高速直連銅纜(DAC)： 下一代5G開放式無線接入網(wǎng)和邊緣連接的可行選擇

  隨著越來越多的蜂窩設(shè)備被連接到網(wǎng)絡(luò)，電信行業(yè)未來的發(fā)展無可限量。再考慮到5G移動寬帶旨在根據(jù)3GPP規(guī)范實現(xiàn)每平方公里連接一百萬臺設(shè)備，這就更不足為奇了。同時，根據(jù)愛立信的移動市場報告預(yù)測，今年平均每臺設(shè)備的月數(shù)據(jù)流量將有望達到19 GB。該報告還預(yù)測，今年的移動通信總流量將達到每月110 EB, 也就是1100億GB! 蜂窩服務(wù)提供商對超快響應(yīng)速度和隨時隨地訪問無限數(shù)據(jù)以實現(xiàn)最佳客戶體驗寄予厚望。因此，電信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)展到復(fù)雜的虛擬化無線電系統(tǒng)，由龐大的開放式解決方案選項體系提供支持。電信終端用戶和硬件供應(yīng)商在開放標(biāo)準(zhǔn)上進行合作，以實現(xiàn)共同的目標(biāo)——使更多的設(shè)備連接成為可能。隨著對無線電需求的不斷增長，開放式無線接入網(wǎng)（O-RAN）標(biāo)準(zhǔn)日益普及。O-RAN因具備連接傳統(tǒng)無線電系統(tǒng)的能力而備受關(guān)注，許多蜂窩供應(yīng)商為了推出5G并為全球下一代移動通信技術(shù)部署奠定基礎(chǔ)，正在轉(zhuǎn)向開放式無線接入網(wǎng)概念。

  開放式無線接入網(wǎng)采用創(chuàng)新的開源設(shè)計以及非專有的商用現(xiàn)成品或技術(shù)（COTS）硬件和以太網(wǎng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有助于實現(xiàn)更多連接。O-RAN提供了易于集成和可擴展性的分解網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，具有互操作功能，可為私有和中立主機蜂窩網(wǎng)絡(luò)提供更低成本、更好創(chuàng)新以及更多機會。當(dāng)我們深入分析O-RAN架構(gòu)的組成部分時，我們就會發(fā)現(xiàn)，無線電單元（RU）、分布式單元（DU）、集中式單元（CU）、蜂窩基站網(wǎng)關(guān)和RAN智能控制器（RIC），可以隨時隨地部署短距離和長距離網(wǎng)絡(luò)連接。與任何高帶寬低延遲傳輸需求一樣，物理層的連接性能非常重要。特別是在RU和DU之間的前傳鏈路，新的eCPRI和以太網(wǎng)無線電（RoE）協(xié)議可提供高效、靈活的基于以太網(wǎng)的傳輸，且目標(biāo)最大延遲僅為100微秒。隨著延遲的進一步降低，電源及熱可靠性比以往任何時候都更加重要。

  部署位置的靈活性

  在O-RAN架構(gòu)中，之前用來處理上行和下行流量的專有射頻拉遠(yuǎn)頭（RRH）和基帶處理單元（BBU）被帶有開放接口的RU、DU和CU（通常被稱為O-RU、O-DU和O-CU）所取代。DU和CU通常與用于控制和優(yōu)化RAN功能的軟件定義RIC一起被部署在服務(wù)器上。網(wǎng)絡(luò)的前傳部分位于將無線電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的RU和負(fù)責(zé)實時物理層傳輸和密集數(shù)字處理的DU之間。中傳指的是位于DU和CU之間的網(wǎng)絡(luò)部分，可支持更高層級的功能，并通過回傳將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶诵幕蛟粕稀?

  O-RAN的優(yōu)勢之一是在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方式和各種構(gòu)建塊位置選擇方面具有靈活性。蜂窩網(wǎng)絡(luò)可以部署為私有網(wǎng)絡(luò)和大型服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)。在大規(guī)模宏O-RAN中，服務(wù)提供商可采用集中式方法，將DU和CU共同安置在遠(yuǎn)端邊緣，也可以采用分布式方法，僅將CU安置在邊緣站點，并將DU與RU共同安置在基站。服務(wù)提供商也可將DU單獨安置在遠(yuǎn)端邊緣，將CU安置在邊緣或區(qū)域云數(shù)據(jù)中心，或采取與傳統(tǒng)部署相同的方法，將RU、DU和CU安置在基站。RIC也可安置在遠(yuǎn)端、邊緣或基站，具體取決于應(yīng)用的實時性。

  雖然O-RAN具有極大的靈活性，但仍需要考慮諸如適用于未來的連接器、延遲、帶寬要求、功率限制和部署成本等因素。將CU整合到較少的中心位置是最經(jīng)濟高效的設(shè)計方式。然而，由于較短的距離有助于減少延遲，前傳連接的延遲和帶寬需求往往需要DU與RU同時存在于基站。又由于CU不負(fù)責(zé)實時功能，RU和DU到CU的距離并不是那么重要。

  隨著前傳協(xié)議轉(zhuǎn)向基于以太網(wǎng)的eCPRI和RoE，延遲有所改善。一個DU可以連接到多個RU位置，最長可達20公里——每增加一公里就會增加約5微秒的延遲。然而，與此同時，前傳網(wǎng)關(guān)（FHGW）則通過將基于CPRI的傳統(tǒng)接口轉(zhuǎn)換為分組以太網(wǎng)幀來實現(xiàn)O-RAN的啟用。設(shè)備通過執(zhí)行額外的處理以使CPRI適應(yīng)以太網(wǎng)。在存放DU和FHGW集群的遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)中心，交換機連接DU并提供前傳FHGW連接，從而在資源分配方面提供了更大的靈活性。

  物理層考量因素

  隨著5G的進一步普及，密集的基站和繁重的數(shù)據(jù)流量將需要借助CU和核心之間的回傳連接來支持?jǐn)?shù)百千兆比特，服務(wù)提供商成為400G及以上高速以太網(wǎng)連接的關(guān)鍵驅(qū)動力。DU和CU之間的中傳傳輸速率將在100Gb/s的范圍以內(nèi)，而RU和DU（和FHGW）之間的前傳速率通常為10或25Gb/s。地理位置獨立的RU、DU和CU需要采用光纖布線和收發(fā)器來在較遠(yuǎn)距離上支持以上速率。例如，5G核心距CU可達200公里，而CU和DU之間的距離則是20至80公里。但是，當(dāng)他們處在同一位置時，對于他們之間的連接以及CU和DU集群的連接，還有一個更經(jīng)濟高效的選項。

  高速互連組件，如支持100Gb/s的無源QSFP28 直連銅纜(DAC) 和支持25Gb/s的SFP28 直連銅纜(DAC) ，可為O-RAN內(nèi)的短距離連接提供最低延遲的方案。雖然這些DAC的距離被限制在5米左右，但它們?nèi)匀皇枪駜?nèi)直連的理想選擇，這在O-RAN基站以及遠(yuǎn)端和邊緣數(shù)據(jù)中心內(nèi)極為常見。無源DAC還提供了最低的端口功耗，與帶有獨立收發(fā)器的光纖布線相比，每個端口的功耗降低了91%至97%，因此在短距離服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)接入連接中迅速得以被廣泛采用。

  隨著服務(wù)提供商和私有蜂窩網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)普及5G，并升級到O-RAN架構(gòu)（該架構(gòu)可大幅降低總擁有成本并開啟新的機會），他們應(yīng)當(dāng)仔細(xì)考慮采用高速DAC了。如今，DAC尚未廣泛使用于短距離無線接入網(wǎng)絡(luò)。將DAC用于短距離高速電信連接可最大限度地降低總運營成本、減少延遲，并改善能效性能。這些優(yōu)勢與愛立信微波展望報告中強調(diào)的有關(guān)下一代移動通信技術(shù)需求的首要目標(biāo)一致。在數(shù)據(jù)中心，直連銅纜被廣泛用于支持大量關(guān)鍵任務(wù)的部署，那是因為網(wǎng)絡(luò)工程師完全信任無源銅纜一致的可靠性，但是，就跟為O-RAN選擇開放硬件供應(yīng)商一樣，選擇DAC制造商也必須遵循嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。因此，必須確保DAC供應(yīng)商已經(jīng)對產(chǎn)品在不同網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商之間的以太網(wǎng)兼容性進行了測試，且產(chǎn)品具備卓越的技術(shù)支持和靈活的供應(yīng)鏈支持，以幫助確保成功部署并快速進入市場。

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