5G 亟需厘清技術(shù)路徑

  ICCSZ訊 5G 定義了三種應用場(chǎng)景，每一種場(chǎng)景都需要一個(gè)技術(shù)世代。這個(gè)技術(shù)世代不會(huì )低于5年。假設從2019年部署5G ，則完成我們想象中5G網(wǎng)絡(luò )的部署少則10年。我們不得不對此加以技術(shù)和應用可行性的分析，從而為上層建筑的重新思考提供依據。

  5G最常規的應用的EMBB，定義下達的目標是實(shí)現虛擬現實(shí)技術(shù)和超高清晰視頻分享，隨地云存取和高達1G 的上網(wǎng)帶寬。

  5G 其次的應用是uRLLC，也就是低時(shí)延的自動(dòng)駕駛和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等應用。

  5G 的第三個(gè)應用mMTC,即機器通信，實(shí)現車(chē)聯(lián)網(wǎng)和智能資產(chǎn)管理，也就是讓萬(wàn)物自動(dòng)互聯(lián)成為現實(shí)。

  縱觀(guān)5G 規劃的3種應用，以及涵蓋了目前人類(lèi)技術(shù)剛觸及的每一個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，而每一個(gè)技術(shù)領(lǐng)域本身的突破都需要漫長(cháng)的時(shí)間。由于 5G 定義的 這些應用是重塑社會(huì )規則的，因此 它對社會(huì )的再定義和社會(huì )管理帶來(lái)了嚴峻挑戰，單是厘清社會(huì )管理和政治層面的問(wèn)題都需要大量的實(shí)踐反復和論證。

  我們暫時(shí)拋開(kāi)三大應用可能的圖景。重點(diǎn)在于必須有一個(gè)可實(shí)現的光傳送網(wǎng)作為這一切應用的 物理根基。我們已經(jīng)看到三大運營(yíng)商的5G 承載網(wǎng)的技術(shù)規劃，但現實(shí)是，這些規劃必須重新考量成本，技術(shù)，以及與某種應用相對應的邏輯關(guān)系。否則5G 將遙遙無(wú)期。

  我們借用下圖做光傳送網(wǎng)可行性技術(shù)分析：

  商榷1:可調諧技術(shù)

  我們看到至少2個(gè)運營(yíng)商都在5G 里面埋進(jìn)了大量可調諧技術(shù)。但是這個(gè)技術(shù)本身存在成熟度和應用悖論。比如中國電信埋進(jìn)了可調諧25G 光模塊技術(shù)和ROADM 技術(shù)。

  25G 可調諧光模塊從實(shí)驗室走向工業(yè)環(huán)境的應用還需要至少2-3年時(shí)間，問(wèn)題只是在于固定波長(cháng)和固定激光器在應用中更加合理和更加經(jīng)濟。爭論者說(shuō)，可調諧的部署靈活簡(jiǎn)潔，維護簡(jiǎn)單。我們說(shuō)，所謂靈活部署也就是標簽和標記的問(wèn)題，所有有的模塊波長(cháng)都已經(jīng)寫(xiě)進(jìn)EEPROM或MCU ，后臺可以清晰地自動(dòng)地識別，從后臺并沒(méi)有發(fā)現靈活的含義。說(shuō)到前臺，也就是施工現場(chǎng)，插所有相同標簽的光模塊和插所有波長(cháng)明確標記的光模塊，這個(gè)動(dòng)作本身沒(méi)有不同。機器的物理端口可以匹配任何一個(gè)波長(cháng)的光模塊，也就是光模塊本身是可以隨機插進(jìn)機器的。爭論者說(shuō)，至少我們把一批相同的光模塊發(fā)到施工現場(chǎng)和把不同波長(cháng)光模塊發(fā)到施工現場(chǎng)，后者有搞錯的可能性。這個(gè)問(wèn)題是弱化了光模塊廠(chǎng)商的能力。所有光模塊廠(chǎng)商的經(jīng)營(yíng)和物流經(jīng)過(guò)長(cháng)期訓練奉行的都是零出錯品質(zhì)信條。至于維護的便捷性也是不存在的。維護本身是針對產(chǎn)品性能和可靠性的。業(yè)界幾乎無(wú)爭議地承認：固定波長(cháng)激光器不僅是成本經(jīng)濟的也是質(zhì)量維護成本最低的。反之，可調諧激光器的批量采用會(huì )帶來(lái)大量的維護和失效。由于可調諧激光器是溫度相關(guān)的，在嚴苛的環(huán)境下，模塊本身的溫漂和5G應用環(huán)境要求是邏輯背離的，所以這個(gè)層次上也存在嚴峻的風(fēng)險。關(guān)于ROADM技術(shù)，因為成本、損耗、時(shí)延不能被核心網(wǎng)采納幾乎沒(méi)有疑義（可參考閱讀本人另外一篇文章《ROADM技術(shù)塑造了一代人的技術(shù)幻象》

  可調諧技術(shù)本身是用于鏈路備份的。我們根本不需要為這種昂貴的技術(shù)無(wú)知地買(mǎi)單。動(dòng)態(tài)可調諧的網(wǎng)絡(luò )和5G 網(wǎng)絡(luò )需要的嚴格穩定性造成了沖突。

  商榷2：PAM4技術(shù)

  PAM4作為一種調制方式，可以在端口密度不變的情況下成倍地擴大帶寬使用。由于56G NRZ 遭遇的技術(shù)瓶頸，PAM4技術(shù)開(kāi)始走上歷史舞臺。這種調制方式已經(jīng)證明是完全沒(méi)有問(wèn)題的。但是實(shí)際應用和實(shí)驗室，室內環(huán)境和室外還是有很大區別。實(shí)際應用中 PAM4 技術(shù)應該需要一個(gè)理想的傳輸鏈路，而且最好是低速傳輸。目前由于56G NRZ遇到問(wèn)題，人們把PAM4調制拿來(lái)做高速傳輸，高速傳輸相比低速傳輸帶來(lái)了更多非線(xiàn)性效應。相干通信之所以成為一種穩妥的技術(shù)，是因為相干技術(shù)沒(méi)有改變電信號的質(zhì)量，并且對光信號做了相位處理。而PAM4技術(shù)的基礎原理就是采用更密集的電平去傳輸更多的信息，密集電平在模塊內部的信號畸變，以及在光鏈路上的畸變不是PAM4技術(shù)能解決的。采用 PAM4 DSP 或 PAM4 CDR 是這場(chǎng)技術(shù)成功的關(guān)鍵?，F在我們大體上看，VCSEL 的短距離采用 PAM4 技術(shù)+模擬CDR

  完全可行，長(cháng)距離采用EML 技術(shù)+PAM4（DSP）也是可行的技術(shù)路徑。第三個(gè)可能的路徑是 SILICON 技術(shù)+DML +模擬CDR .根據以上三種判定，我們認為在5G 高速網(wǎng)絡(luò )里面，如果我們不能成功引入SILCION技術(shù)，5G前傳就不適合引入PAM4技術(shù)。而在回傳領(lǐng)域，采用EML技術(shù)的 PAM4可行。有一個(gè)問(wèn)題是成本的較量，就是到底在5G 回傳采用全相干技術(shù)還是部分添加 PAM4的長(cháng)距離產(chǎn)品，這當然多少取決于成本和鏈路距離。

  這里我們必須要討論一個(gè)原始的問(wèn)題，到底是電復用還是光復用？5G 網(wǎng)絡(luò )的電復用結束采用更高速率，從 100G 到 200G 再到 400GG ，也可以采用空間的波分復用實(shí)現同樣的目標。假設5G 的應用不在乎機房的空間，采用 傳統的 NRZ 技術(shù)+密集波分復用無(wú)源技術(shù)+相干可以實(shí)現5G 回傳的既定目標，如果很在意部署的密度，則采用 PAM4技術(shù)+相干是一個(gè)解決。我們需要了解 PAM4 技術(shù)造成的時(shí)延是遠大于與NRZ技術(shù)的。這可能也會(huì )造成某些應用的風(fēng)險。

  單波100G 技術(shù)是否可使用于5G 光傳輸網(wǎng)絡(luò )還是一個(gè)待解的難題。一般意義上最好是暫時(shí)摒棄這個(gè)應用，留待更長(cháng)期的技術(shù)觀(guān)察。

  商榷3: 5G定義的應用和5G光承載網(wǎng)的關(guān)系

  5G 所定義的三種應用是有歧義的。最基礎的5G提速應用是基本可行的，可以普惠大多數人的基本目標。第二種應用涉及的自動(dòng)駕駛，估計必須是一個(gè)自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )，如果把這個(gè)網(wǎng)絡(luò )劃進(jìn)龐大的5G 網(wǎng)絡(luò )，則應用復雜性相對巨大。龐大的規劃會(huì )造成延遲和冗余。此外自動(dòng)駕駛最大的風(fēng)險是本地計算和傳感的精準性，至于采用哪一個(gè)網(wǎng)絡(luò )傳輸則取決于網(wǎng)絡(luò )的密集度和可靠性。5G 網(wǎng)絡(luò )的密集度匹配了這一應用目標，但是這一切最好是使用非常成熟的技術(shù)而非引入實(shí)驗。5G 的第三種應用萬(wàn)物互聯(lián)本身和速率關(guān)系不大，也不需要龐大的帶寬，這種應用是一個(gè)高速區域網(wǎng)或行業(yè)網(wǎng)。因此5G 網(wǎng)絡(luò )只需要留一個(gè)高速接口就可以。關(guān)于萬(wàn)物互聯(lián)人們還需要理解其必要度，當機器和機器獨立成為一個(gè)王國，人類(lèi)其實(shí)是被排斥存在的。這一層的應用還為時(shí)太早，我們還不能理解這一層的現實(shí)含義。

  5G 光承載網(wǎng)如果想承載人類(lèi)一切事物，5G 網(wǎng)絡(luò )就必須規劃大量本地的數據中心。運營(yíng)商當然有這個(gè)條件和基礎。但是我們一定要理解到，5G 網(wǎng)絡(luò )作為一個(gè)物理網(wǎng)路，不可能有互聯(lián)網(wǎng)的便捷性和管理的低成本。有一些技術(shù)工作者對5G的遙想超越了技術(shù)應用的現實(shí)性和成果。硬塞進(jìn)某些自以為先進(jìn)的技術(shù)與實(shí)現5G目標沒(méi)有聯(lián)系。 回到光網(wǎng)絡(luò )自身，它所要實(shí)現的就是密度和速度，以及帶寬的可分配。我們大體上看，5G 網(wǎng)絡(luò )的eMBB應用就是一場(chǎng)速度之戰，我們要做的工作就是盡可能提升終端可使用的帶寬，這個(gè)網(wǎng)絡(luò )不可能做到非常嚴謹。而5G 的 uRLLC網(wǎng)絡(luò )需要5G 的高速帶寬接口和網(wǎng)絡(luò )帶寬的靈活可分配，這基本上要使用OTN技術(shù)。mMTC的應用涉及到萬(wàn)物改造，萬(wàn)物互聯(lián)更多是基于本地云和公有云的組網(wǎng)，其傳輸性和5G無(wú)關(guān)。

  結語(yǔ)：中國5G 光網(wǎng)絡(luò )提供了過(guò)于龐大的社會(huì )應用圖景，卻打算采用不切實(shí)際的技術(shù)和組網(wǎng)方式。行業(yè)亟需重新思考和改弦更張！