6G में बैकहॉल और फ्रंटहॉल: फाइबर की वह चुनौती जिसके बारे में कोई बात नहीं करता

Xhaul आर्किटेक्चर: 6G समस्या को कैसे विभाजित करता है

पारंपरिक सेलुलर नेटवर्क में, बेस स्टेशन सेल साइट पर एक बॉक्स के रूप में बैठा होता था। सब कुछ — रेडियो प्रोसेसिंग, बेसबैंड कम्प्यूटेशन, नेटवर्क इंटरफ़ेस — एक ही जगह होता था। बैकहॉल सरल था: बेस स्टेशन से कोर तक एक मोटा पाइप।

5G ने फंक्शनल स्प्लिट पेश किया। बेस स्टेशन को Central Unit (CU), Distributed Unit (DU), और Radio Unit (RU) में विभाजित किया गया। इससे दो अलग ट्रांसपोर्ट सेगमेंट बने: फ्रंटहॉल (RU से DU) और मिडहॉल (DU से CU), बैकहॉल (CU से कोर) के अतिरिक्त।

6G इस विघटन को और आगे बढ़ाता है। O-RAN Alliance का आर्किटेक्चर — जो 6G डिप्लॉयमेंट के लिए प्रमुख मॉडल होने की उम्मीद है — इंटेलिजेंट कंट्रोलर (Near-RT RIC और Non-RT RIC) जोड़ता है जिन्हें अपने स्वयं के ट्रांसपोर्ट कनेक्शन की आवश्यकता होती है। Cell-free massive MIMO सैकड़ों एक्सेस पॉइंट्स को एक कवरेज एरिया में वितरित करता है, सभी एक सेंट्रल प्रोसेसिंग पूल से जुड़े हुए। प्रत्येक एक्सेस पॉइंट को अपने फ्रंटहॉल लिंक की आवश्यकता होती है।

गणित सीधा और चिंताजनक है। 4 सेक्टर और 8 एंटीना पैनल वाली 5G mmWave साइट को 200 Gbps एग्रीगेट फ्रंटहॉल क्षमता की आवश्यकता हो सकती है। उसी क्षेत्र को कवर करने वाली 6G सब-THz सेल-फ्री डिप्लॉयमेंट को 64-256 वितरित रेडियो हेड्स की आवश्यकता हो सकती है, प्रत्येक को 100+ Gbps फ्रंटहॉल चाहिए। एक कवरेज ज़ोन के लिए 6.4-25.6 Tbps ट्रांसपोर्ट क्षमता।

फ्रंटहॉल: सबसे कठिन बाधा

फ्रंटहॉल वह जगह है जहाँ भौतिकी कठोर हो जाती है। रेडियो यूनिट और बेसबैंड प्रोसेसिंग के बीच फंक्शनल स्प्लिट का मतलब है कि डिजिटाइज्ड रेडियो सैंपल — उपयोगकर्ता डेटा नहीं — फ्रंटहॉल लिंक पर यात्रा करते हैं।

वर्तमान मानक, enhanced Common Public Radio Interface (eCPRI), 5G के लिए डिज़ाइन किया गया था। 140 GHz पर काम करने वाला एक 6G रेडियो यूनिट 10 GHz की तात्कालिक बैंडविड्थ और 256 एंटीना एलिमेंट्स के साथ 400 Gbps से अधिक रॉ सैंपल डेटा उत्पन्न करता है — किसी भी कम्प्रेशन से पहले।

इसे संबोधित करने के लिए तीन दृष्टिकोण सक्रिय अनुसंधान में हैं:

• उच्च-क्रम फंक्शनल स्प्लिट: रेडियो यूनिट में अधिक प्रोसेसिंग स्थानांतरित करने से फ्रंटहॉल डेटा रेट कम होती है लेकिन RU लागत और जटिलता बढ़ती है।
• फ्रंटहॉल कम्प्रेशन: लॉसी और लॉसलेस कम्प्रेशन एल्गोरिदम फ्रंटहॉल रेट को 4-10 गुना कम कर सकते हैं। Nokia Bell Labs और NTT DOCOMO ने सब-THz फ्रीक्वेंसी पर 8:1 कम्प्रेशन प्रदर्शित किया है।
• फ्रंटहॉल पर कोहेरेंट ऑप्टिक्स: 400G और 800G कोहेरेंट ऑप्टिकल ट्रांसीवर सीधे फ्रंटहॉल लिंक पर। तकनीकी रूप से संभव लेकिन महंगा: 2026 मूल्य निर्धारण में प्रति यूनिट $2,000-5,000।

बैकहॉल: एग्रीगेशन समस्या

यदि फ्रंटहॉल गति और समय के बारे में है, तो बैकहॉल पैमाने के बारे में है। दर्जनों सब-THz स्मॉल सेल से ट्रैफिक एग्रीगेट करने वाली एक 6G मैक्रो साइट को कोर नेटवर्क की ओर 800 Gbps से 1.6 Tbps पुश करना होगा। संदर्भ के लिए, आज 5G नेटवर्क में सबसे आम बैकहॉल लिंक 10 Gbps है — 6G आवश्यकताओं से दो परिमाण कम।

फाइबर स्पष्ट उत्तर है। लेकिन फाइबर उपलब्धता बहुत भिन्न होती है। दक्षिण कोरिया और जापान में, 90% से अधिक सेल साइट्स के पास सीधे फाइबर कनेक्शन हैं। अमेरिका में लगभग 50%। भारत में 20% से कम। उप-सहारा अफ्रीका में 5% से कम।

नए फाइबर रूट बनाने की लागत शहरी वातावरण में $30,000-100,000 प्रति किलोमीटर और ग्रामीण क्षेत्रों में $15,000-40,000 प्रति किलोमीटर है।

फाइबर के विकल्प: IAB, FSO, और सैटेलाइट

Integrated Access and Backhaul (IAB): 5G NR Release 16 में पहली बार मानकीकृत, IAB बेस स्टेशन को अपने वायरलेस स्पेक्ट्रम के हिस्से का उपयोग बैकहॉल के लिए करने देता है। 6G के लिए, सब-THz फ्रीक्वेंसी पर IAB 200-500 मीटर पर 10-50 Gbps बैकहॉल लिंक प्रदान कर सकता है।

Free-Space Optical (FSO): वायुमंडल के माध्यम से पॉइंट-टू-पॉइंट लेज़र लिंक 1-2 किमी पर 100+ Gbps प्राप्त कर सकते हैं। सीमा मौसम है: कोहरा, भारी बारिश और वायुमंडलीय अशांति FSO लिंक को कम करती है।

Low Earth Orbit (LEO) सैटेलाइट: Starlink, Kuiper, और OneWeb जैसे नक्षत्र दूरस्थ साइट्स को बैकहॉल प्रदान कर सकते हैं, लेकिन वर्तमान LEO लेटेंसी (20-40 ms) और प्रति-टर्मिनल थ्रूपुट (100-300 Mbps) 6G बैकहॉल आवश्यकताओं से बहुत कम है।

सिंक्रोनाइज़ेशन चुनौती

6G नेटवर्क सभी रेडियो यूनिट्स में सटीक समय और आवृत्ति सिंक्रोनाइज़ेशन की माँग करते हैं। लक्ष्य: IEEE 1588v3 के अनुसार सभी सहयोगी रेडियो यूनिट्स में +/-65 ns के भीतर फेज़ सिंक्रोनाइज़ेशन। तुलना के लिए, 5G को इंटर-साइट कैरियर एग्रीगेशन के लिए +/-130 ns की आवश्यकता होती है।

अर्थशास्त्र: पाइप के लिए कौन भुगतान करता है?

6G ट्रांसपोर्ट में मूलभूत आर्थिक तनाव यह है कि ऑपरेटर्स को फाइबर इंफ्रास्ट्रक्चर — 20-30 साल की संपत्ति — बनाना होगा, ऐसी रेडियो तकनीक को सपोर्ट करने के लिए जो 10 साल के चक्र पर विकसित होती है। Analysys Mason का अनुमान है कि 2029 और 2035 के बीच वैश्विक 6G ट्रांसपोर्ट नेटवर्क निवेश कुल $180-250 बिलियन होगा।

तीन फंडिंग मॉडल उभर रहे हैं: न्यूट्रल होस्ट फाइबर, पब्लिक-प्राइवेट पार्टनरशिप, और ऑपरेटर कंसोलिडेशन।

7G के लिए इसका क्या मतलब है

यदि 6G फाइबर इंफ्रास्ट्रक्चर पर दबाव डालता है, तो 7G इसे तोड़ देगा। 300 GHz-3 THz पर पूर्ण टेराहर्ट्ज़ संचार के लिए कई परिदृश्यों में 10 मीटर से कम सेल रेडियस की आवश्यकता होगी, जो 6G सब-THz से 10-100 गुना अधिक सेल डेंसिटी का संकेत देता है।

निष्कर्ष

6G की रेडियो इनोवेशन — सब-THz स्पेक्ट्रम, सेल-फ्री MIMO, AI-नेटिव RAN — वास्तव में परिवर्तनकारी हैं। लेकिन वे एक ट्रांसपोर्ट नेटवर्क के बिना बेकार हैं जो उनकी बैंडविड्थ डिलीवर कर सके, उनके लेटेंसी बजट को पूरा कर सके, और उनकी सिंक्रोनाइज़ेशन आवश्यकताओं को बनाए रख सके।

जो देश और ऑपरेटर अभी फाइबर इंफ्रास्ट्रक्चर में निवेश करते हैं — 6G मानकों के अंतिम रूप से पहले भी — उनके पास संरचनात्मक लाभ होगा। जो रेडियो तकनीक के आने का इंतज़ार करते हैं, वे पाएंगे कि बाधा कभी हवा में नहीं थी। यह ज़मीन में थी।