Соединители на перспективу: продукция Molex для технологии 5G

8 июня

телекоммуникациилабораторные приборыинтернет вещейMolexстатьяпассивные ЭК и электромеханикаEthernetInternet-of-ThingswirelessIoT5GantennaRF-connectorNRZPAM-4Optical solutionsFiber opticsMassive MIMOFronthaulBackhaul2.2-5 RF connectorSFPQSFPQSFP-DDNearStackMirror MezzBittware

Софья Букреева (г. Протвино)

Компания Molex предлагает антенны и радиочастотные кабели и соединители для подключения антенн 5G, а также оптические разъемы, приемопередатчики и оптические кабельные сборки для высокоскоростной передачи данных в рамках технологии 5G.

Потребительская электроника, автомобилестроение, промышленность, медицина и другие отрасли стимулируют спрос на беспроводную технологию 5G, которая предлагает скорости передачи данных в десятки раз выше, чем 4G. Меньшее время задержки, высокая пропускная способность, меньший расход энергии батарей обеспечат поддержку более широкого спектра устройств и приложений. В ближайшие несколько лет 5G кардинально преобразит нашу жизнь, сделав взаимодействие в обществе более продвинутым и интеллектуальным. Умные города и ветряные электростанции, сельское хозяйство и больницы, IoT и сопутствующие инфраструктуры будут генерировать зетабайты данных примерно с 50 миллиардов устройств. 5G откроет потребности, о которых мы не знали, точно так же, как наша потребность в смартфонах не была столь очевидной еще в 90-е годы.

С началом испытаний и развертыванием инфраструктуры 5G отрасль беспроводной связи столкнулась с многочисленными проблемами использования сетей с частотами сантиметрового и миллиметрового диапазонов. Сигналы частотой выше 10 ГГц блокируются такими препятствиями как деревья, стены и люди, поэтому системы 5G необходимо разворачивать ближе к устройствам. Здания и офисы нужно оснащать микростанциями 5G, расширяя доступность высокочастотных сигналов в тех местах, где их распространение иначе было бы невозможно. Помимо этого, устройства 5G необходимо устанавливать в местах, находящихся в неблагоприятных условиях: в уличных фонарях, светофорах, на крышах, стадионах, парковках, где на устройства будут воздействовать вибрация, перепады температуры и значительные ветровые нагрузки. Эти факторы окружающей среды, ввиду высоких скоростей и требуемой точности передачи данных, создают дополнительные трудности для синхронизации времени и частоты.

Для борьбы с возникающими проблемами существуют различные стратегии эффективного распространения высокочастотных сигналов 5G, включая использование большого числа микростанций, репитеров и технологий управления антенным сигналом.

Каждое устройство требует перепроектирования и оптимизации антенн для новых частот и новых методов передачи данных. Одной из ключевых технологий для реализации сетей 5G является использование многоэлементных цифровых антенных решеток Massive MIMO, что требует гораздо большего количества антенн в сравнении с 4G, а технология формирования направленного луча Beamforming будет являться для 5G основой передачи. Суть Beamforming заключается в том, чтобы формировать направленный луч от приемника в сторону принимающего устройства и обратно. Такой процесс оптимизирует использование полосы пропускания и повышает эффективность сети.

Поскольку сети и даже здания подвергаются модернизации для поддержки 5G, производители устройств изучают форм-факторы и технологии, которые позволят им воспользоваться преимуществами новой инфраструктуры. Все, от антенн и разъемов до электроники, связанной с сигналами 5G, подлежит полной переработке. Требуются новые материалы, новые концепции дизайна и технологии производства, включая усовершенствование систем для тестирования высокочастотных устройств. Производители компонентов для инфраструктуры 5G столкнутся с проблемами, которые не были столь острыми в 4G.

Что касается антенн и передачи сигналов, разработчиков ожидают следующие проблемы:

  • внедрение антенных решеток в устройства;
  • поиск подходов к коммутации и межблочным соединениям для сигналов радиочастотных диапазонов, принятых в 5G;
  • использование материалов и корпусов для оптимальной работы СВЧ- и КВЧ-устройств и антенн;
  • определение наилучших вариантов размещения антенн 5G.

Компания Molex имеет многолетний опыт производства продукции для высокочастотных систем. Интегрирование 5G в устройства не только подразумевает выбор наиболее подходящих компонентов, но и требует умения правильно подключать чувствительные высокочастотные антенны и разъемы.

Инфраструктура 5G и решения Molex

Сетевая архитектура 5G схематично изображена на рисунке 1. Она включает в себя несколько основных участков. Сегмент сети Fronthaul связывает удаленные радиомодули RRU (Remote Radio Unit) и базовые станции BBU (Baseband Unit), как правило, оптической волоконной сетью. Сегмент Backhaul объединяет трафик базовых станций и транспортирует его к ядру сети (Core) и центру мобильной коммутации (Mobile Switching Center, MSC).

Рис. 1. Упрощенная схема архитектуры 5G

Рис. 1. Упрощенная схема архитектуры 5G

Разъемы и кабельные сборки для антенных систем сетей 5G должны обладать необходимыми тепловыми характеристиками, обеспечивать целостность высокоскоростного сигнала, быть защищенными от электромагнитных помех и при этом иметь низкую стоимость и быть простыми в  сборке. Компания Molex предлагает более 90 типов стандартных РЧ-разъемов для частот до 65 ГГц, а также возможность разработки и производства соединителей на заказ с уникальными характеристиками и требованиями к размерам. Инженерная лаборатория компании оснащена тестовым оборудованием для проверки работы на частоте до 65 ГГц при различных условиях окружающей среды. Продукция проверяется с использованием передовых методов компьютерного моделирования на соответствие всем отраслевым стандартам, таким как MIL-STD-348, DIN, IEC и CECC. Для компактных мобильных устройств Molex предлагает радиочастотные соединители 2.2-5 RF connector, рассчитанные на частоту до 6 ГГц (рисунок 2а).

Рис. 2. РЧ-соединители 2.2-5 RF connector (а) и РЧ-кабельные сборки (б)

Рис. 2. РЧ-соединители 2.2-5 RF connector (а) и РЧ-кабельные сборки (б)

Для создания инфраструктуры Fronthaul также подойдут РЧ-кабельные сборки Molex (рисунок 2б) и гибридные кабели FTTA (Fiber-to-Antenna)/PTTA (Power-to-Antenna), которые сочетают кабели питания и оптоволоконные линии (рисунок 3), что позволяет сократить время и уменьшить пространство для установки кабельных сборок между станциями сотовой связи. Такие кабельные сборки могут производиться в соответствии с требованиями заказчика, обладают высокой степенью защиты IP, защищены от воздействия УФ-лучей.

Рис. 3. Гибридные кабели FTTA/PTTA

Рис. 3. Гибридные кабели FTTA/PTTA

Кроме этого, в сегментах Fronthaul и Backhaul можно использовать кабели SFP28 и QSFP28 DAC (Direct to Attach). Линейка Molex Direct Attach Cable (рисунок 4) включает в себя кабели, предназначенные для скоростей 10, 25, 40, 50, 100, 200 и даже 400 Гбит/с. Количество каналов – 2, 4 или 8, есть возможность полнодуплексного подключения трансивера. Продукция соответствует спецификациям MSA, IEEE, SFF. Кабели пригодны для использования в температурном диапазоне -20…85°C.

Рис. 4. Кабели SFP28 и QSFP28 DAC

Рис. 4. Кабели SFP28 и QSFP28 DAC

Компания Molex может предложить ряд продуктов, обеспечивающих скорости передачи данных 100 Мбит/с…400 Гбит/с, которые соответствуют стандартам Ethernet, SONET/SDH, Fibre Channel и CPRI. Molex предлагает широкий выбор трансиверов (рисунок 5) для различных оптических интерфейсов, в том числе BiDi, а также – поддерживающих DWDM в расширенном температурном диапазоне для наружного применения.

Рис. 5. Оптические трансиверы SFP28 и QSFP28 (а), BiDi (б)

Рис. 5. Оптические трансиверы SFP28 и QSFP28 (а), BiDi (б)

Серии оптических трансиверов, которые можно задействовать в сегментах Fronthaul и Backhaul:

  • I-temp 25GSFP28 (0,5/2/10/20 км);
  • I-temp 25GBiDiSFP28 (2/10/20/30 км);
  • I-temp 100GLRQSFP28 (2/10/20 км);
  • I-temp 10GDWDMSFP+;
  • I-temp 25/50/100GDWDMQSFP28;
  • 10GER/ZRSFP+;
  • 50G/100GLRQSFP28;
  • 10GDWDMSFP+;
  • 25/50/100GPAM4 DWDMQSFP28.

Molex предлагает также ряд других оптических решений, таких как оптические перемычки с IP-защитой, оптические усилители, транспортные боксы, ROADM.

На станциях BBU компания рекомендует использовать соединители QSFP (Quad Small Form-factor Pluggable). Эти соединители (рисунок 6) имеют четыре линии со скоростью передачи данных до 10 Гбит/с, а QSFP-DD (Double Density) используют восьмиполосный интерфейс, который передает до 28 Гбит/с при NRZ или 56 Гбит/с при PAM-4, то есть в совокупности до 200 и 400 Гбит/с, соответственно.

Рис. 6. Соединители QSFP28 (а) и QSFP-DD (б)

Рис. 6. Соединители QSFP28 (а) и QSFP-DD (б)

Помимо этого, для станций RRU, BBU и активных антенных систем (Active Antenna Unit, AAU) 5G-сетей компания выпускает РЧ-фильтры, изоляторы и циркуляторы, круглые разъемы питания. Стоит обратить внимание также на решения Molex для межплатных соединений NearStack и SEARAY и на высокоскоростные системы и разъемы Impulse и Mirror Mezz (рисунок 7):

  • системы соединений Impulse поддерживают скорости передачи данных 56 Гбит/с (NRZ) или 112 Гбит/с (PAM-4);
  • высокоскоростная мезонинная система Mirror Mezz обеспечивает скорость передачи данных до 56 Гбит/с по дифференциальной паре. Возможность наращивания соединений помогает снизить затраты и упрощает проектирование;
  • NearStack обеспечивают превосходную производительность с преимуществами кабеля twinax благодаря оптимизированной системе прямого подключения разъема на кабель;
  • низкопрофильные мезонинные разъемы SEARAY работают на скорости до 12,5 Гбит/с и занимают мало места на плате. Поскольку эти разъемы надежно крепятся методом solder-charge, они обеспечивают более низкую стоимость применения по сравнению с разъемами BGA.

Рис. 7. Разъемы: а) Impulse; б) Mirror Mezz; в) NearStack; г) SEARAY

Рис. 7. Разъемы: а) Impulse; б) Mirror Mezz; в) NearStack; г) SEARAY

Для развертывания датацентров C-RAN (Centralized Radioaccess Network) и центров мобильной коммутации (MSC) компания Molex предлагает оптические кабельные сборки Luma Link Optical Trace с разъемами высокой плотности MPO в малом форм-факторе (рисунок 8). Эти кабельные сборки отличаются полной подсветкой по всей длине кабеля, что обеспечивает стопроцентную визуальную идентификацию начала и конца кабеля и места его прокладки. Это помогает техническим специалистам легче находить, подключать и маршрутизировать кабели к MPO-разъемам.

Рис. 8. Оптические кабельные сборки Luma Link Optical Trace (а) и разъемы MPO (б)

Рис. 8. Оптические кабельные сборки Luma Link Optical Trace (а) и разъемы MPO (б)

В системах C-RAN и MSC можно использовать указанные выше оптические трансиверы Molex, а также оптические перемычки, патч-корды, системы WDM, высокоскоростные решения BiPass I/O, разъемы для подключения карт памяти. Разъемы Magnetic Jack производства Molex, основанные на стандартных RJ45, имеют встроенные фильтрующие элементы для обеспечения целостности и изоляции сигнала и доступны в многопортовом варианте (рисунок 9).

Рис. 9. Разъемы Magneticjack

Рис. 9. Разъемы Magnetic jack

Инфраструктура 5G включает в себя также малые базовые станции – «малые соты» (Small cells). Small cells развертываются в таких местах как торговые центры, ж/д-станции, улицы, стадионы, а также офисные здания – там, где высокая концентрация пользователей или частоты миллиметрового диапазона сталкиваются с труднопроходимы местами, например, со стенами и прочим. Некоторые из перечисленных выше продуктов компании Molex можно использовать при подключении малых станций: фильтры, изоляторы, разъемы Magnetic Jack, оптические перемычки и кабели, РЧ-кабельные сборки.

Продукция компании Molex может обеспечить всю инфраструктуру сетей 5G, в том числе подведение сети к жилым домам (Fibet to the Home, FTTH) и мониторинг сети. Для мониторинга сети предлагаются модули с FPGA для высокопроизводительных вычислений (High Performance Computing, HPC), разрабатываемые компанией Bittware, входящей в состав Molex (рисунок 10).

Рис. 10. Модули на основе FPGA для высокопроизводительных вычислений

Рис. 10. Модули на основе FPGA для высокопроизводительных вычислений

Возможности Molex, кастомизация решений

Команда Molex активно инвестирует в исследования и разработки 5G. Имея современное производственное оборудование и технологии, компания предлагает поддержку производителям 5G-устройств, включая моделирование, механические, электрические, экологические и электромагнитные испытания.

В настоящее время непростой инженерной задачей является моделирование работы и тестирование активных антенн для сетей 5G: они подвижны и должны взаимодействовать с тысячами перемещающихся устройств в зашумленной радиочастотами среде. Большинство разработчиков антенн еще не нашло наиболее эффективный метод испытаний, который бы гарантировал высокую производительность устройств с технологией Massive MIMO. Компания Molex предоставляет технические возможности для проведения таких испытаний (рисунок 11).

Рис. 11. Тестовая камера для 5G-антенн

Рис. 11. Тестовая камера для 5G-антенн

Помимо этого, компания Molex предлагает изготовление кабельных сборок под индивидуальный заказ и их настройку для соответствия требованиям заказчика. Для РЧ-кабельных сборок на сайте доступен простой инструмент для создания собственной конфигурации [https://www.molex.com/molex/family/RF_Configurator.jsp].

Заключение

Компания Molex является признанным лидером в области технологий для центров обработки данных и высокоскоростных сетей. Сотрудничая с OpenCompute, Open19, OpenCAPI и другими группами, Molex предоставляет самые современные решения.

Международные команды компании Molex по разработке РЧ-систем продолжают совершенствовать процессы проектирования и производства компонентов 5G, накапливая опыт создания инновационных решений.

•••

Наши информационные каналы

О компании Molex

Molex (дочерняя компания Koch Industries) – всемирно признанный поставщик электронных решений для систем передачи данных, бытовой электроники, промышленной, автомобильной, коммерческой, медицинской техники и других отраслей. Девиз компании: “Вместе мы воплотим ваши идеи в жизнь (Together, we can turn your vision into reality)”. Обладая более чем 75-летним опытом, Molex органично соединяет компетенции инженеров, проектировщиков и производственные мощности для обеспечения регулярного вывода ...читать далее

Товары
Наименование
0732253030 (MOLEX)
0732253090 (MOLEX)
0732253000 (MOLEX)
2015911010 (MOLEX)
2015913010 (MOLEX)
2015913020 (MOLEX)
2015911015 (MOLEX)
0747572301 (MOLEX)
2031431355 (MOLEX)
2031431255 (MOLEX)
2031431351 (MOLEX)
2031432255 (MOLEX)
1111311912 (MOLEX)
1111311920 (MOLEX)
1111311924 (MOLEX)
1111311933 (MOLEX)
106225-0021 (MOLEX)
106225-0022 (MOLEX)
1062250002 (MOLEX)
106225-0010 (MOLEX)