《5G承载光模块》白皮书_25页_6mb

报告摘要

5G承载光模块总结

核心内容

5G承载光模块是5G网络物理层的关键组成部分，广泛应用于无线及传输设备，其成本占比在系统设备中不断上升，部分设备中甚至超过50%~70%。5G的新型业务特性及更高指标要求对光模块提出了更高速率、更长距离、更宽温度范围和更低成本的需求。当前，业界针对不同应用场景的光模块技术方案已展开广泛研究，但种类繁多，亟需进一步收敛与聚焦。

主要观点

应用场景与需求
- 5G承载网络分为城域接入层、城域汇聚层、城域核心层/省内干线，分别对应前传和中回传功能。
- 城域接入层主要采用25Gb/s、50Gb/s、100Gb/s等速率的灰光或彩光模块。
- 城域核心层/省内干线则更多使用100Gb/s、200Gb/s、400Gb/s等速率的DWDM彩光模块。
光模块分类
- 光模块按封装方式、速率、传输距离、调制格式、是否支持WDM、工作温度范围等进行分类。
- 常见封装包括SFP+、SFP28、QSFP28、CFP2、QSFP-DD、OSFP等。
- 调制格式包括NRZ、PAM4、DP-QPSK/n-QAM等。
- 是否支持WDM分为灰光模块（不支持）和彩光模块（支持）。
前传关键光模块技术方案
- 25Gb/s双纤双向灰光模块：典型传输距离包括300m和10km，采用SFP28封装。300m模块已成熟，10km模块需进一步完善。
- 25Gb/s单纤双向灰光模块：支持10km、15km、20km传输距离，采用WDM或环形器方案。WDM方案更具优势，建议优先采用。
- 25Gb/s可调谐彩光模块：适用于深度覆盖场景，支持波长可调，采用SG-DBR技术，具有调谐速度快、成本低等优势，但国内量产能力有限。
- 100/200Gb/s单纤双向灰光模块：处于研究阶段，主要采用QSFP28或CFP2封装，未来有望采用WDM方案。
中回传关键光模块技术方案
- 25Gb/s双纤双向灰光模块：支持40km传输，采用EML和APD，已基本成熟。
- 50Gb/s PAM4光模块：适用于10km和40km传输，采用QSFP28封装，当前主要处于样品或小批量阶段。
- 100/200/400Gb/s灰光模块：采用4WDM、CWDM等技术，100/200Gb/s模块已实现规模商用，400Gb/s模块预计2019年下半年商用。
- 非相干50/100Gb/s彩光模块：采用PAM4技术，具有成本优势，但传输距离超过15~20km时需外置光放大器和色散补偿模块。
- 低成本相干光模块：支持80km及以上传输，采用PM QPSK/n-QAM调制格式，接收侧基于DSP技术，已逐步在传送网和数据中心互联（DCI）中商用。

关键信息

光模块组成：包括光发射组件（激光器）、光接收组件（探测器）、驱动电路、光电接口等。
光模块技术现状：
- 25Gb/s双纤双向灰光模块：300m已成熟，10km需进一步完善。
- 25Gb/s单纤双向灰光模块：WDM方案更优，国内已启动标准制定。
- 25Gb/s可调谐彩光模块：SG-DBR技术为主，国内尚在开发阶段。
- 100/200Gb/s单纤双向灰光模块：处于研究阶段，未来可能采用WDM方案。
- 25Gb/s双纤双向彩光模块：已基本成熟。
- 50Gb/s PAM4模块：10km模块已实现，40km模块长期无丢包。
- 100/200/400Gb/s灰光模块：100/200Gb/s已商用，400Gb/s待商用。
- 非相干50/100Gb/s彩光模块：成本较低，但需外置设备。
- 相干光模块：已实现规模商用，但国内核心芯片仍依赖进口。
核心芯片产业化现状：
- 25G波特率DFB、EML、PIN等芯片由国外厂商主导，国内尚处于研发或小批量阶段。
- 50G波特率EML、100Gb/s相干集成光收发芯片、相干DSP等核心器件国产化能力有限。
产业化能力测评：
- 参测光模块包括25Gb/s Duplex 300m、25Gb/s Duplex 10km、25Gb/s BiDi 10km、25Gb/s BiDi 20km、25Gb/s CWDM 10km、50Gb/s PAM4 10km、50Gb/s PAM4 40km、100Gb/s 4WDM 10km等。
- 大部分样品满足IEEE802.3和CCSA标准，个别存在发送功率偏高、OMA值偏高、波长方案不统一和仪表兼容性等问题。
产业发展建议：
- 指标综合优化：优化链路预算，适当放宽指标要求，提升工业级激光器筛选比例。
- 方案聚焦：推动光模块方案收敛，优先采用成熟技术，减少碎片化。
- 核心芯片突破：加强国内对核心芯片的自研与量产能力，如工业级激光器芯片、硅光集成芯片、DSP和激光器驱动IC等。

结论与展望

5G承载光模块技术方案需进一步聚焦与收敛，以实现成本降低和产业链协同。国内厂商在光模块层面已具备大部分产品供应能力，但在核心芯片方面仍需突破。随着5G商用进程加快，光模块技术的成熟和规模应用时间窗口日益缩短，需业界合力推动关键技术研究、测试评估和标准制定，共同促进5G承载光模块技术与产业的健康发展。

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