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5G建设将面临的现实困难

导语:那些看上去可以改变游戏规则的技术将不可避免地面临现实。

近年来,围绕5G的认知水平和某些炒作在快速增长,现在看来达到了一个高峰——几乎每个人都知道5G即将到来。一些手机制造商承诺今年将推出5G设备,中国政府也在进行大规模的基础设施建设。

很多事情都正在发生,分析师和技术爱好者谈论了很多关于5G的事情。的确,该技术将大大改变社会的运行效率,从医疗保健到自动驾驶,前所未有的数据传输速度将实现其他网络标准无法实现的目标。

什么是5G?

5G技术是第五代移动通信系统,是继4G网络之后的新产品,而后者又是为了取代3G而建立的。技术随时间更迭,每个后续一代网络系统所带来的最重要改进是数据通信的速度。3G允许2Mbps的带宽,4G可以达到200Mbps,而5G承诺可以达到100Gbps。

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乍一看,新技术没有什么特别之处,由于网络速度变快,互联网可能会变得更容易访问,可以在没有明显限制的情况下阅读媒体资讯。据说5G可以在6秒内下载8GB的高清电影,而4G需要7分钟。

5G的另一个典型指标是“零延迟”,这主要体现在医疗和自动驾驶等领域。比如说自动驾驶,5G技术可以实时收集所有数据点并将它们发送到数据中心,然后这些数据将在服务器上进行处理,之后被发送到汽车的计算机——所有的事情都应该在瞬间发生,这样机器和人都不会注意到重大的延迟。

可以预期,通过快速的互联网连接,更多的计算任务、数据处理都将在服务器上完成,而不是通过互联网传输给我们。所有这些承诺在纸面上听起来真的很棒,但是大多数号称可以彻底改变世界的新技术都面临着困难的现实。

现实生活的障碍在哪里?

当前全球平均的互联网速度已经增长到了9.1Mbps,但这主要是由相对发达的经济体所推动的。根据相关的数据调查,我们发现:

  • 即使在新加坡这个平均互联网连接速度最快的地区,这个数字也只有60Mbps左右,比起之前承诺的4G速度低了好几倍;
  • 大约135个国家的平均互联网速度<10M bps。
  • 被调查的25%国家的互联网连接速度<2Mbps,甚至低于3G的基本速度。

就算是德国、英国等欧洲发达国家,互联网也不是我们想象地那么快速稳定;经常听到在那里工作留学的朋友抱怨每天大约有1到2个小时活在20世纪——家庭网络速度甚至达不到10Mbps。

从这里我们可以得出一个明显的结论:现代世界的基础设施发展太慢,无法让5G以其保证的惊人应用改变世界——从当前平均的9Mbps到5G规范中规定的1000Mbps,这种突然的巨大飞跃看上去似乎有些不切实际。

值得注意的是,几乎每次改变社会规则的技术出现时,都会出现一些经济泡沫:1999年至2000年的“DOT COM”互联网危机,消费级智能手机在2007年之前停滞不前,或者是最近一次爆发的区块链虚拟货币泡沫导致主要硬币价格暴跌90%左右。

很明显,5G可能会面临与上述大多数技术相同的问题。我们需要的是基础设施,广泛的测试,有利的经济环境,最重要的是,为这项革命性技术进行推广的人性需求。

5G基础设施解决方案

尽管围绕5G预测的浪漫性质是诱人的,但该技术将面临的现实障碍——突破性的解决方案、是否允许的经济环境等也非常明显。5G并不是我们所面临的所有限制的灵丹妙药,对于这项技术的看法我们应该更契合实际一些——它仅仅是可以更好地改善我们的生活。

5G的基础设施主要集中在无线网、承载网、核心网以及终端,包括地下铺设的光纤、机房的交换机、光模块。根据相关部门的预测,无线接入网在5G时期将迎来极大的市场份额提升,尤其是天线、小基站和光模块等。

类目 细目 5G整体市场 比4G增加
无线网 天线 864亿 400%
无线主设备(宏站) 4536亿 64%
无线配套 2448亿 11.1%
光模块 306亿 725%
无线小基站 3065亿 2125%
承载网 IPRAN,OTN,DC 1790亿 83%
核心网 _________ 880亿 100%
终端 射频滤波器 439亿 79.3%

下面主要从物理层面简述5G需要的核心技术以及相应的方案。

5G物理层的核心技术集中在无线通信和有线通信。万物互联是5G的终极实现目标,用户和基站之间的无线通信主要体现在空中接口技术,其主要包括调制、编码、多址、组网和多天线等技术。

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而有线通信的核心物理层技术主要体现在5G承载网的设计上。由下图所示,5G承载网主要由前传(Fronthaul:AAU-DU)、中传(Middlehaul:DU-CU)、回传(Backhaul:CU-核心网)三部分组成。

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1、5G前传

5G前传最大的挑战在于光纤资源,高抗弯光纤、小型化和高密度光缆需求迫切。总体原则为:光纤直驱为主,光纤不足的区域引入WDM技术弥补或新建光缆方式进行扩容。在部分光纤资源紧张的区域,近年少量的CWDM系统开始投入建设,由于维护管理体制和故障定位较难等方面的问题,该系统尚未被规模使用。

5G基站建设初期,10Gbit/s前传光模块大体可以满足要求,业界在光纤丰富的区域开始倾向于使用25Gbit/s速率的前传模块,采用单线双向(BiDi)技术可节约50%光纤资源并为高精度同步传输提供性能保障。

2、5G中传(接入段)

5G初期接入段可采用10Gbit/s或者25Gbit/s速率的光模块,比如采用VCSEL激光器的25G SFP28 SR 100m光模块或采用DFB激光器的25G eCPRI SFP28 LR 10km光模块等。随着速率的增长,50Gb/s PAM4光模块会快速起量,比如50G SFP56 FR PAM4 2km和50G SFP56 LR PAM4 10km光模块,主要应用预计会在中国移动的SPN网络中。

3、5G回传(核心汇聚层)

5G初期核心汇聚层可采用100Gbit/s速率的光模块,比如采用100G QSFP28 SR4工业级光模块(100m、VCSEL激光器、MMF-MPO)或100G QSFP28 CWDM4(2km、DFB激光器、SMF-LC)等。在城域层面,根据需要传输的距离不同,可采用基于EML/DML调制的100G QSDP28 4WDM 40km工业级光模块或基于相干技术的100G CFP-DCO光模块

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另外值得注意的是,无线接入网对于光模块质量和性能的要求与数据中心的需求存在较大差异,很多基站不可避免地被部署在恶劣的环境下,对器件的温度范围要求很高(-40℃~+85℃)。在前传场景下,25Gb/s工业级DFB激光器应该是最佳的器件选择,但是全球范围内,掌握此核心激光器量产能力的厂家屈指可数,目前可通过改善10Gb/s激光器的产业链进行初期的部署。

总结

5G技术的发展将是中国走向现代化极其重要的一部分,并将提供史无前例的社会应用图景。但是在技术层面上5G尚不成熟,在实际的市场需求上我们还不能完全确定,5G建设将会是比较漫长的过程,并且很长一段时间,4G网络仍然会占据主导的地位。对于5G技术的看法我们似乎更应该切合实际一些。

“5G商用,承载先行”,5G基础设施的建设至关重要,其质量好坏并将直接影响到今后各种5G业务的用户体验,易飞扬(Gigalight)致力于5G方案的解决,今后将与业界加强合作,协同推动5G承载架构的建设,为后续5G的规模化部署提供有力支撑。

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