科學人雜誌
2021科研發光

不可或缺的行動光纖傳輸網路

2021/05/03 國立臺灣師範大學光電工程所楊承山教授、科學人廣告部企畫製作
科研發光《前進未來 趨勢講堂》臺中場第二場座談,邀請到Nokia臺灣區固網接取總監馮國璋,分享5G及重要的光纖傳輸網路知識!


行動通訊的演進起源於1980年,手機俗稱為「黑金剛」、「大哥大」的第一代行動通訊啟程,至今以每十年為進程開展,到了2020年即邁入5G時代,相關應用不僅在手機上,還透過物聯網、穿戴裝置實現多元可能。


5G時代的多元應用以虛擬雲端為主,手機會連接到基地台,因應萬物互聯的需求,在馬路邊、各大樓屋頂都有架設天線、控制器,讓萬物互聯更彈性,在5G應用中,光纖傳輸網路在無線基地台演進過程扮演重要角色,仰賴光纖傳輸網路支撐各種頻寬與低延時需求。


從4G到5G 三大演進趨勢

當4G進到5G、5G與4G緊密結合,產生了三大演進趨勢,首先就是「基地台變多」,因為頻率特性的關係,在同一個區域,例如在一個演講廳,4G時代只需要兩個基地台或天線可作覆蓋;但5G要覆蓋同樣空間並滿足超過10倍或以上頻寬的要求,則須要5到10倍的基地台,才能符合同樣場域在頻寬提升的需求,基地台變多了,傳遞光纖回傳的需求也變大了。


第二個演進趨勢為「增加邊際雲(MEC)以符合即時應用」,在4G主要由光纖網路提供核心網路(含核心雲)到基地台之間的傳輸;但5G具備高速頻寬及低時延特性,在用戶周邊建置眾多邊際雲的機制,將有效滿足其應用需求,例如車聯網、即時擴增實境(AR)、虛擬實境(VR)等,而MEC的規畫配置,包括大樓電信箱、交通號誌監控器、停車場、公車站牌等地點,即可就近服務周邊應用使用者;而其所伴隨著對光纖傳輸網路連接的要求,也將依照不同MEC的場域配置而不一。


第三個演進趨勢為「控制及使用面分離 增加網路切片及應用」,4G把不同應用控制需求與運用服務的資料量綁定在一起,到了5G即 開始分離;如此,隨著軟體定義網路(SDN),將各種應用像切蛋糕一樣,把網路一片一片切割,網路切片功能在5G運作中至關重大,而其中光纖傳輸網路即扮演著重要的角色。因為上述的三大趨勢,衍生出5G滿足人們在食衣住行育樂、工業4.0、智能醫療、智能展場、車聯網等需求。


光纖傳輸網路 四大重點項目

5G時代光纖傳輸網路有四大重點,首先是「頻譜」,頻譜資源有限,也因此在台灣5G必須競標,而頻譜越大承載的光纖頻寬需求也必須越多越大;第二個重點是「時間敏感網路」(TSN),為了讓用戶體驗各項服務,過程中的邊際雲產生很多分割的功能,有越來越多設備介於核心網路與基地台之間,必須確保網路終端對終端的時間精準、反應時間很小,所以5G光纖傳輸網路特別要求TSN。第三項是「動態連結」,例如人們在以手機觀賞體育賽事時,透過手機通知基地台連結到光纖傳輸、核心網路等所有網絡,必須透過軟體定義網路(SDN)搭配核心網雲、邊際雲等,再透過光纖傳輸網路達成動態即時連結的需求;最後為支援各種應用的網路切片,達到終端對終端具備大頻寬、低時延,以及巨量聯網能力綜合應用的可行性。

馮國璋接著分享行動光纖傳輸網路的類型,由於無線接取網路進行分割,因此有了基站後傳(Mobile Backthaul)、基站中傳(Mobile Midhall)與基站前傳(Mobile Fronthaul)等分類,都是透過光纖網路進行傳遞,在全球經常使用的方案包括IEEE電機電子工程師學會使用的CE(Carrier Ethernet電信級乙太網路)、ITU-T國際電信聯盟電信標準化部門規範下的光傳送網路(OTN, Optical Transport Network),或波長分波多工(WDM),以及次世代被動式光纖網路(NG-PON, Next Generation Passive Optical Network)等 光纖傳輸連接無所不在的5G應用,良好的光纖網路的規劃跟傳遞的品質,都需要仰賴大頻寬、低延時、雲化、網路切片能力等標準要求,透過在人們生活周遭的光纖網路串接起來,方能滿足各種大家都耳熟能詳的便利應用。


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