Optik Transceivers'te 5g ve Kablosuz Ağların Ötesinde
Optik transceivers, modern kablosuz ağların mimarisinde vazgeçilmez bina blokları haline geldi. beşinci nesil (5G) ilk dağıtımlardan yoğun olarak, ubiquitous kapsama, taşıma ağı muazzam kapasiteye, sert geçlik sınırlarına sahip olmalı ve son derece yüksek çözünürlükte elektrik sinyalleri, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, Gullublara ve yüksek çözünürlükte bağlantı kurmalı.
Optik Transceivers'in 5G Altyapısında Eleştirel Rolü
5G ağları, mimarlıklarında önceki nesillerden temel olarak farklıdır. Bu bağlantıların merkezileştirilmesi ve bulut-radio erişim ağlarına (C-RAN ve O-RAN) tek mod veya çok fazla mod fiber işlemesi yapmak.
Tipik bir 5G dağıtımında, ön segment, radyo ünitesini (RU) dağıtık üniteye (DU) bağladı. fonksiyonel bölme seçeneğine bağlı olarak, bu bağlantı, ön-fadrature (IQ) ile ilgili sayısallaştırılmış veya 100 Gbps (CPRI) veya geliştirilmiş CPRI (eCPRI) örnekleri ile, bu nedenle 64 transivers ve 100 MHz bant genişliğine bağlı olarak, tek bir anten akışı yaklaşık 25 Gbps önbellek kapasitesi gerektirir; birden fazla akışla, toplam kapasite 100 Gbps'yi aşabilir.
Ortada ve geri dönüşler, DU'ların merkez birimlerine ve mobil çekirdeklere bağlı olduğu yerde, mesafeler on kilometreye kadar çıkabilir. İşte QSFP-D, OSFP ve CFP2-DCO, operatörlerin kapasite artırımı yapabilmelerine izin verir.
Son Teknolojik Gelişmeler
Gelişmiş Modulation ile Yüksek Veri Oranları
Belki de en görünür ilerleme, PAM4 (dört seviyeli pul pul amplitübeği) kullanarak, PAM4 (dört seviyeli pul pulbi) dört mil boyunca sembolünü iki katına çıkarmak için biraz daha fazla Gbps kullanıyor.
Önümüzdeki 200 Gbps, şerit başına 200 Gbps, 800 Gbps ve 1.6 Tbps trable transceivers. Coherent teknolojisi - uzun süredir kullanılabilir denizaltı ve karasal ağlar için - ayrıca kısa erişim bağlantılarına kıyasla da hızlanıyor. Örneğin, 64 Gbps için eşanlı bir arayüz sunuyor.
PAM4 ve koherent arabirimlerinin evrimi hakkında daha fazla okuma için, IEEE makalesini GÜNCEL:0)400G /800G optik arayüzleri kablosuz xHaul).
Miniaturizasyon ve Yüksek Boyut Bütünleşme
Ağ kesintisi - 5G'nin bir salon işareti - mevcut SFP+ yuvalarını ev sahibi donanım olmadan daha yüksek hızlara yükseltmeye izin verir. SFP56 (elektriksel arayüz eşleştirme SFP28 ama PAM4 desteği ile) ve SFP112 (112 Gbps şerit başına) operatörlerin ev sahibi donanım değiştirmeden daha büyük bir sürücüyü yükseltmesine izin verir.
Silikon fotonikleri (SiPh) bu miniaturizasyona ulaşmak için araçsal olmuştur. Optik modüller, dedektörleri ve standart CMOS yapım süreçleri ile dalga kılavuzları standart olarak CMOS üretim süreçleri, silikon fotonikleri, optik motor sayısını azaltır ve ASIC'yi basitleştirirken, elektrik yükünün düşük güç dağılımı ile tek modda çalışan 100 Gbps SiPh transceivers sunar. Co-packaged optikler (CPO) 51.2G'ye kadar daha fazla entegre eder.
Enerji Verimliliği Yeniliği
Power tüketimi mobil ağlarda baskın bir operasyonel masraftır. 5G için Optik transceivers, yüksek kapasiteyi orantısız olarak artan enerji kullanımı olmadan teslim etmelidir. Son yenilikler gelişmiş DSP algoritmaları aracılığıyla biraz daha düşük güce odaklanmıştır, geliştirilmiş sürücü ve yükseltici devreler ve verimli lazer kaynakları.
Örneğin, dijital predistortion (DPD) ve Tomlinson-Harashima modülatör sürücülerinin bant sınırlamaları için telafiler, daha düşük gerilimler sağlar. Alıcı tarafında, 7 nm veya 5 nm CMOS, güç tüketimini 16 nm nesillere kıyasla azaltır. Ek olarak, SOA (semik optik yükseltici yükseltici yükseltici yükselticiler) amplifiğe olan sürücülerin ihtiyaçlarını azaltır.
“yeşil” 5G için itme aynı zamanda düşük güç boş modlarının gelişimini ve transceivers için uyku durumlarını teşvik etti, dinamik olarak yük yüklere ve frekansları trafik yüklerine dayanarak ayarlayabilir.Bu teknikler ortalama güç tüketimini 30-50% kapalı saatler boyunca azaltılabilir.
Genişletilmiş erişim ve Dispersion Yönetimi
Birçok 5G bağlantısı nispeten kısa (20 km) olsa da, alıcı DSP'de gelişmiş dijital tazminatlar, adanmış dağıtım noktalarına olan bağlantıları 80 km'yi aşabilir. Chromatic Dağıtım ve kutuplaşma etkileri bu mesafelerde önemli hale gelir, özellikle de yüksek baud oranlarında, örneğin, alıcı DSP'de gelişmiş dijital tazminat, kutuplaşma modundaki tazminat taleplerini ortadan kaldırır.
ultra uzun süreli uygulamalar için, olasılıksal takım şekillendirme gibi yeni iletim teknikleri (devasyon) transceivers'in bağlantı koşullarını adapte etmek için modülasyon formatlarına dinamik olarak erişim sağlar, bazı durumlarda% 30'a kadar ulaşır.
5G ve 6G Ağlarının Ötesinde Örnekler
5G (B5G) ve altıncı nesil (6G) sistemleri mevcut sınırların ötesinde optik taşımayı zorlar. Anahtar sürücüler alt-milli saniye son-son geçki, terabit-per-ikinci radyo arayüzleri ve kenar AI ve algılama ile sorunsuz bir entegrasyon içerir.
Ultra-Reliable Low-Latency Communications
6G, 50 mikrosaniyeden daha az geç geç geç saatlerde optik bir taşıma ağı talep ediyor. Bu, düşük maliyetli lazer dağıtımı veya tamponlama için küçük marj bırakıyor. daha düşük çözünürlükte hız dağılımı - tüm optik devreleri ve jitter ortadan kaldırımları ile elde edilen optik geçişler - kritik.Uzgunlu ağ geçişleri ile sağlayabiliyor.
Enabling Massive MIMO ve BeamInfo
Massive MIMO dizileri yüzlerce anten elementi ile muazzam bir önyükleme kapasitesi gereksinimleri yaratır.Bir 6G baz istasyonu için 256 çoklu anten ve 1 GHz bant genişliği ile toplanabilir, her akış bu verileri taşımak için 200 Gbps'ye kadar, tümleşik optik transceivers talep eder.
Ağ Slicing ve Programlanabilirlik
Gelecekteki kablosuz ağlar, kanal başına programlanabilir anahtarlama biçimini sağlamak için ağ bölmeye büyük güvenecektir.Bu uyumlu iletişim ve otomatik olarak yapılandırılabilir dijital sinyal işlemcileri ve kanal bazlı fotoğraf bant genişliğine destek vermektedir. Software-defined optik transceivers can adjust format, forward error düzeltme üst ve çıkış gücü anında gereksinimleriyle eşleştirmek için devre dışı.Bu adaptasyon, yeniden yapılandırılabilir dijital sinyal işlemcileri ve toplanılabilir fotoğraf bileşenleri ile etkinleştirilebilir.
AI ve Otomasyon ile entegrasyon
Optik transceivers giderek izleme yetenekleri ile gömülüdür - alınan güç, sinyal-to-noise oranı ve gerçek zamanlı olarak, AI-güdümlü analiz ile birlikte, bu veriler tahmin edilebilir bakım, hata yerelleştirme ve otonom geri yükleme için gereklidir. Örneğin, merkezi bir AI motoru önhaulda bir lisanslama transliği tespit edebilir ve SDN kontrolörünün bağlantı başarısızlığı meydana gelmeden önce bir yedeklemeye talimat verebilir.
Meydanlar ve Gelecek Yollar
Hızlı ilerlemeye rağmen, optik transceivers'in vizyonunu tamamen B5G ve 6G'nin desteğini alabilir.
Maliyet Azaltımı ve Cilt İmalatı
Yüksek hızlı koherent transceivers maliyeti, düşüşken, 100 Gbps bağlantı için birim başına 100 $ daha yüksek bir boyutlandırma (IM/D) çözümleri için, özellikle de küçük hücreler ve işletme femtocells'te yaygın dağıtım için, transceiver maliyetlerin maliyetinin 100 Gbps bağlantı için birim başına 100 $ 'dan daha yüksek olması gerekir. Bu, yüksek ölçekli entegrasyon, otomatik test ve ambalajlamada ilerlemeler gerektirir.
İlgili bir araştırma alanı, düşük maliyetli silikon fotonik platformlarının gelişimidir, ancak taşıyıcı-tapletion modüllators ve fotodetectors tek bir ölü üzerinde.Mevcut SiPh modüllators, lityum niobate ile kıyasla sınırlı bant genişliğine sahiptir (LiNbO3) cihazlar, ancak taşıyıcı-tapletion modüllators farkı kapatmaktadır.
Termal Yönetim ve Güvenilirlik
Transceivers daha fazla şerit ve daha yüksek hız DSP'ler daha küçük muhafazalara, termal yoğunluk artışlara ek olarak, 400 Gbps QSFP-D modülünün iç sıcaklığı, 5G/6'nın tüm yükleri altında 70 °C'yi aşabilir, ki bu da lazerlerin ve sürücü elektroniklerinin yaşlanmasını hızlandırır.
Silikon Fotonikleri ve Elektronik
Co-packaged optikler nihai entegrasyon seviyesini temsil eder, ancak birçok mühendislik zorluk kalır: optik ve elektronik, genişleme yanlış eşleri arasındaki toleranslar ve hibrit montajdaki araştırma. Mikro-transfer baskı ve wafer bağı, III-V lazerleri silikon fotonik devreleri wafer ölçeği ile birleştirmeyi amaçlar. Ek olarak, ışık cipsi arasındaki optik interposers arasındaki bağlantılar arasındaki uyumsuz modüller arasındaki bağlantı noktaları ortadan kaldırılabilir.
Future Research
6G'nin ötesinde, ağlar terabit-per-link kapasitesi talep edebilir. Uzay bölmesi birden fazlaxing (SDM) - her çekirdek veya mod fiberleri kullanarak, multi-core fiberler veya fiber paketler - artan verimlilik olmadan bir yol sunar. SDM transceivers aynı anda birden çok uzaysal kanalı ele almak zorunda kalacaktır, her bir çekirdek veya mod için bağımsız yollar ile yeni fotonik bütünleme devreleri gerektirir.
Başka bir burun alanı, fiber ve FSO işlem arasında geçiş yapabilecek olan optik transceivers kullanımı, kablosuz backhaul için bağlantılarıdır. Bu, sert erişim alanları için sert-toplama olmadan fiber ve FSO işlemleri arasında geçiş yapabilecektir.
Optik transceiver trendlerinin ayrıntılı bir pazar analizi için, IşıkCounting'in raporundan bahsedin:0)Optical Communications Market Tahminleri[Dön 1: 1).
6G taşıma gereksinimlerinin kapsamlı bir genel bakışı, [[0)OFC 2024 işlemleri), özellikle optik erişim ve önhaul üzerinde seanslar mevcuttur.
Son olarak, IEEE Xplore Digital Library, mobil geri dönüş için 800G koherent transceivers üzerinde 800G coherent transceivers üzerinde gibi gelişmiş modulation teknikleri üzerine çok sayıda makaleye sahiptir.
Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç
Optik transceivers, basit elektrik-to-optik dönüştürücülerden, entellektüel sistemlerden oluşan ve 6G'nin arka kemiğini oluşturan ve modlu hızlarda (PAM4, coherent 400ZR, 800G), yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte bulunan yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan bir şekilde sağlanır.