高速直連銅纜(DAC)： 下一代5G開放式無線接入網和邊緣連接的可行選擇

  隨著越來越多的蜂窩設備被連接到網絡，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3GPP規(guī)范實現每平方公里連接一百萬臺設備，這就更不足為奇了。同時，根據愛立信的移動市場報告預測，今年平均每臺設備的月數據流量將有望達到19 GB。該報告還預測，今年的移動通信總流量將達到每月110 EB, 也就是1100億GB! 蜂窩服務提供商對超快響應速度和隨時隨地訪問無限數據以實現最佳客戶體驗寄予厚望。因此，電信網絡已經發(fā)展到復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商在開放標準上進行合作，以實現共同的目標——使更多的設備連接成為可能。隨著對無線電需求的不斷增長，開放式無線接入網（O-RAN）標準日益普及。O-RAN因具備連接傳統(tǒng)無線電系統(tǒng)的能力而備受關注，許多蜂窩供應商為了推出5G并為全球下一代移動通信技術部署奠定基礎，正在轉向開放式無線接入網概念。

  開放式無線接入網采用創(chuàng)新的開源設計以及非專有的商用現成品或技術（COTS）硬件和以太網行業(yè)標準，有助于實現更多連接。O-RAN提供了易于集成和可擴展性的分解網絡設計，具有互操作功能，可為私有和中立主機蜂窩網絡提供更低成本、更好創(chuàng)新以及更多機會。當我們深入分析O-RAN架構的組成部分時，我們就會發(fā)現，無線電單元（RU）、分布式單元（DU）、集中式單元（CU）、蜂窩基站網關和RAN智能控制器（RIC），可以隨時隨地部署短距離和長距離網絡連接。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和以太網無線電（RoE）協議可提供高效、靈活的基于以太網的傳輸，且目標最大延遲僅為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架構中，之前用來處理上行和下行流量的專有射頻拉遠頭（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一起被部署在服務器上。網絡的前傳部分位于將無線電信號轉換為數字信號的RU和負責實時物理層傳輸和密集數字處理的DU之間。中傳指的是位于DU和CU之間的網絡部分，可支持更高層級的功能，并通過回傳將數據傳輸到核心或云上。

  O-RAN的優(yōu)勢之一是在網絡架構方式和各種構建塊位置選擇方面具有靈活性。蜂窩網絡可以部署為私有網絡和大型服務提供商網絡。在大規(guī)模宏O-RAN中，服務提供商可采用集中式方法，將DU和CU共同安置在遠端邊緣，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。服務提供商也可將DU單獨安置在遠端邊緣，將CU安置在邊緣或區(qū)域云數據中心，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也可安置在遠端、邊緣或基站，具體取決于應用的實時性。

  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濟高效的設計方式。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不負責實時功能，RU和DU到CU的距離并不是那么重要。

  隨著前傳協議轉向基于以太網的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，前傳網關（FHGW）則通過將基于CPRI的傳統(tǒng)接口轉換為分組以太網幀來實現O-RAN的啟用。設備通過執(zhí)行額外的處理以使CPRI適應以太網。在存放DU和FHGW集群的遠端數據中心，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據流量將需要借助CU和核心之間的回傳連接來支持數百千兆比特，服務提供商成為400G及以上高速以太網連接的關鍵驅動力。DU和CU之間的中傳傳輸速率將在100Gb/s的范圍以內，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，但它們仍然是柜內直連的理想選擇，這在O-RAN基站以及遠端和邊緣數據中心內極為常見。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%，因此在短距離服務器網絡接入連接中迅速得以被廣泛采用。

  隨著服務提供商和私有蜂窩網絡繼續(xù)普及5G，并升級到O-RAN架構（該架構可大幅降低總擁有成本并開啟新的機會），他們應當仔細考慮采用高速DAC了。如今，DAC尚未廣泛使用于短距離無線接入網絡。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的有關下一代移動通信技術需求的首要目標一致。在數據中心，直連銅纜被廣泛用于支持大量關鍵任務的部署，那是因為網絡工程師完全信任無源銅纜一致的可靠性，但是，就跟為O-RAN選擇開放硬件供應商一樣，選擇DAC制造商也必須遵循嚴格的標準。因此，必須確保DAC供應商已經對產品在不同網絡設備供應商之間的以太網兼容性進行了測試，且產品具備卓越的技術支持和靈活的供應鏈支持，以幫助確保成功部署并快速進入市場。

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