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5G時代的光通信何去何從?韋樂平這樣回答

時間:2019.06.13 字號

6月13日,光通信早已成為電信網發展的速率和成本的瓶頸,因此在全民談5G的今天,光通信對於5G的商用部署至關重要。


那麽,在5G時代,光通信麵臨哪些新的機遇?將呈現哪些新的發展趨勢?對此,在本周舉行的“2019中國光網絡研討會”上,工信部通信科技委常務副主任、中國電信科技委主任、中國光網絡研討會主席韋樂平為激动网视频進行了詳細解讀。


全球5G已進入商用關鍵期


當前,全球5G已進入商用關鍵期。標準狀態方麵,2018年6月,3GPP已完成基礎版5G(R15)標準,主要麵向增強型移動寬帶(eMBB)商用場景;到2019年9月,完整版5G(R16)標準也將完成,主要麵向高可靠低時延(uRLLC)商用場景。


商用狀態方麵,2019年5月底,已經有韓國、美國、芬蘭、英國等國家12個運營商開始5G商用,其中韓國宏站規模年底達8萬。采用非獨立組網NSA模式和開啟eMBB應用,但網絡不穩定,基站和手機的功耗及價格均很高,預計2020年全球將進入5G規模商用階段。


在國內,中國5G已經開啟商用化進程。韋樂平指出,2019年6月6日,工信部已經正式頒布4張5G商用牌照:中國移動(2.6/4.9G)、中國電信(3.5G)、中國聯通(3.5G)、中國廣電(700M/4.9G)分獲牌照。


“2019年本來應該是預商用,現在變成商用了,等於提前半年商用化。”韋樂平對三大運營商5G商用部署進行了預測:2019年三大運營商將在超過40個城市商用部署5G,部署8-10萬個宏站,已有NSA單模芯片手機,但功耗和價格都較高,年底有雙模芯片手機,明年唯有雙模手機可以入網;2020年規模商用:數百個城市,60-80萬宏站,多來源NSA/SA和TDD/FDD雙模手機規模商用;2021年-2027年大規模商用:聚焦城市和縣城及發達鄉鎮,數百萬量級的宏站和千萬級小基站。


全光網是5G的起點和最理想承載技術


如此龐大的5G網絡如何承載?“全光網是5G的起點!”韋樂平認為,全光網是5G最理想的承載技術。“光纖網絡的巨大可用頻譜(10THz)、超大容量(100Tbps)、超高速率(1Tbps)是5G網絡的最理想的承載技術。”


韋樂平指出,向全光網演進主要分為三步:第一步,傳輸鏈路光纖化,傳輸都已經實現光纖化,正在向200-400Gbps演進;第二步,接入網光纖化,正在推進配線段和引入線乃至桌麵的光化,進入攻堅戰,光進銅全退依然路長;第三步,傳輸節點引入光交換CTC骨幹網將在年底前全麵部署ROADM,形成骨幹全光網,並繼續向大小城域網乃至接入網延伸。


全光網2.0時代已經全麵開啟:我國首張骨幹ROADM網運營一年,效果明顯,節約成本30-50%、能耗和空間約50%,業務配置效率大幅提升,時延最低,波長一跳直達。省際幹線和省內幹線將規模應用,大城域網將隨需啟用,城域和接入網需進一步降低WSS成本。這些都標誌著全光網從1.0(全光纖網,已覆蓋91%家庭)開始邁向全光網2.0(全光自動調度)新時代。2019年中國開建骨幹ROADM節點高達466個;2019年中國電信骨幹網最大節點容量可達370Tbps,已經有需要32維WSS(可達300Tbps)。基於ROADM全光網將向基於OXC全光網演進。此外,全光網還需要走向SDN控製。


降低光器件成本是降低5G成本的重要路徑


需要特別關注的是,5G的高成本將影響運營商的部署進程,即便按保守的容量站方式部署,5G也需要比4G增加投資約50%,絕大多數運營商難以承受。其中前傳成本最敏感、分擔成本的用戶數最少、對維護效率影響最大。


在韋樂平看來,降低前傳成本的思路包括:1.架構重構:接口開放、硬件白盒化、軟件開源化;2.采用eCPRI接口:速率降4倍,從100G降至25Gbps;3.光器件成本是瓶頸,光器件規模小、手工操作多、溫度苛刻、傳輸距離長、技術創新慢,是降低前傳成本的關鍵。


其中,5G時代光器件的成本已經構成整個5G網絡成本的重要部分,降低其成本成為降低5G成本的重要路徑。韋樂平指出,實現低成本光器件的思路主要包括:一是技術創新:網絡架構、網絡協議、光物理層;二是產品分級:不同距離采用不同技術實現最低成本,4G時代,分別采用VCSEL、FP、DFP技術來適配不同距離,避免過度設計,降低成本;三是量產規模:其一盡量減少選項,提高量產規模;其二是國產化;其三是不同領域技術共享;四是采購模式:光器件單獨采購增加數量,減少開銷。


矽光子技術是根本性突破方向


可見,光通信成為電信網發展的速率和成本的瓶頸,光器件是瓶頸的瓶頸,而光芯片是瓶頸的立方,占設備成本大頭的光域成本不受摩爾定律恩惠。


“矽光子技術是根本性突破方向,各種光子集成技術都可以帶來不同程度的改進和突破,但隻有矽光子技術可以享受到摩爾定律帶來的巨大好處,從而可望在成本、功耗、集成度上帶來根本性突破。矽光子技術的思路:利用現有CMOS的投資、設施、經驗和技術設計和製造光器件和光集成,從而達到CMOS水平。”韋樂平說。


矽光集成的使用場景包括:公網,長途和城域網用量不大(數千上萬),距離遠(數十上百公裏),器件成本偏高;接入網用量大,距離短,但使用環境苛刻(-40°到85°)。數據中心:用量大、更新快、距離短、成本低、速率高、端口密度高、功耗大、環境好(0°-70°)。適用場景和演進路徑:從環境好、成本低的DC開始(100/400G互連),待溫度和成本解決後進入移動前傳(25G,10公裏)和回傳(100/200/400G,幾十公裏),然後逐步向城域網和長途網延伸(100/200/400G,幾十上百公裏)。


光纖、光模塊、WDM器件等迎來新機遇


當然,隨著5G開啟商用,光通信在麵臨新的挑戰的同時,也麵臨新的機遇。


談及5G時代的光纖機遇,韋樂平指出,按照上行邊緣速率3Mbps考慮,3.5GHz上行比1.8GHz差9dB。按照3.5G獨立組網,所需室外宏站至少是4G的2倍;按照3.5G+1.8G/2.1G協同組網,所需室外宏站也至少是4G的1.2倍;室內覆蓋若靠小基站,需數千萬個。


“可見,5G仍需大量光纖連接各種基站,至少需要幾億芯公裏。啟用毫米波後,則基站數還會大幅增加。5G雲化網絡需新建諸多DC,帶來光纖和模塊需求。”對於5G對新型光纖的需求,韋樂平認為,骨幹高容量路由轉向超低損G.654E光纖,4dB增益;室內站和DC帶來抗彎曲和新一代多模光纖需求。


光模塊在5G時代也將迎來巨大機遇。韋樂平指出,按照上行邊緣速率3Mbps和不同組網方式,所需5G室外宏站數至少是4G的1.2-2倍;若室內覆蓋主要依靠數千萬個小基站,預計5G會帶來數千萬量級25/50/100Gbps光模塊用量。進一步考慮我國數據中心的巨大發展空間(美國占IDC數45%,我國寬帶用戶是美國的3倍,但才占8%),高速光模塊的發展空間更加可觀。同時,基於PAM4的4電平調幅是目前主流技術方案,波特率僅為速率50%,可望降低帶寬需要和用低成本光器件,增強色散容限,20公裏400ps/nm。


5G時代WDM器件也迎來新的機遇,韋樂平指出,WDM的驅動因素包括:大規模多天線技術對係統帶寬的巨大驅動;光纖緊張區域、光纜工程受限和成本代價;5G無線接入新架構的影響,包括BBU集中化;城域網WDM/OTN的邊緣化趨勢和5G承載需要。多樣化的WDM係統包括:無源WDM彩光,無源WDM PON;有源WDM OTN和WDM /M-OTN彩光。關鍵器件的性價比挑戰包括:關鍵是可調激光器(傳輸距離、溫度、良品率、成本)和WDM器件(主要是AWG器件)。