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光通信早已成为电信网发展的速率和成本的瓶颈，因此在全民谈5G的今天，光通信对于5G的商用部署至关重要。 那么，在5G时代，光通信面临哪些新的机遇？将呈现哪些新的发展趋势？对此，在本周举行的“2019中国光网络研讨会”上，工信部通信科技委常务副主任、中国电信科技委主任、中国光网络研讨会主席韦乐平为我们进行了详细解读。 全球5G已进入商用关键期 当前，全球5G已进入商用关键期。标准状态方面，2018年6月，3GPP已完成基础版5G（R15）标准，主要面向增强型移动宽带（eMBB）商用场景；到2019年9月，完整版5G（R16）标准也将完成，主要面向高可靠低时延（uRLLC）商用场景。 商用状态方面，2019年5月底，已经有韩国、美国、芬兰、英国等国家12个运营商开始5G商用，其中韩国宏站规模年底达8万。采用非独立组网NSA模式和开启eMBB应用，但网络不稳定，基站和手机的功耗及价格均很高，预计2020年全球将进入5G规模商用阶段。 在国内，中国5G已经开启商用化进程。韦乐平指出，2019年6月6日，工信部已经正式颁布4张5G商用牌照：中国移动（2.6/4.9G）、中国电信（3.5G）、中国联通（3.5G）、中国广电（700M/4.9G）分获牌照。 “2019年本来应该是预商用，现在变成商用了，等于提前半年商用化。”韦乐平对三大运营商5G商用部署进行了预测：2019年三大运营商将在超过40个城市商用部署5G，部署8-10万个宏站，已有NSA单模芯片手机，但功耗和价格都较高，年底有双模芯片手机，明年唯有双模手机可以入网；2020年规模商用：数百个城市，60-80万宏站，多来源NSA/SA和TDD/FDD双模手机规模商用；2021年-2027年大规模商用：聚焦城市和县城及发达乡镇，数百万量级的宏站和千万级小基站。 全光网是5G的起点和最理想承载技术 如此庞大的5G网络如何承载？“全光网是5G的起点！”韦乐平认为，全光网是5G最理想的承载技术。“光纤网络的巨大可用频谱（10THz）、超大容量（100Tbps）、超高速率（1Tbps）是5G网络的最理想的承载技术。” 韦乐平指出，向全光网演进主要分为三步：第一步，传输链路光纤化，传输都已经实现光纤化，正在向200-400Gbps演进；第二步，接入网光纤化，正在推进配线段和引入线乃至桌面的光化，进入攻坚战，光进铜全退依然路长；第三步，传输节点引入光交换CTC骨干网将在年底前全面部署ROADM，形成骨干全光网，并继续向大小城域网乃至接入网延伸。 全光网2.0时代已经全面开启：我国首张骨干ROADM网运营一年，效果明显，节约成本30-50%、能耗和空间约50%，业务配置效率大幅提升，时延最低，波长一跳直达。省际干线和省内干线将规模应用，大城域网将随需启用，城域和接入网需进一步降低WSS成本。这些都标志着全光网从1.0（全光纤网，已覆盖91%家庭）开始迈向全光网2.0（全光自动调度）新时代。2019年中国开建骨干ROADM节点高达466个；2019年中国电信骨干网最大节点容量可达370Tbps，已经有需要32维WSS（可达300Tbps）。基于ROADM全光网将向基于OXC全光网演进。此外，全光网还需要走向SDN控制。 降低光器件成本是降低5G成本的重要路径 需要特别关注的是，5G的高成本将影响运营商的部署进程，即便按保守的容量站方式部署，5G也需要比4G增加投资约50%，绝大多数运营商难以承受。其中前传成本最敏感、分担成本的用户数最少、对维护效率影响最大。 在韦乐平看来，降低前传成本的思路包括：1.架构重构：接口开放、硬件白盒化、软件开源化；2.采用eCPRI接口：速率降4倍，从100G降至25Gbps；3.光器件成本是瓶颈，光器件规模小、手工操作多、温度苛刻、传输距离长、技术创新慢，是降低前传成本的关键。 其中，5G时代光器件的成本已经构成整个5G网络成本的重要部分，降低其成本成为降低5G成本的重要路径。韦乐平指出，实现低成本光器件的思路主要包括：一是技术创新：网络架构、网络协议、光物理层；二是产品分级：不同距离采用不同技术实现最低成本，4G时代，分别采用VCSEL、FP、DFP技术来适配不同距离，避免过度设计，降低成本；三是量产规模：其一尽量减少选项，提高量产规模；其二是国产化；其三是不同领域技术共享；四是采购模式：光器件单独采购增加数量，减少开销。 硅光子技术是根本性突破方向 可见，光通信成为电信网发展的速率和成本的瓶颈，光器件是瓶颈的瓶颈，而光芯片是瓶颈的立方，占设备成本大头的光域成本不受摩尔定律恩惠。 “硅光子技术是根本性突破方向，各种光子集成技术都可以带来不同程度的改进和突破，但只有硅光子技术可以享受到摩尔定律带来的巨大好处，从而可望在成本、功耗、集成度上带来根本性突破。硅光子技术的思路：利用现有CMOS的投资、设施、经验和技术设计和制造光器件和光集成，从而达到CMOS水平。”韦乐平说。 硅光集成的使用场景包括：公网，长途和城域网用量不大（数千上万），距离远（数十上百公里），器件成本偏高；接入网用量大，距离短，但使用环境苛刻（-40°到85°）。数据中心：用量大、更新快、距离短、成本低、速率高、端口密度高、功耗大、环境好（0°-70°）。适用场景和演进路径：从环境好、成本低的DC开始（100/400G互连），待温度和成本解决后进入移动前传（25G，10公里）和回传（100/200/400G，几十公里），然后逐步向城域网和长途网延伸（100/200/400G，几十上百公里）。 光纤、光模块、WDM器件等迎来新机遇 当然，随着5G开启商用，光通信在面临新的挑战的同时，也面临新的机遇。 谈及5G时代的光纤机遇，韦乐平指出，按照上行边缘速率3Mbps考虑，3.5GHz上行比1.8GHz差9dB。按照3.5G独立组网，所需室外宏站至少是4G的2倍；按照3.5G+1.8G/2.1G协同组网，所需室外宏站也至少是4G的1.2倍；室内覆盖若靠小基站，需数千万个。 “可见，5G仍需大量光纤连接各种基站，至少需要几亿芯公里。启用毫米波后，则基站数还会大幅增加。5G云化网络需新建诸多DC，带来光纤和模块需求。”对于5G对新型光纤的需求，韦乐平认为，骨干高容量路由转向超低损G.654E光纤，4dB增益；室内站和DC带来抗弯曲和新一代多模光纤需求。 光模块在5G时代也将迎来巨大机遇。韦乐平指出，按照上行边缘速率3Mbps和不同组网方式，所需5G室外宏站数至少是4G的1.2-2倍；若室内覆盖主要依靠数千万个小基站，预计5G会带来数千万量级25/50/100Gbps光模块用量。进一步考虑我国数据中心的巨大发展空间（美国占IDC数45%，我国宽带用户是美国的3倍，但才占8%），高速光模块的发展空间更加可观。同时，基于PAM4的4电平调幅是目前主流技术方案，波特率仅为速率50%，可望降低带宽需要和用低成本光器件，增强色散容限，20公里400ps/nm。 5G时代WDM器件也迎来新的机遇，韦乐平指出，WDM的驱动因素包括：大规模多天线技术对系统带宽的巨大驱动；光纤紧张区域、光缆工程受限和成本代价；5G无线接入新架构的影响，包括BBU集中化；城域网WDM/OTN的边缘化趋势和5G承载需要。多样化的WDM系统包括：无源WDM彩光，无源WDM PON；有源WDM OTN和WDM /M-OTN彩光。关键器件的性价比挑战包括：关键是可调激光器（传输距离、温度、良品率、成本）和WDM器件（主要是AWG器件）。
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