相比4G ，5G网络带宽提升10倍以上，目前业界的共识是基于5G 的巨大业务量增长，业务类型的变化和组网结构的变化三条原因，5G 需要新建承载网。运营商需要重点考虑提升带宽，并降低建网成本。因此，端到端的承载网络在跨越10GE时代之后，采用何种技术方案至关重要。
在超10GE方面标准成熟的以太接口速率是25GE、40GE、100GE、200GE，25GE是5G前传网络的必选接口，40GE虽然出现比较早，但因为产业链不够齐整，成本与100GE相差不大，所以最终没有规模商用。
中移对5G承载带宽分析
上图为来自中移动研究院李晗的带宽需求推测图。这张PPT指出，在5G网络的接入层，假设有8个低频站（每站3个低频RRU），环带宽需求为26.07G。这还是最简单的场景。中兴通讯一篇关于5G承载网的文章指出，“按每接入环6个站、1个站达到峰值带宽计算，接入环带宽将达到40Gbps，考虑到5G基站的密集程度，100G组网可能性更大”。因此5G的有些应用场合可能25Gbps满足不了要求，而且在客户侧的400Gbps方案中，8X50Gbps更直接，所以50GE技术在5G时代被重点提出。
FlexE是5G承载关键技术
FlexE被认为是当前5G承载网络分片的理论基础，已经标准成熟的FlexE1.0是基于25G的，与每个eCPRI的25G带宽对应，在此基础上形成了基于FlexE1.0的100GE、200GE接口方案。同样基于50G的FlexE2.0技术也在迅速发展中，其核心是应用到了PAM 4的调制技术。
PAM 4是什么
PAM（Pulse Amplitude Modulation：脉冲幅度调制）信号是下一代数据中心做高速信号互连的一种热门信号传输技术，可以广泛应用于200G/400G接口的电信号或光信号传输。
在数据中心及短距离光纤传输领域，目前仍然采用的是NRZ的调制方式，即采用高、低两种信号电平来表示要传输的数字逻辑信号的1、0信息，每个信号符号周期可以传输1bit的逻辑信息。但是随着传输速率由28G向更高速率的演化，背板等电信号传输会对高频信号产生更恶劣的损耗，而采用更高阶的调制，在相同信号带宽下可以传输更多的数据，因此业界对采用更高阶的PAM4调制方式呼声越来越高。PAM信号则可以采用更多的信号电平，从而每个信号符号周期可以传输更多bit的逻辑信息。比如以PAM4信号来说，其采用4个不同的信号电平来进行信号传输，每个符号周期可以表示2个bit的逻辑信息（0、1、2、3）。由于PAM4信号每个符号周期可以传输2bit的信息，因此要实现同样的信号传输能力，PAM4信号的符号速率只需要达到NRZ信号的一半即可，因此传输通道对其造成的损耗大大减小。随着未来技术的发展，也不排除采用更多电平的PAM8甚至PAM16信号进行信息传输的可能性。下图是典型的NRZ信号的波形、眼图与PAM4信号的对比。
NRZ与PAM 4波形与眼图对比
相应地，如果光信号也能够采用PAM4来传输，则在光模块内部进行电光转换时，可以直接实现对PAM4信号的时钟恢复以及预加重等处理，从而免去了先将PAM4信号转化成2倍波特率的NRZ信号再进行相关处理的多余环节，进而可以节省芯片设计成本。在华为的2014年一份研究报告中指出，在比较系统复杂性、系统性能以及成本条件下，PAM4是大有实用前景的一种调制格式。
为何选择PAM 4
端到端传送系统包括光纤和光纤传输系统，由于光纤传输能很轻易的达到25Gbd的速率，因此在光纤上传输PAM4的研究进度一直进展很缓慢。对于光纤传输系统来说，切换到PAM4是从成本与功耗两个个方面来考虑的。如果不用考虑成本与功耗，在长远距离场合，完全有相关调制技术可以采用，比如DP-QPSK，能够将50Gbd以上的波特率信号传输几千公里。但是在数据中心领域，传输距离一般就只有10km以下，这时如果采用PAM4技术的光收发器，就能大大降低成本。
将SFP+ 10GBASE-LR的成本进行了分析，发现光学部件占的比重最高。因此，对于400GE来说，成本比重最大的，也预计会是光学部件以及相关的RF封装。对于数据中心应用来说，减少器件的应用，就可以显而易见的降低成本。采用更高阶调制格式最初的目标，就是将更复杂的部分放在电路端去解决，而减少对光学器件性能的要求。采用高阶调制格式，就是一个有效的方式来降低光学器件的采用数量、降低对光学器件性能的要求以及在不同应用场合的性能、成本、功耗以及密度之间达到一个平衡。
在一些应用场景中，高阶的调制格式在线路侧已经有好几年的应用历史。但是由于客户侧的需求同线路侧不一样，因此需要其他方面的考虑。比如在客户侧，主要考虑测试成本、功耗以及密度。而在线路侧，主要考虑频谱效率及性能，降低成本不是最主要的考虑因素。通过在客户侧采用线性部件以及直接检测的PAM4调制格式，企业能很大的降低测试复杂性，进而就可以带来成本的降低。在所有高阶调制格式中，实现成本最低的就属频谱效率为2 bits/s/Hz的PAM4调制。
产业链逐步完善
中移动在17年6月召开的ITU-T SG15上首次提出“5G传输需求和新技术体系架构”，中移研究院网络技术研究所副所长李晗指出，“中国移动要积极发挥产业影响力，积极与光芯片、光器件、光模块等厂家合作，降低光层整体成本。目前看来，针对中传和回传的SPN网络，接入层可能以灰光为主，基于25G波特率+PAM4的50G光模块可能会是主流，传输距离一般小于10km。而SPN汇聚层和核心层网络应以彩光为主，到底是非相干的25G/50G还是相干的100G/200G，或者还有其它选择目前还在研究，总体要求是性价比最高，因为光层器件可能占设备总体成本7成以上。目前光模块特别是彩光模块成本太高，应针对5G传输应用进行技术和指标优化、引入硅光新技术等方式实现成本大幅度降低，而5G传输对于新型光模块的大量需求也将为这些提供可能。 ”
而在2018年6月13日到14日在北京举行的中国光网络研讨会期间，召开了50G PAM4产业论坛，华为发布50G PAM4技术白皮书：PAM4技术采用4个不同的信号电平进行信号传输，每个时钟周期可传输2个bit的逻辑信息，传输带宽提高一倍，从而有效降低传输成本。50GE就在单路25G光器件基础上，通过电层PAM4技术实现带宽翻倍，在满足带宽提升的同时，有效解决了成本高的问题。而200GE/400GE是采用4/8路25G器件，通过PAM4技术，可实现带宽翻倍。
本次产业论坛汇集中国移动、中国电信、中国联通三大运营商，华为、烽火、光迅科技、海信、SUMITOMO、Source、苏州旭创、是德科技、思博伦、MACOM、INPHI、博通等产业链各个环节，围绕50G PAM4端口核心技术、商用进展、产业合作等进行了深入的探讨，对于50GE已成为5G承载网的主要选择达成共识，论坛一致认同并将持续推动50G PAM4技术在200GE/400GE领域的商用落地。
可以预见，基于50G的FlexE2.0技术将成为5G承载网络建设的一个重要选择方向。
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