5G技術(shù)在設(shè)施建設(shè)方面還面臨那些困難

近年來(lái)，圍繞5G的認(rèn)知水平和某些炒作在快速增長(zhǎng)，現(xiàn)在看來(lái)達(dá)到了一個(gè)高峰——幾乎每個(gè)人都知道5G即將到來(lái)。

一些手機(jī)制造商承諾今年將推出5G設(shè)備，中國(guó)政府也在進(jìn)行大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

很多事情都正在發(fā)生，分析師和技術(shù)愛好者談?wù)摿撕芏嚓P(guān)于5G的事情。

的確，該技術(shù)將大大改變社會(huì)的運(yùn)行效率，從醫(yī)療保健到自動(dòng)駕駛，前所未有的數(shù)據(jù)傳輸速度將實(shí)現(xiàn)其他網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

什么是5G？

5G技術(shù)是第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)，是繼4G網(wǎng)絡(luò)之后的新產(chǎn)品，而后者又是為了取代3G而建立的。

技術(shù)隨時(shí)間更迭，每個(gè)后續(xù)一代網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所帶來(lái)的最重要改進(jìn)是數(shù)據(jù)通信的速度。

3G允許2Mbps的帶寬， 4G可以達(dá)到200Mbps， 而5G承諾可以達(dá)到100Gbps。

乍一看，新技術(shù)沒有什么特別之處，由于網(wǎng)絡(luò)速度變快，互聯(lián)網(wǎng)可能會(huì)變得更容易訪問，可以在沒有明顯限制的情況下閱讀媒體資訊。據(jù)說(shuō)5G可以在6秒內(nèi)下載8GB的高清電影，而4G需要7分鐘。

5G的另一個(gè)典型指標(biāo)是“零延遲”，這主要體現(xiàn)在醫(yī)療和自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域。比如說(shuō)自動(dòng)駕駛，5G技術(shù)可以實(shí)時(shí)收集所有數(shù)據(jù)點(diǎn)并將它們發(fā)送到數(shù)據(jù)中心，然后這些數(shù)據(jù)將在服務(wù)器上進(jìn)行處理，之后被發(fā)送到汽車的計(jì)算機(jī)——所有的事情都應(yīng)該在瞬間發(fā)生，這樣機(jī)器和人都不會(huì)注意到重大的延遲。

可以預(yù)期，通過快速的互聯(lián)網(wǎng)連接，更多的計(jì)算任務(wù)、數(shù)據(jù)處理都將在服務(wù)器上完成，而不是通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸給我們。所有這些承諾在紙面上聽起來(lái)真的很棒，但是大多數(shù)號(hào)稱可以徹底改變世界的新技術(shù)都面臨著困難的現(xiàn)實(shí)。

現(xiàn)實(shí)生活的障礙在哪里？

當(dāng)前全球平均的互聯(lián)網(wǎng)速度已經(jīng)增長(zhǎng)到了9.1Mbps， 但這主要是由相對(duì)發(fā)達(dá)的經(jīng)濟(jì)體所推動(dòng)的。根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)：

即使在新加坡這個(gè)平均互聯(lián)網(wǎng)連接速度最快的地區(qū)，這個(gè)數(shù)字也只有60Mbps左右，比起之前承諾的4G速度低了好幾倍；

大約135個(gè)國(guó)家的平均互聯(lián)網(wǎng)速度《10M bps；

被調(diào)查的25%國(guó)家的互聯(lián)網(wǎng)連接速度《2Mbps， 甚至低于3G的基本速度。

就算是德國(guó)、英國(guó)等歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家，互聯(lián)網(wǎng)也不是我們想象地那么快速穩(wěn)定；經(jīng)常聽到在那里工作留學(xué)的朋友抱怨每天大約有1到2個(gè)小時(shí)活在20世紀(jì)——家庭網(wǎng)絡(luò)速度甚至達(dá)不到10Mbps。

從這里我們可以得出一個(gè)明顯的結(jié)論：現(xiàn)代世界的基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展太慢，無(wú)法讓5G以其保證的驚人應(yīng)用改變世界——從當(dāng)前平均的9Mbps到5G規(guī)范中規(guī)定的1000Mbps， 這種突然的巨大飛躍看上去似乎有些不切實(shí)際。

值得注意的是，幾乎每次改變社會(huì)規(guī)則的技術(shù)出現(xiàn)時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)一些經(jīng)濟(jì)泡沫：1999年至2000年的“DOT COM”互聯(lián)網(wǎng)危機(jī)，消費(fèi)級(jí)智能手機(jī)在2007年之前停滯不前，或者是最近一次爆發(fā)的區(qū)塊鏈虛擬貨幣泡沫導(dǎo)致主要硬幣價(jià)格暴跌90%左右。

很明顯，5G可能會(huì)面臨與上述大多數(shù)技術(shù)相同的問題。我們需要的是基礎(chǔ)設(shè)施，廣泛的測(cè)試，有利的經(jīng)濟(jì)環(huán)境，最重要的是，為這項(xiàng)革命性技術(shù)進(jìn)行推廣的人性需求。

5G基礎(chǔ)設(shè)施解決方案

盡管圍繞5G預(yù)測(cè)的浪漫性質(zhì)是誘人的，但該技術(shù)將面臨的現(xiàn)實(shí)障礙——突破性的解決方案、是否允許的經(jīng)濟(jì)環(huán)境等也非常明顯。5G并不是我們所面臨的所有限制的靈丹妙藥，對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)的看法我們應(yīng)該更契合實(shí)際一些——它僅僅是可以更好地改善我們的生活。

5G的基礎(chǔ)設(shè)施主要集中在無(wú)線網(wǎng)、承載網(wǎng)、核心網(wǎng)以及終端，包括地下鋪設(shè)的光纖、機(jī)房的交換機(jī)、光模塊。根據(jù)相關(guān)部門的預(yù)測(cè)，無(wú)線接入網(wǎng)在5G時(shí)期將迎來(lái)極大的市場(chǎng)份額提升，尤其是天線、小基站和光模塊等。

下面主要從物理層面簡(jiǎn)述5G需要的核心技術(shù)以及相應(yīng)的方案。

5G物理層的核心技術(shù)集中在無(wú)線通信和有線通信。萬(wàn)物互聯(lián)是5G的終極實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，用戶和基站之間的無(wú)線通信主要體現(xiàn)在空中接口技術(shù)，其主要包括調(diào)制、編碼、多址、組網(wǎng)和多天線等技術(shù)。

而有線通信的核心物理層技術(shù)主要體現(xiàn)在5G承載網(wǎng)的設(shè)計(jì)上。

由下圖所示，5G承載網(wǎng)主要由三部分組成。

前傳 （Fronthaul： AAU-DU）

中傳 （Middlehaul： DU-CU）

回傳 （Backhaul： CU-核心網(wǎng)）

前傳

5G前傳最大的挑戰(zhàn)在于光纖資源，高抗彎光纖、小型化和高密度光纜需求迫切。總體原則為：光纖直驅(qū)為主，光纖不足的區(qū)域引入WDM技術(shù)彌補(bǔ)或新建光纜方式進(jìn)行擴(kuò)容。

在部分光纖資源緊張的區(qū)域，近年少量的CWDM系統(tǒng)開始投入建設(shè)，由于維護(hù)管理體制和故障定位較難等方面的問題，該系統(tǒng)尚未被規(guī)模使用。

5G基站建設(shè)初期， 10Gbit/s前傳光模塊大體可以滿足要求，業(yè)界在光纖豐富的區(qū)域開始傾向于使用25Gbit/s速率的前傳模塊，采用單線雙向（BiDi）技術(shù)可節(jié)約50%光纖資源并為高精度同步傳輸提供性能保障。

中傳（接入層）

5G初期接入段可采用10Gbit/s或者25Gbit/s速率的光模塊，比如采用VCSEL激光器的25G eCPRI SFP28 SR 100m光模塊或采用DFB激光器的25G eCPRI SFP28 LR 10km光模塊等。

隨著速率的增長(zhǎng)， 50Gbit/s PAM4光模塊會(huì)快速起量，比如50G SFP56 FR PAM4 2km和50G SFP56 LR PAM4 10km光模塊，主要應(yīng)用預(yù)計(jì)會(huì)在中國(guó)移動(dòng)的SPN網(wǎng)絡(luò)中。

回傳（核心匯聚層）

5G初期核心匯聚層可采用100Gbit/s速率的光模塊，比如采用100G QSFP28 SR4工業(yè)級(jí)光模塊（100m， VCSEL激光器， MMF-MPO）或100G QSFP28 CWDM4（2km， DFB激光器， SMF-LC）等。

在城域?qū)用妫鶕?jù)需要傳輸?shù)木嚯x不同，可采用基于EML/DML調(diào)制的100G QSDP28 4WDM 40km工業(yè)級(jí)光模塊或基于相干技術(shù)的100G CFP-DCO光模塊。

另外值得注意的是，無(wú)線接入網(wǎng)對(duì)于光模塊質(zhì)量和性能的要求與數(shù)據(jù)中心的需求存在較大差異，很多基站不可避免地被部署在惡劣的環(huán)境下，對(duì)器件的溫度范圍要求很高（-40~+85）。

在前傳場(chǎng)景下， 25Gbit/s工業(yè)級(jí)DFB激光器應(yīng)該是最佳的器件選擇，但是全球范圍內(nèi)，掌握此核心激光器量產(chǎn)能力的廠家屈指可數(shù)，目前可通過改善10Gbit/s激光器的產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行初期的部署。

總結(jié)

5G技術(shù)的發(fā)展將是中國(guó)走向現(xiàn)代化極其重要的一部分，并將提供史無(wú)前例的社會(huì)應(yīng)用圖景。

但是在技術(shù)層面上5G尚不成熟，在實(shí)際的市場(chǎng)需求上我們還不能完全確定， 5G建設(shè)將會(huì)是比較漫長(zhǎng)的過程，并且很長(zhǎng)一段時(shí)間， 4G網(wǎng)絡(luò)仍然會(huì)占據(jù)主導(dǎo)的地位。對(duì)于5G技術(shù)的看法我們似乎更應(yīng)該切合實(shí)際一些。

“5G商用，承載先行”， 5G基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)至關(guān)重要，其質(zhì)量好壞并將直接影響到今后各種5G業(yè)務(wù)的用戶體驗(yàn)，易飛揚(yáng)（Gigalight）致力于5G方案的解決，今后將與業(yè)界加強(qiáng)合作，協(xié)同推動(dòng)5G承載架構(gòu)的建設(shè)，為后續(xù)5G的規(guī)?；渴鹛峁┯辛χ巍?/p>