2019年-中国信通院_《5G承载光模块》白皮书_25页_7mb

报告摘要

本白皮书由IMT-2020（5G）推进组发布，聚焦于5G承载网络对光模块的需求，涵盖应用场景、技术方案、产业发展分析及未来建议。光模块作为5G网络物理层的基础单元，其成本在系统设备中占比高，是实现5G低成本、广覆盖的关键。

光模块功能与分类：光模块由光发射/接收组件、驱动电路、光/电接口等构成，按封装、速率、传输距离、调制格式、波分复用支持、工作温度范围等进行分类，典型包括SFP+、QSFP28、CFP2、QSFP-DD等。
应用场景与需求：
- 前传：包括光纤直连、无源WDM、有源WDM/OTN/SPN等，对光模块提出高可靠性、工业级温度范围（-40°C~+85°C）及低成本要求。
- 中回传：覆盖城域接入层、汇聚层与核心层，采用与现有传送网及数据中心兼容的光模块，如25/50/100/200/400Gb/s灰光和彩光模块。
技术方案：
- 前传光模块：包括25Gb/s双纤双向、单纤双向、波长可调谐等，技术方案主要基于超频和PAM4。
- 中回传光模块：包括25Gb/s双纤双向、50Gb/s PAM4、100/200/400Gb/s灰光模块、非相干与相干彩光模块等。
产业化现状：目前，国内光模块厂商已能提供大部分产品，但核心光芯片（如25G DFB、EML、PAM4 DSP等）仍依赖国外厂商，产业化能力有待提升。

25Gb/s双纤双向灰光模块：
- 传输距离：300m、10km。
- 芯片方案：采用10G波特率工业级激光器芯片（如FP/DFB+PIN）实现低成本。
- 技术现状：300m光模块已成熟，10km光模块仍需优化。
25Gb/s单纤双向灰光模块（BiDi）：
- 传输距离：10km、15km、20km。
- 波长方案：1270nm/1330nm，1310nm/1270nm。
- 技术方案：WDM或环形器，建议优先采用WDM方案。
- 产业化：部分厂商已实现样品，但未大规模商用。
25Gb/s可调谐彩光模块：
- 技术方案：采用SG-DBR技术，支持波长调谐，成本相对较低。
- 产业化：国内具备部分研发能力，但量产仍需突破。
100/200Gb/s单纤双向灰光模块：
- 技术方案：WDM或环形器，支持10km传输。
- 产业化：部分厂商已实现小批量生产，但大规模商用仍需时间。

25Gb/s双纤双向灰光模块：
- 传输距离：40km。
- 芯片方案：采用EML+APD，需支持PAM4调制格式。
- 技术现状：已进入样品阶段，部分厂商正在测试。
50Gb/s单纤双向/双纤双向灰光模块：
- 传输距离：10km、40km。
- 调制格式：PAM4。
- 技术现状：10km模块已实现样品，40km模块具备长期无丢包能力，但异厂家互通仍存在问题。
100/200/400Gb/s灰光模块：
- 传输距离：40km~80km。
- 芯片方案：基于25G或50G波特率的PAM4调制格式。
- 技术现状：100/200Gb/s模块已实现规模商用，400Gb/s模块预计2019年下半年逐步商用。
非相干50/100Gb/s彩光模块：
- 调制格式：PAM4。
- 芯片方案：固定波长DWDM激光器+PAM4 DSP。
- 产业化：成本较低，但需外置光放大器和色散补偿模块，维护复杂度较高。
低成本相干光模块：
- 传输距离：80km及以上。
- 芯片方案：采用相干调制/解调技术，支持高带宽。
- 技术现状：100/200Gb/s模块已实现小批量生产，400Gb/s模块尚处于研发阶段。

光模块产品化能力：
- 前传光模块：25Gb/s Duplex 300m、10km、BiDi 10km/20km、CWDM 10km等均已实现产品化，部分模块仍在研发中。
- 中回传光模块：25Gb/s、50Gb/s、100Gb/s模块部分已实现产品化，部分仍处于样品或研发阶段。
核心光电芯片产业化能力：
- 国外厂商在25G DFB、EML、PAM4 DSP等芯片方面具备批量生产能力。
- 国内芯片产业化能力尚处于开发阶段或样品阶段，需加快突破。
光模块测评结果：
- 多数光模块样品满足IEEE802.3和CCSA行标要求，但部分存在发送功率偏高、OMA值偏高、波长方案不统一等问题。
- 异厂家互通和系统设备兼容性仍需进一步测试验证。

指标综合优化：
- 优化链路预算，适当放宽指标要求，以提升工业级激光器筛选比例。
- 放宽相干光模块的OSNR指标，支持更多商用DSP芯片，简化算法以降低成本。
- 放宽硅光芯片的输出功率要求，以提高良率。
技术方案聚焦：
- 前传光模块聚焦于25Gb/s Duplex 300m、BiDi 10/15km等。
- 中回传光模块采用已有数据中心和传送网光模块。
- 25Gb/s BiDi方案初期采用10Gb/s BiDi封装工艺。
核心芯片国产化：
- 加强工业级激光器芯片的替代研发。
- 突破硅光集成芯片、窄线宽可调激光器芯片技术。
- 推动DSP、激光器驱动IC等核心器件的国产化。