5G 亟需厘清技術(shù)路徑

  ICCSZ訊 5G 定義了三種應(yīng)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(shè)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(duì)此加以技術(shù)和應(yīng)用可行性的分析，從而為上層建筑的重新思考提供依據(jù)。

  5G最常規(guī)的應(yīng)用的EMBB，定義下達(dá)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和超高清晰視頻分享，隨地云存取和高達(dá)1G 的上網(wǎng)帶寬。

  5G 其次的應(yīng)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(yīng)用。

  5G 的第三個(gè)應(yīng)用mMTC,即機(jī)器通信，實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)和智能資產(chǎn)管理，也就是讓萬物自動(dòng)互聯(lián)成為現(xiàn)實(shí)。

  縱觀5G 規(guī)劃的3種應(yīng)用，以及涵蓋了目前人類技術(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(zhǎng)的時(shí)間。由于 5G 定義的 這些應(yīng)用是重塑社會(huì)規(guī)則的，因此 它對(duì)社會(huì)的再定義和社會(huì)管理帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，單是厘清社會(huì)管理和政治層面的問題都需要大量的實(shí)踐反復(fù)和論證。

  我們暫時(shí)拋開三大應(yīng)用可能的圖景。重點(diǎn)在于必須有一個(gè)可實(shí)現(xiàn)的光傳送網(wǎng)作為這一切應(yīng)用的 物理根基。我們已經(jīng)看到三大運(yùn)營(yíng)商的5G 承載網(wǎng)的技術(shù)規(guī)劃，但現(xiàn)實(shí)是，這些規(guī)劃必須重新考量成本，技術(shù)，以及與某種應(yīng)用相對(duì)應(yīng)的邏輯關(guān)系。否則5G 將遙遙無期。

  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(diào)諧技術(shù)

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

  25G 可調(diào)諧光模塊從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)環(huán)境的應(yīng)用還需要至少2-3年時(shí)間，問題只是在于固定波長(zhǎng)和固定激光器在應(yīng)用中更加合理和更加經(jīng)濟(jì)。爭(zhēng)論者說，可調(diào)諧的部署靈活簡(jiǎn)潔，維護(hù)簡(jiǎn)單。我們說，所謂靈活部署也就是標(biāo)簽和標(biāo)記的問題，所有有的模塊波長(zhǎng)都已經(jīng)寫進(jìn)EEPROM或MCU ，后臺(tái)可以清晰地自動(dòng)地識(shí)別，從后臺(tái)并沒有發(fā)現(xiàn)靈活的含義。說到前臺(tái)，也就是施工現(xiàn)場(chǎng)，插所有相同標(biāo)簽的光模塊和插所有波長(zhǎng)明確標(biāo)記的光模塊，這個(gè)動(dòng)作本身沒有不同。機(jī)器的物理端口可以匹配任何一個(gè)波長(zhǎng)的光模塊，也就是光模塊本身是可以隨機(jī)插進(jìn)機(jī)器的。爭(zhēng)論者說，至少我們把一批相同的光模塊發(fā)到施工現(xiàn)場(chǎng)和把不同波長(zhǎng)光模塊發(fā)到施工現(xiàn)場(chǎng)，后者有搞錯(cuò)的可能性。這個(gè)問題是弱化了光模塊廠商的能力。所有光模塊廠商的經(jīng)營(yíng)和物流經(jīng)過長(zhǎng)期訓(xùn)練奉行的都是零出錯(cuò)品質(zhì)信條。至于維護(hù)的便捷性也是不存在的。維護(hù)本身是針對(duì)產(chǎn)品性能和可靠性的。業(yè)界幾乎無爭(zhēng)議地承認(rèn)：固定波長(zhǎng)激光器不僅是成本經(jīng)濟(jì)的也是質(zhì)量維護(hù)成本最低的。反之，可調(diào)諧激光器的批量采用會(huì)帶來大量的維護(hù)和失效。由于可調(diào)諧激光器是溫度相關(guān)的，在嚴(yán)苛的環(huán)境下，模塊本身的溫漂和5G應(yīng)用環(huán)境要求是邏輯背離的，所以這個(gè)層次上也存在嚴(yán)峻的風(fēng)險(xiǎn)。關(guān)于ROADM技術(shù)，因?yàn)槌杀?、損耗、時(shí)延不能被核心網(wǎng)采納幾乎沒有疑義（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(diào)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)無知地買單。動(dòng)態(tài)可調(diào)諧的網(wǎng)絡(luò)和5G 網(wǎng)絡(luò)需要的嚴(yán)格穩(wěn)定性造成了沖突。

  商榷2：PAM4技術(shù)

  PAM4作為一種調(diào)制方式，可以在端口密度不變的情況下成倍地?cái)U(kuò)大帶寬使用。由于56G NRZ 遭遇的技術(shù)瓶頸，PAM4技術(shù)開始走上歷史舞臺(tái)。這種調(diào)制方式已經(jīng)證明是完全沒有問題的。但是實(shí)際應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)室，室內(nèi)環(huán)境和室外還是有很大區(qū)別。實(shí)際應(yīng)用中 PAM4 技術(shù)應(yīng)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遇到問題，人們把PAM4調(diào)制拿來做高速傳輸，高速傳輸相比低速傳輸帶來了更多非線性效應(yīng)。相干通信之所以成為一種穩(wěn)妥的技術(shù)，是因?yàn)橄喔杉夹g(shù)沒有改變電信號(hào)的質(zhì)量，并且對(duì)光信號(hào)做了相位處理。而PAM4技術(shù)的基礎(chǔ)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(nèi)部的信號(hào)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(xiàn)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(zhǎng)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(jù)以上三種判定，我們認(rèn)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(zhǎng)距離產(chǎn)品，這當(dāng)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)原始的問題，到底是電復(fù)用還是光復(fù)用？5G 網(wǎng)絡(luò)的電復(fù)用結(jié)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(fù)用實(shí)現(xiàn)同樣的目標(biāo)。假設(shè)5G 的應(yīng)用不在乎機(jī)房的空間，采用 傳統(tǒng)的 NRZ 技術(shù)+密集波分復(fù)用無源技術(shù)+相干可以實(shí)現(xiàn)5G 回傳的既定目標(biāo)，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(yuǎn)大于與NRZ技術(shù)的。這可能也會(huì)造成某些應(yīng)用的風(fēng)險(xiǎn)。

  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(yīng)用，留待更長(zhǎng)期的技術(shù)觀察。

  商榷3: 5G定義的應(yīng)用和5G光承載網(wǎng)的關(guān)系

  5G 所定義的三種應(yīng)用是有歧義的。最基礎(chǔ)的5G提速應(yīng)用是基本可行的，可以普惠大多數(shù)人的基本目標(biāo)。第二種應(yīng)用涉及的自動(dòng)駕駛，估計(jì)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(yīng)用復(fù)雜性相對(duì)巨大。龐大的規(guī)劃會(huì)造成延遲和冗余。此外自動(dòng)駕駛最大的風(fēng)險(xiǎn)是本地計(jì)算和傳感的精準(zhǔn)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(yīng)用目標(biāo)，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(yàn)。5G 的第三種應(yīng)用萬物互聯(lián)本身和速率關(guān)系不大，也不需要龐大的帶寬，這種應(yīng)用是一個(gè)高速區(qū)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)于萬物互聯(lián)人們還需要理解其必要度，當(dāng)機(jī)器和機(jī)器獨(dú)立成為一個(gè)王國(guó)，人類其實(shí)是被排斥存在的。這一層的應(yīng)用還為時(shí)太早，我們還不能理解這一層的現(xiàn)實(shí)含義。

  5G 光承載網(wǎng)如果想承載人類一切事物，5G 網(wǎng)絡(luò)就必須規(guī)劃大量本地的數(shù)據(jù)中心。運(yùn)營(yíng)商當(dāng)然有這個(gè)條件和基礎(chǔ)。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(duì)5G的遙想超越了技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)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(xiàn)5G目標(biāo)沒有聯(lián)系。 回到光網(wǎng)絡(luò)自身，它所要實(shí)現(xiàn)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(yīng)用就是一場(chǎng)速度之戰(zhàn)，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(yán)謹(jǐn)。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(yīng)用涉及到萬物改造，萬物互聯(lián)更多是基于本地云和公有云的組網(wǎng)，其傳輸性和5G無關(guān)。

  結(jié)語(yǔ)：中國(guó)5G 光網(wǎng)絡(luò)提供了過于龐大的社會(huì)應(yīng)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！