信通院-《5G承载光模块》白皮书-2019.1-25页_7mb

5G承载光模块白皮书总结

核心内容

5G承载光模块是5G网络物理层的关键构成单元，广泛应用于无线及传输设备，其成本在系统设备中占比高，是实现5G低成本、广覆盖的重要因素。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，不同层级对光模块有不同的技术需求。白皮书聚焦于前传与中回传光模块的技术方案，旨在推动技术方案的收敛与产业健康发展。

主要观点

1. 5G承载光模块应用场景及需求

• 前传：主要应用于AAU与DU之间的连接，包括光纤直连、无源WDM和有源WDM/OTN/SPN等场景。
  • 典型需求：工业级温度范围、低成本、支持高带宽和长距离传输。
• 中回传：覆盖接入层、汇聚层与核心层，与现有传送网及数据中心使用的光模块技术差异不大，主要需求包括高线性度芯片、支持多种调制格式和接口协议。

2. 光模块分类与技术方案

• 按封装：SFP+、SFP28、QSFP28、CFP2、QSFP-DD、OSFP等。
• 按速率：10Gb/s、25Gb/s、50Gb/s、100Gb/s、200Gb/s、400Gb/s等。
• 按传输距离：100m、10km、40km、80km及以上等。
• 按调制格式：NRZ、PAM4、DP-QPSK/n-QAM等。
• 按波长支持：灰光模块（不支持WDM）和彩光模块（支持WDM）。
• 按光接口模式：双纤双向（Duplex）、单纤双向（BiDi）。

3. 前传关键光模块技术方案

• 25Gb/s双纤双向灰光模块：
  • 300m与10km两种典型传输距离。
  • 300m模块可采用超频方案，10km模块需DFB激光器与PIN探测器。
  • 超频方案成熟，PAM4方案需进一步优化配套芯片。
• 25Gb/s单纤双向灰光模块：
  • 支持10km、15km、20km传输距离。
  • WDM方案更受推荐，因具备更高的兼容性与可靠性。
• 25Gb/s可调谐彩光模块：
  • 支持DWDM波长，适用于低频增点与光纤资源紧张场景。
  • 主流方案为SG-DBR技术，国内产业化能力有限。
• 100/200Gb/s单纤双向灰光模块：
  • 技术方案处于研究阶段，建议优先采用小型化环形器方案。
  • 未来可能采用WDM技术实现更经济的单纤双向传输。

4. 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激光器与APD探测器。
  • 已有IEEE与CCSA标准支持，测试中表现良好。
• 50Gb/s单纤双向/双纤双向灰光模块：
  • 主要采用PAM4调制格式，支持10km与40km传输。
  • 10km模块在同厂家互通中表现良好，但异厂家互通存在丢包与告警问题。
• 100/200/400Gb/s灰光模块：
  • 100Gb/s模块已实现规模商用，200Gb/s与400Gb/s模块处于样品阶段。
  • 相干与非相干方案在不同距离下有不同应用场景。
• 低成本高速相干光模块：
  • 支持80km及以上传输，采用PAM4调制与n-QAM格式。
  • 400Gb/s相干模块正在研发中，预计2019年完成标准制定。

关键信息

1. 光模块产业化能力

• 25Gb/s双纤双向模块已实现批量生产。
• 25Gb/s单纤双向模块处于样品阶段，部分厂商已开始测试。
• 50Gb/s PAM4模块已进入批量阶段，但异厂家互通仍需优化。
• 100Gb/s 4WDM模块已实现商用，200Gb/s与400Gb/s模块仍处于研发阶段。
• 相干模块在100/200Gb/s已实现小批量生产，400Gb/s模块在研。

2. 核心光电芯片现状

• 25G波特率DFB、EML、50G波特率EML、100Gb/s相干集成芯片等主要由国外厂商提供。
• 国内在光芯片与电芯片领域尚处于研发或样品阶段，亟需突破。
• 建议加强国产核心器件研发，包括激光器驱动IC、DSP、硅光芯片等。

3. 光模块测评结果

• 多种光模块在关键参数方面满足IEEE与CCSA标准。
• 存在个别问题如发送功率偏高、OMA值偏高、波长方案不统一、仪表兼容性不足等。
• 异厂家互通和系统兼容性仍需进一步测试与优化。

产业发展建议

1. 指标综合优化：

   • 优化链路预算，放宽工业级激光器筛选标准。
   • 降低相干光模块的OSNR指标，支持更多商用DSP芯片。
   • 放宽硅光芯片的输出功率要求，提升良率。

2. 聚焦技术方案：

   • 前传光模块应聚焦于25Gb/s Duplex 300m、25Gb/s BiDi 10/15km等。
   • 中回传光模块应采用现有数据中心与传送网模块，提升兼容性。
   • 25Gb/s BiDi方案初期可采用10Gb/s BiDi成熟工艺封装。

3. 增强国产能力：

   • 推动工业级激光器芯片的国产替代。
   • 突破硅光集成芯片与窄线宽可调激光器芯片技术。
   • 加速DSP与激光器驱动IC的国产化。

总结与展望

5G承载光模块面临多样化需求与技术挑战，需推动技术方案收敛，避免市场碎片化。白皮书建议业界加强合作，聚焦关键方案，提升产业化能力。随着5G商用临近，光模块技术与产业将进入快速发展阶段，需加快成熟与规模化应用，以支撑5G的部署与应用。未来，光模块技术将更加多样化与高性能化，同时推动国产化与自主可控。