高速直连铜缆(DAC)： 下一代5G开放式无线接入网和边缘连接的可行选择

  随着越来越多的蜂窝设备被连接到网络，电信行业未来的发展无可限量。再考虑到5G移动宽带旨在根据3GPP规范实现每平方公里连接一百万台设备，这就更不足为奇了。同时，根据爱立信的移动市场报告预测，今年平均每台设备的月数据流量将有望达到19 GB。该报告还预测，今年的移动通信总流量将达到每月110 EB, 也就是1100亿GB! 蜂窝服务提供商对超快响应速度和随时随地访问无限数据以实现最佳客户体验寄予厚望。因此，电信网络已经发展到复杂的虚拟化无线电系统，由庞大的开放式解决方案选项体系提供支持。电信终端用户和硬件供应商在开放标准上进行合作，以实现共同的目标——使更多的设备连接成为可能。随着对无线电需求的不断增长，开放式无线接入网（O-RAN）标准日益普及。O-RAN因具备连接传统无线电系统的能力而备受关注，许多蜂窝供应商为了推出5G并为全球下一代移动通信技术部署奠定基础，正在转向开放式无线接入网概念。

  开放式无线接入网采用创新的开源设计以及非专有的商用现成品或技术（COTS）硬件和以太网行业标准，有助于实现更多连接。O-RAN提供了易于集成和可扩展性的分解网络设计，具有互操作功能，可为私有和中立主机蜂窝网络提供更低成本、更好创新以及更多机会。当我们深入分析O-RAN架构的组成部分时，我们就会发现，无线电单元（RU）、分布式单元（DU）、集中式单元（CU）、蜂窝基站网关和RAN智能控制器（RIC），可以随时随地部署短距离和长距离网络连接。与任何高带宽低延迟传输需求一样，物理层的连接性能非常重要。特别是在RU和DU之间的前传链路，新的eCPRI和以太网无线电（RoE）协议可提供高效、灵活的基于以太网的传输，且目标最大延迟仅为100微秒。随着延迟的进一步降低，电源及热可靠性比以往任何时候都更加重要。

  部署位置的灵活性

  在O-RAN架构中，之前用来处理上行和下行流量的专有射频拉远头（RRH）和基带处理单元（BBU）被带有开放接口的RU、DU和CU（通常被称为O-RU、O-DU和O-CU）所取代。DU和CU通常与用于控制和优化RAN功能的软件定义RIC一起被部署在服务器上。网络的前传部分位于将无线电信号转换为数字信号的RU和负责实时物理层传输和密集数字处理的DU之间。中传指的是位于DU和CU之间的网络部分，可支持更高层级的功能，并通过回传将数据传输到核心或云上。

  O-RAN的优势之一是在网络架构方式和各种构建块位置选择方面具有灵活性。蜂窝网络可以部署为私有网络和大型服务提供商网络。在大规模宏O-RAN中，服务提供商可采用集中式方法，将DU和CU共同安置在远端边缘，也可以采用分布式方法，仅将CU安置在边缘站点，并将DU与RU共同安置在基站。服务提供商也可将DU单独安置在远端边缘，将CU安置在边缘或区域云数据中心，或采取与传统部署相同的方法，将RU、DU和CU安置在基站。RIC也可安置在远端、边缘或基站，具体取决于应用的实时性。

  虽然O-RAN具有极大的灵活性，但仍需要考虑诸如适用于未来的连接器、延迟、带宽要求、功率限制和部署成本等因素。将CU整合到较少的中心位置是最经济高效的设计方式。然而，由于较短的距离有助于减少延迟，前传连接的延迟和带宽需求往往需要DU与RU同时存在于基站。又由于CU不负责实时功能，RU和DU到CU的距离并不是那么重要。

  随着前传协议转向基于以太网的eCPRI和RoE，延迟有所改善。一个DU可以连接到多个RU位置，最长可达20公里——每增加一公里就会增加约5微秒的延迟。然而，与此同时，前传网关（FHGW）则通过将基于CPRI的传统接口转换为分组以太网帧来实现O-RAN的启用。设备通过执行额外的处理以使CPRI适应以太网。在存放DU和FHGW集群的远端数据中心，交换机连接DU并提供前传FHGW连接，从而在资源分配方面提供了更大的灵活性。

  物理层考量因素

  随着5G的进一步普及，密集的基站和繁重的数据流量将需要借助CU和核心之间的回传连接来支持数百千兆比特，服务提供商成为400G及以上高速以太网连接的关键驱动力。DU和CU之间的中传传输速率将在100Gb/s的范围以内，而RU和DU（和FHGW）之间的前传速率通常为10或25Gb/s。地理位置独立的RU、DU和CU需要采用光纤布线和收发器来在较远距离上支持以上速率。例如，5G核心距CU可达200公里，而CU和DU之间的距离则是20至80公里。但是，当他们处在同一位置时，对于他们之间的连接以及CU和DU集群的连接，还有一个更经济高效的选项。

  高速互连组件，如支持100Gb/s的无源QSFP28 直连铜缆(DAC) 和支持25Gb/s的SFP28 直连铜缆(DAC) ，可为O-RAN内的短距离连接提供最低延迟的方案。虽然这些DAC的距离被限制在5米左右，但它们仍然是柜内直连的理想选择，这在O-RAN基站以及远端和边缘数据中心内极为常见。无源DAC还提供了最低的端口功耗，与带有独立收发器的光纤布线相比，每个端口的功耗降低了91%至97%，因此在短距离服务器网络接入连接中迅速得以被广泛采用。

  随着服务提供商和私有蜂窝网络继续普及5G，并升级到O-RAN架构（该架构可大幅降低总拥有成本并开启新的机会），他们应当仔细考虑采用高速DAC了。如今，DAC尚未广泛使用于短距离无线接入网络。将DAC用于短距离高速电信连接可最大限度地降低总运营成本、减少延迟，并改善能效性能。这些优势与爱立信微波展望报告中强调的有关下一代移动通信技术需求的首要目标一致。在数据中心，直连铜缆被广泛用于支持大量关键任务的部署，那是因为网络工程师完全信任无源铜缆一致的可靠性，但是，就跟为O-RAN选择开放硬件供应商一样，选择DAC制造商也必须遵循严格的标准。因此，必须确保DAC供应商已经对产品在不同网络设备供应商之间的以太网兼容性进行了测试，且产品具备卓越的技术支持和灵活的供应链支持，以帮助确保成功部署并快速进入市场。

  作为高质量、高性能互连解决方案制造和创新的行业领导者，西蒙提供全面的DAC产品系列，用于10至100 Gb/s的可靠、低延迟连接，以及全系列有源光缆(AOC)和光纤结构化布线，用于长距离O-RAN连接。下载西蒙相关应用和产品指南，了解更多关于高速线缆组件在为O-RAN等新兴技术提供更高带宽和更低延迟方面的优势。您还可以联系我们的专家数据中心设计服务团队，以指导您为所有O-RAN物理层连接做出最佳选择。