טרנסצ'יברס אופטי הפכו לחסימות בנייה חיוניות באדריכלות של רשתות אלחוטיות מודרניות.כדור חמישי (5G) מערכות בקנה מידה מפריסות ראשוניות לכיסוי צפופה, אורכי, רשת התחבורה חייבת לספק יכולת עצומה, גבולות נוקשים נוקשים ואמינות יוצאת דופן. ,אופטימיים מעבירים את הגשרים הפיזיים המחברים יחידות רדיו מרוחקות (RRU) ליחידות מבוזרות (DU), ו-DUscres) כדי להזיזומים אלה את הגבולות הקדמיים של אור מרכזיים (CUOCU) כדי ל-CUOCUOC) כדי ל-CUOCUOCUOCUOCUlating CUOC) כדי ל-C) כדי ל-Crevrevrevrevrevulating CUlating CUlating CUlating CUlating CUlating CUlating) כדי ל-C) כדי ל-CUlating יחידות חשמל (בטווח של , כלומר, כדי ל-CUlating CUOC) כדי ל-C) כדי ל-Cretras) כדי ל-Cretras) כדי ל-

התפקיד הקריטי של Transceivers אופטיים ב 5G Infrastructure

רשתות 5G שונות ביסודן מדורות קודמות בארכיטקטורה שלהם.השינוי לעבר רשתות נגישות מרכזי וענן-רדיו (C-RAN ו- O-RAN) מפריד עיבוד בסיס מראש הרדיו, הדורשות יכולת גבוהה, קישורים בעלי יכולת נמוכה בין האלמנטים הפונקציונליים הללו. transceivers Optical הם מעשי העבודה של קישורים אלה, נושאת אותות רדיו או חבילות Ethernet על פני סיבים חד-מו-ממים או רב-מונים.

בפריסה טיפוסית של 5G, קטע החזית מחבר את יחידת הרדיו (RU) ליחידה מבוזרת (DU) בהתאם לאופציה המפולגת פונקציונלית, קישור זה עשוי לשאת דיגיטציה ב-phase /quadrature (IQ) באמצעות Common Radio Interface (CPRI) או שיפור CPRI (eCPRI) לתצורה מסיבית עם 64 transceivers ו- M100 רוחב פס, זרם יחיד של 25b דורש תמיכה קפדנית של GPS (GPS) או יותר מ- GPS) או יותר מ- GPSAv2, כולל C2, כולל C2, כולל C2, כולל C2, כולל CPSAv2, כולל CPS (C2, כולל CPS) עבור קיבולת GPS) עבור קיבולת GPSAvT).

באמצע ה-Helle ו-Backhaul, שבו DUs להתחבר ליחידות מרכזיות ו- ON ל-Le הליבה הניידת, מרחקים יכולים לעגל עשרות קילומטרים.כאן, טרנזיום אופטיים קוהרנטיים המשתמשים בעיבוד אותות דיגיטליים (DSP) מאפשרים שיעורי נתונים מ -100 Gbps ל-800 Gbps מעל פני טווחי ארוך ללא חזרות.

התקדמות טכנולוגית חדשה

שיעור נתונים גבוה עם Advanced Modulation

אולי ההתקדמות הגלויה ביותר היא הקפיצה בשיעורי נתונים של per-lane. פריסות 5G מוקדם בשימוש 10 Gbps ו 25 Gbps Transceivers, אבל הדור הנוכחי משתמש באופן נרחב 100 Gbps לכל נתיב באמצעות PAM4 (ארבע רמות הדופק amplitudeulation) PAM4 מכפיל את שיעור ה bit יחסית ל-NRZ על ידי שני סיביות לכל סמלים על פני ארבע רמות של GRPXL כיום, ו- 100.

במבט קדימה, 200 Gbps לכל נתיב הוא בפיתוח, מיקוד 800 Gbps ו-1.6 Tbps Pluggable Transceivers. Coherent טכנולוגיה - פעם שמורה לצוללת ארוכה ורשתות ארציות - הוא גם נודד קישורים קצר-reach סטנדרטי. 400ZR, למשל, מפרט ממשק משותף עבור 400 Gbps מעל 80-120 ק"מ באמצעות גישה אופטית זו להורדת כרטיסי קו רוחב 5.

לקריאה נוספת על האבולוציה של PAM4 וממשקים קוהרנטיים, ראה את מאמר IEEE על (FLT:0400G /800G ממשקים אופטיים עבור ממשקי xHaulveFLT:1 ).

אינטגרציה מינימלית ועצימות גבוהה

גינוי רשת - סימן ההיכר של 5G - דרישות כי טרנזירים אופטיים מתכווץ תוך תמיכה בנתוני נמל גבוהים יותר אי פעם.התעשייה הגיבה עם גורמים קטנים יותר של צורה FP56 (ממשק חשמלי תואם SFP28 אבל עם תמיכה PAM4) ו-SFP112 (112 Gbps per Path) מאפשר למפעילים קיימים SFP+ מהירויות גבוהות יותר ללא שינוי החומרה, בינתיים, QSDD-800 ומעלה, מאשר לספק מספר גדול יותר מ-800 יחידות חשמליות, או לאפסים, לעומת 4G, בהתאמה, או לאפסים גדולים יותר מ-800 יחידות חשמליות, בהתאמה, או לאומטרה, לעומת 4G, לעומת 4.

פוטוניקה של הסיליקון (SiPh) כבר אינסטרומנטאלי בהשגת המיניaturization הזה.על ידי שילוב של מודולים אופטיים, גלאי גל ותהליכי ייצור סטנדרטיים של CMOS, photonics סיליקון להפחית את מספר מתגים דיסקרטיים וסימולציות איסוף נתונים. חברות מציעות כעת 100 Gbps ו -40 Gbps SiPhceivers הפועלים על פני סיבים חד-פעמיים עם ירידה נמוכה של כוח Cgic (הפחתת כוח) כאשר הם עדיין מקבל תוספת של 5GC) כדי להפחית את הפחתת כוח שלילי יותר מ-Cp (C) כדי לבצע התפלגות הפחתת התפלגות הפחתת התפלגות CPO 5GR) ב-C).

אנרגיה יעילה חדשנות

צריכת חשמל היא הוצאה תפעולית דומיננטית ברשתות סלולריות. transceivers אופטי עבור 5G חייב לספק יכולת גבוהה ללא שימוש באנרגיה גדל באופן לא פרופורציונלי. חידושים אחרונים התמקדו בהפחתת כוח במעט באמצעות אלגוריתמי DSP מתקדמים, שיפור הנהג ועיגולים מגבר, ומקורות לייזר יעילים.

לדוגמה, השימוש בהגדרה דיגיטלית (DPD) וטוםינסון-Harashima מראש לפצות על מגבלות רוחב פס של נהגים מודולטור, המאפשר מתחים נמוכים יותר נדנדה בצד המקלט, coherent DSPs מיושמות ב 7 nm או 5 nm CMOS להפחית את צריכת החשמל על ידי יותר מ -40% בהשוואה ל -16 מיליון בני אדם.

דחיפה ל-"ירוק" 5G גם עוררה את התפתחותן של מצבי עצלות בעלי כוח נמוך ותנאי שינה עבור טרנזירים, התאמה דינמית של מתח ותדירות המבוססת על עומס תנועה.טכניקות אלה יכולות להפחית את צריכת החשמל הממוצעת ב- 30–50% בשעות ה-peak.

ניהול תפוצה ו-Depersion Management

בעוד שקישורים 5G רבים הם קצרים יחסית (תחת 20 ק"מ), חיבורי גב אל נקודות הסגירה אזורית יכולים לעלות על 80 ק"מ. פיזור Chromatic ואפקטי קוטליזציה הופכים משמעותיים במרחקים אלה, במיוחד בשיעורי הבכי גבוה יותר.העברים המודרניים משלבים פיצוי פיזור דיגיטלי מתקדם ב-DSP המקלט, תוך ביטול הצורך בפיזור ייעודי של מודולים.

עבור יישומים אולטרה-ארוכים, טכניקות שידור חדשות כגון עיצוב קבוצות כוכבים פרוביביליסטי (PCS) לאפשר לטרנסצ'יבזרים להתאים פורמטים מודולציה מבוסס דינמי על תנאי קישור, עלייה ב- עד 30% במקרים מסוימים.התעברת ריבוי פס (באמצעות O-, E-, E-, S-, C-, ו-L-bands) מבטיחה להרחיב את היכולת נוספת ללא פריסת סיבים חדשים, אם כי זה דורש שידור רחב של מגבר אופטי.

סימולציות ל- Beyond 5G ו- 6G Networks

הדרישות האדריכליות של מעבר ל-5G (B5G) ו- 6-דור (6G) דוחפות תחבורה אופטית מעבר לגבולות הנוכחיים.נהגי מפתח כוללים כפלית מקצה לקצה, ממשקי רדיו טרה-זמנית, ושילוב חלק עם קצה AI וחישה.

תמיכה ב- Ultra-Reliable Low-Latency Communications

6G צפוי לדרוש נטיות אוויריות בעלות יותר מ -100 מיקרו-שניות, אשר בתורו דורש רשת תחבורה אופטית עם שקיפות מקצה לקצה של פחות מ 50 שניות.זה משאיר שולי קטן עבור מתגים חוזרים או מבולגן. או טרנסצ'יטור אופטי התומכים בעקביות דטרמיניסטית - מושגת באמצעות סינכרונל קפדני וג'יטר - הם קריטיים יותר בתקופות רגישות יתר על פני זרם לייזר (N) עם לייזר (pic) עם לחץ דם נמוך יותר, עם רוחב לייזר (p-ג'י) עם רוחב ביניים (p-DTP) עם רוחב יתר על פני רוחבי) עם רוחב לייזר (pgix) עם רוחב יתר על פני רוחב לייזר (pgit) עם רוחב כפול) עם רוחב כפול) עם רוחבי) עם רוחב לייזר (pgit) עם ייצוב (pgit) עם רוחב לייזר (pgix) עם רוחבי) עם רוחבי) עם רוחבי) עם רוחב כפול (ptrax) עם רוחב בינוני (pgixDTP) עם רוחב בינוני (ptrax) עם רוחבי) עם רוחב כפול (ptrax) עם רוחב בינוני (ptra-ג'י) עם רוחב כפול (pgi

Enabling Massive MIMO ו- Beamforming

מערך MIMO מסיבי עם מאות אלמנטים אנטנה לייצר דרישות קיבולת חזיתית עצומה.עבור תחנת בסיס 6G עם 256 אנטנה ו 1 GHz של רוחב פס, כל זרם עשוי לדרוש 200 Gbps, המוביל לגיוס הביקוש הקדמי בעשרות של terabits לשנייה. Optical Transceivers המסוגלים לטפל 400 Gbps או 800 Gbps לכל קישור, מצטבר באמצעות גלאז'ט לייזר רב-יכול מאפשר גישה גמישה רק כדי ל-מחדשנית.

רשת Slicing and Programmability

רשתות אלחוטיות עתידיות יתבססו רבות על הרשת המרשימה לספק הסכמים ייעודיים ברמת שירות עבור מקרים כגון אוטומציה תעשייתית, תקשורת הולוגרפית וכלי רכב אוטונומיים. transceivers מתפתחים כדי לתמוך הקצאת רוחב פס על בסיס לכל ערוץ. טרנסג'נדרים אופטיים המוגדרים על ידי Software-תוכנה יכולים להתאים את פורמט ה- Modulation, תיקון שגיאות קדימה על פני, ותפוקה של כוח כדי להתאים לדרישות מיידיות.

שילוב עם AI ואוטומציה

טרנזיום אופטי יותר ויותר מוטבע עם יכולות ניטור - מדידה קיבלה כוח, יחס אות-ל-נוז, ושיעור שגיאות מעט בזמן אמת. בשילוב עם ניתוח מונע AI, נתונים אלה מאפשרים תחזוקה חיזוי, איתנות אשמה, וניתוק אוטונומי. לדוגמה, מנוע בינה מלאכותית מרכזי יכול לזהות עוברי מידרדרים בחזית ולורות של SDN כדי להחליף את יכולת הגל החיונית הזו לפני שתאפשר יכולת הקישור הבסיסית של 6G.

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות התקדמות מהירה, כמה מהמכשולים נשארים לפני טרנזיום אופטיים יכולים לתמוך באופן מלא בחזון של B5G ו- 6G.

ניכוי עלויות וייצור

העלות של פתרונות מהירים קוהרנטיות, תוך ירידה, היא עדיין סדר גודל גבוה יותר מאשר אינטנסיביות בקנה מידה ישיר מחיקה (IM /DD) פתרונות פריסה נרחבת ברשת הגישה רדיו, במיוחד תאים קטנים ותאים ארגוניים, עלויות transceive חייב לרדת מתחת 100 דולר עבור 100 קישורים Gbps.זה דורש התקדמות במזג אווירי, בדיקה ומכשירי סטנדרטית (OL) באמצעות עלויות סטנדרטיות סטנדרטיות.

אזור מחקר קשור הוא פיתוח של פלטפורמות פוטוניקה סיליקון בעלות נמוכה שיכול לתמוך הן מודולטורים מהירים ו photodetectors על אחד למות. הנוכחי SiPh מודולulators יש רוחב פס מוגבל בהשוואה למכשירים ליתיום חנק (LiNbO3), אבל מודולים של ניהול מוביל בצומת מתקדם הם הפער.

ניהול וגמישות

כמו טרנזצ'יברס לארוז יותר נתיבים ומהירות גבוהה יותר DSP לתוך המתחם הקטן יותר, צפיפות תרמית עולה.הטמפרטורה הפנימית של 400 Gbps QSFP-DD מודול יכול לעלות על 70 מעלות צלזיוס תחת עומס מלא, אשר מאיץ ההזדקנות של לייזרים והובלת אלקטרוניקה.אריזות עתידיות חייב לשלב סביבות מתקדמות לחות, מיקרו-fluidics, או קירור תרמואלקטרי (TEC) עם יעילות משופרת באותו זמן, עבור דרישות שטח 5G.

שילוב עם סיליקון Photonics ואלקטרוניקה

אופטיקה משותפת מייצגת את רמת האינטגרציה האולטימטיבית, אך אתגרים הנדסיים רבים נשארים: סובלנות היערכות בין אופטיקה ואלקטרוניקה, coefficient תרמי של ההתרחבות לא מתאים, ותשואות של מחקר היברידית בדפוסי מיקרו-העברה ומטרות חיבור מהירויות של חיבור לוויתנים בין מתגי 3-V עם מעגלים פוטוניים בקנה מידה ויפר.

כיוונים עתידיים למחקר

מעבר 6G, רשתות עשויות לדרוש יכולת terabit-per-link. חלוקת החלל מרובותxing (SDM) - באמצעות סיבים בעלי ערך מועט, סיבים מרובים, או חבילות סיבים - מציעה דרך לקיבולת בקנה מידה ללא יעילות ספקטרום מוגברת. SDM Transceivers יצטרכו להתמודד עם ערוצי שטח מרובים בו זמנית, הדורשים מעגלים משולבים פוטוניים חדשים עם מסלולים עצמאיים לכל ליבה או מוקדם של מצב, אך אוסרים על שידורים של 1pive, אך ורק עלות.

אזור נוסף הוא השימוש של טרמפיסטים אופטיים ב-Free-space Opt (FSO) קישורים עבור backhaul אלחוטי.זה יכול לספק יכולת דמוית סיבים לאזורים קשים-לreach ללא עגיל. transceivers היברידיים שיכולים לעבור בין סיבים ו- FSO הם נחקרים עבור תרחישי פריסה גמישים.

לניתוח שוק מעמיק של מגמות אופטיות של Transceiver, מתייחס לדיווח של LightCounting על תחזיות תקשורת:0Optical Communications Market PredictureFLT:1.

סקירה מקיפה של דרישות תחבורה 6G זמינה ב-FLT:0OFC 2024 הליכים של ההרחבה:1, במיוחד מפגשים על גישה אופטית וחזית.

לבסוף, ספריית IEEE Xplore Digital מארחת מאמרים רבים על טכניקות מודולציה מתקדמות עבור מעבר ל-5G קישורים אופטיים, כגון:0 זה 2023 נייר על 800G coherent Transceivers עבור קישורים ניידים אחוריים 1 .

מסקנה

Transceivers אופטית התפתחו ממגירים חשמליים פשוטים אופטיים ועד למכשירים מתוחכמים, גמישים תוכנה שיוצרים את עמוד השדרה של 5G ותחת 6G רשתות. Advances in Modulation (PAM4, coherent 400ZR, 800G), נוגדנים עמידים ב-Lowication (QSFP-DD, OSFP, CPO), יעילות אנרגיה (Ocity, דרישות לייזר נמוכות, ו-F)