5G時代的光通信何去何從？韋樂平這樣回答

C114訊 6月13日特稿（李明）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。

那麼，在5G時代，光通信面臨哪些新的機遇？將呈現哪些新的發展趨勢？對此，在本周舉行的「2019中國光網路研討會」上，工信部通信科技委常務副主任、中國電信科技委主任、中國光網路研討會主席韋樂平為我們進行了詳細解讀。

全球5G已進入商用關鍵期

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

商用狀態方面，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。採用非獨立組網NSA模式和開啟eMBB應用，但網路不穩定，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單模晶元手機，但功耗和價格都較高，年底有雙模晶元手機，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網路如何承載？「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。「光纖網路的巨大可用頻譜（10THz）、超大容量（100Tbps）、超高速率（1Tbps）是5G網路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面的光化，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面部署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時代已經全面開啟：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控制。

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：介面開放、硬體白盒化、軟體開源化；2.採用eCPRI介面：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網路成本的重要部分，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：網路架構、網路協議、光物理層；二是產品分級：不同距離採用不同技術實現最低成本，4G時代，分別採用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；四是採購模式：光器件單獨採購增加數量，減少開銷。

硅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，而光晶元是瓶頸的立方，占設備成本大頭的光域成本不受摩爾定律恩惠。

「硅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，但只有硅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。硅光子技術的思路：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。

硅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（數十上百公里），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、埠密度高、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公里）和回傳（100/200/400G，幾十公里），然後逐步向城域網和長途網延伸（100/200/400G，幾十上百公里）。

光纖、光模塊、WDM器件等迎來新機遇

當然，隨著5G開啟商用，光通信在面臨新的挑戰的同時，也面臨新的機遇。

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，至少需要幾億芯公里。啟用毫米波後，則基站數還會大幅增加。5G雲化網路需新建諸多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（美國佔IDC數45%，我國寬頻用戶是美國的3倍，但才佔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公里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系統帶寬的巨大驅動；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系統包括：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）。

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