5G 亟需厘清技术路径
日期:2018-11-20 作者:admin 134

       5G 定义了三种应用场景,每一种场景都需要一个技术世代。这个技术世代不会低于5年。假设从2019年部署5G,则完成我们想象中5G 网络的部署少则10年。我们不得不对此加以技术和应用可行性的分析,从而为上层建筑的重新思考提供依据。



5G三种应用场景

5G最常规的应用的EMBB,定义下达的目标是实现虚拟现实技术和超高清晰视频分享,随地云存取和高达1G 的上网带宽。

●5G 其次的应用是uRLLC,也就是低时延的自动驾驶和工业互联网等应用。

●5G 的第三个应用mMTC,即机器通信,实现车联网和智能资产管理,也就是让万物自动互联成为现实。


       纵观5G 规划的3种应用,以及涵盖了目前人类技术刚触及的每一个技术领域,而每一个技术领域本身的突破都需要漫长的时间。由于 5G 定义的这些应用是重塑社会规则的,因此 它对社会的再定义和社会管理带来了严峻挑战,单是厘清社会管理和政治层面的问题都需要大量的实践反复和论证。


       我们暂时抛开三大应用可能的图景。重点在于必须有一个可实现的光传送网作为这一切应用的 物理根基。我们已经看到三大运营商的5G 承载网的技术规划,但现实是,这些规划必须重新考量成本,技术,以及与某种应用相对应的逻辑关系。否则5G 将遥遥无期。


我们借用下图做光传送网可行性技术分析:

商榷1:可调谐技术

       我们看到至少2个运营商都在5G 里面埋进了大量可调谐技术。但是这个技术本身存在成熟度和应用悖论。比如中国电信埋进了可调谐25G 光模块技术和ROADM 技术。

       
       25G 可调谐光模块从实验室走向工业环境的应用还需要至少2-3年时间,问题只是在于固定波长和固定激光器在应用中更加合理和更加经济。争论者说,可调谐的部署灵活简洁,维护简单。我们说,所谓灵活部署也就是标签和标记的问题,所有有的模块波长都已经写进EEPROM或MCU ,后台可以清晰地自动地识别,从后台并没有发现灵活的含义。说到前台,也就是施工现场,插所有相同标签的光模块和插所有波长明确标记的光模块,这个动作本身没有不同。机器的物理端口可以匹配任何一个波长的光模块,也就是光模块本身是可以随机插进机器的。争论者说,至少我们把一批相同的光模块发到施工现场和把不同波长光模块发到施工现场,后者有搞错的可能性。这个问题是弱化了光模块厂商的能力。所有光模块厂商的经营和物流经过长期训练奉行的都是零出错品质信条。至于维护的便捷性也是不存在的。维护本身是针对产品性能和可靠性的。业界几乎无争议地承认:固定波长激光器不仅是成本经济的也是质量维护成本最低的。反之,可调谐激光器的批量采用会带来大量的维护和失效。由于可调谐激光器是温度相关的,在严苛的环境下,模块本身的温飘和5G应用环境要求是逻辑背离的,所以这个层次上也存在严峻的风险。关于ROADM技术,因为成本、损耗、时延不能被核心网采纳几乎没有疑义(可参考阅读本人另外一篇文章《ROADM技术塑造了一代人的技术幻象》可调谐技术本身是用于链路备份的。我们根本不需要为这种昂贵的技术无知地买单。动态可调谐的网络和5G 网络需要的严格稳定性造成了冲突。
 
商榷2:PAM4技术

       PAM4作为一种调制方式,可以在端口密度不变的情况下成倍地扩大带宽使用。由于56G NRZ 遭遇的技术瓶颈,PAM4技术开始走上历史舞台。这种调制方式已经证明是完全没有问题的。但是实际应用和实验室,室内环境和室外还是有很大区别。实际应用中 PAM4 技术应该需要一个理想的传输链路,而且最好是低速传输。目前由于56G NRZ遇到问题,人们把PAM4调制拿来做高速传输,高速传输相比低速传输带来了更多非线性效应。相干通信之所以成为一种稳妥的技术,是因为相干技术没有改变电信号的质量,并且对光信号做了相位处理。而PAM4技术的基础原理就是采用更密集的电平去传输更多的信息,密集电平在模块内部的信号畸变,以及在光链路上的畸变不是PAM4技术能解决的。采用 PAM4 DSP 或 PAM4 CDR 是这场技术成功的关键。现在我们大体上看,VCSEL 的短距离采用 PAM4 技术+模拟CDR完全可行,长距离采用EML 技术+PAM4(DSP)也是可行的技术路径。第三个可能的路径是 SILICON 技术+DML +模拟CDR .根据以上三种判定,我们认为在5G 高速网络里面,如果我们不能成功引入SILCION技术,5G前传就不适合引入PAM4技术。而在回传领域,采用EML技术的 PAM4可行。有一个问题是成本的较量,就是到底在5G 回传采用全相干技术还是部分添加 PAM4的长距离产品,这当然多少取决于成本和链路距离。


       这里我们必须要讨论一个原始的问题,到底是电复用还是光复用?5G 网络的电复用结束采用更高速率,从 100G 到 200G 再到 400GG ,也可以采用空间的波分复用实现同样的目标。假设5G 的应用不在乎机房的空间,采用 传统的 NRZ 技术+密集波分复用无源技术+相干可以实现5G 回传的既定目标,如果很在意部署的密度,则采用 PAM4技术+相干是一个解决。我们需要了解 PAM4 技术造成的时延是远大于与NRZ技术的。这可能也会造成某些应用的风险。

     
       单波100G 技术是否可使用于5G 光传输网络还是一个待解的难题。一般意义上最好是暂时摒弃这个应用,留待更长期的技术观察。


 商榷3:5G 定义的应用和5G 光承载网的关系

       5G 所定义的三种应用是有歧义的。最基础的5G提速应用是基本可行的,可以普惠大多数人的基本目标。第二种应用涉及的自动驾驶,估计必须是一个自组网网络,如果把这个网络划进庞大的5G 网络,则应用复杂性相对巨大。庞大的规划会造成延迟和冗余。此外自动驾驶最大的风险是本地计算和传感的精准性,至于采用哪一个网络传输则取决于网络的密集度和可靠性。5G 网络的密集度匹配了这一应用目标,但是这一切最好是使用非常成熟的技术而非引入实验。5G 的第三种应用万物互联本身和速率关系不大,也不需要庞大的带宽,这种应用是一个高速区域网或行业网。因此5G 网络只需要留一个高速接口就可以。关于万物互联人们还需要理解其必要度,当机器和机器独立成为一个王国,人类其实是被排斥存在的。这一层的应用还为时太早,我们还不能理解这一层的现实含义。

     
        5G光承载网如果想承载人类一切事物,5G 网络就必须规划大量本地的数据中心。运营商当然有这个条件和基础。但是我们一定要理解到,5G网络作为一个物理网路,不可能有互联网的便捷性和管理的低成本。有一些技术工作者对5G的遥想超越了技术应用的现实性和成果。硬塞进某些自以为先进的技术与实现5G目标没有联系。 回到光网络自身,它所要实现的就是密度和速度,以及带宽的可分配。我们大体上看,5G 网络的eMBB应用就是一场速度之战,我们要做的工作就是尽可能提升终端可使用的带宽,这个网络不可能做到非常严谨。而5G 的 uRLLC网络需要5G 的高速带宽接口和网络带宽的灵活可分配,这基本上要使用OTN技术。mMTC的应用涉及到万物改造,万物互联更多是基于本地云和公有云的组网,其传输性和5G 无关。

   
        结语:中国5G光网络提供了过于庞大的社会应用图景,却打算采用不切实际的技术和组网方式。行业亟需重新思考和改弦更张!