, que requieren conexión de alta banda

Las redes ópticas de acceso son la única manera práctica de interconectar estos nodos de borde. Un centro de datos de borde típico puede necesitar conectividad de 100-400 Gbps a sus sitios de celdas de apoyo, y los centros de datos de bordes múltiples deben estar vinculados entre sí y a núcleos centralizados. Esto requiere interconexión óptica densa, a menudo implementada usando tecnologías de red óptica de DWDM o de generación pasiva (PON).

Abordar los desafíos de la infraestructura óptica para 5G

A pesar de sus claras ventajas, el despliegue de infraestructura de red óptica para 5G enfrenta varios retos importantes. El alto gasto inicial de capital es el más importante. La construcción de nueva fibra — ya sea subterránea, montada en cadenas o a través de conductos existentes— es costosa, especialmente en áreas urbanas densas donde se permiten, derechos de terreno y costos de construcción son altos.

Otro reto es potencia y espacio. El equipo óptico activo, como las unidades de mux/demux WDM, los amplificadores y los transceptores coherentes, debe ser albergado en gabinetes de calle, chozas o refugios de estaciones base. Estos a menudo tienen presupuestos de potencia limitados y capacidades de refrigeración, que requieren un diseño cuidadoso para asegurar la confiabilidad.

Por último, ] seguridad y resiliencia son preocupaciones. Una fibra cortada puede derribar un conjunto completo de células 5G, y ya que los cables ópticos se instalan a menudo cerca de carreteras u otras utilidades, los cortes accidentales son comunes.Los operadores deben desplegar caminos de fibra redundantes, a menudo en rutas físicamente diversas, e implementar conmutación de protección automática para mantener la continuidad de servicio.

Reducir las innovaciones de los obstáculos de despliegue

Afortunadamente, múltiples innovaciones están haciendo un despliegue óptico para 5G más rápido y más rentable. Fibra insensible de fin, por ejemplo, permite doblar cables más fuertemente sin pérdida de señal, facilitando su recorrido a través de conductos estrechos, elevadores de edificios y huecos de nivel de calle. Esto reduce el tiempo de instalación y permite un diseño de red más flexible.

Micro-trenching] ha surgido como un método popular para instalar fibra en las aceras y carreteras. Una tragaperras estrecha (normalmente 1-2 pulgadas de ancho y 6-12 pulgadas de profundidad) se corta, el cable de fibra se coloca, y la ranura se llena de un compuesto de fijación rápida.El proceso puede completarse en días y semanas, con un mínimo de interrupción de tráfico.

] También se están refinando las soluciones de fibra aérea. Los cables de fibra ligera se pueden arrasar a los polos de alimentación o teléfono existentes, y las nuevas técnicas de cable colgantes permiten largos períodos entre polos sin necesidad de estructuras de mediana velocidad. Esto es particularmente útil para el retroceso rural 5G, donde los costes de trinchera son prohibitivos pero existen rutas de polos.

En el lado del equipo activo, el advenimiento de fotonics silicon] y transceptores coherentes integrados está reduciendo el costo de las conexiones ópticas de alta velocidad. Un módulo coherente de 400G que costó decenas de miles de dólares hace apenas unos años cuesta una fracción de eso, lo que hace viable para desplegarse en cada sitio de la célula.

Además, virtualización de funciones de red] y SDN permiten a los operadores gestionar los recursos ópticos centralmente, orquestar asignaciones de longitud de onda y automatizar la recuperación de fallas. Esto reduce los gastos operativos y hace posible escalar dinámicamente la capa óptica a medida que crecen las demandas de tráfico.

El futuro: 6G y más allá

En el futuro, el papel de la infraestructura óptica sólo se profundizará. 6G, que se espera que llegue alrededor de 2030, exigirá incluso mayores tasas de datos (tal vez 1 Tbps por usuario), latencia submicroseguida, e integración con la detección y la IA. Las frecuencias de terahercios y superficies inteligentes requerirán un tejido denso increíblemente de puntos de acceso a la radio, cada una capacidad de control extrema exigente [FLT]

Además, comunicación óptica libre-espacio (LiFi y enlaces basados en láser)] puede complementar la fibra tradicional para los últimos metros en entornos ultra-densos, como estadios o pisos de fábrica. Sin embargo, para la gran mayoría de la red de transporte, la fibra seguirá siendo el único medio capaz de entregar la escala requerida. El término "todo-efecto" podría ser redundante porque las redes inalámbricas de la radio posterior, cada vez más,

Conclusión

La infraestructura de red óptica no es sólo un elemento de soporte de la expansión 5G, es el habilitador esencial. Desde el backhaul que une cada macro y pequeña célula hasta el núcleo, hasta el fronthaul que conecta radios MIMO masivas, al centro de datos de borde interconexiones, fibra óptica proporcionan el ancho de banda, la baja latencia y escalabilidad que demanda 5G. Mientras que desafíos como costos, complejidad de despliegue, y tecnologías de la innovación física del espacio,

Para los operadores de telecomunicaciones, invertir en una capa óptica densa y programable hoy crea una base que no sólo apoyará la realización completa de 5G sino que también facilitará la transición a lo que viene después. El futuro de la inalámbrica es, literalmente, cargado por la luz.

Para mayor lectura: La Asociación de Banda Ancha proporciona información sobre las tendencias del despliegue de fibras. Una visión técnica detallada del transporte óptico en 5G está disponible desde Light Reading.