5G承载光模块白皮书_23页_6mb

报告摘要

5G承载光模块是5G网络物理层的重要组成部分，广泛应用于无线及传输设备中。随着5G商用化进程加快，光模块在系统设备中的成本占比不断提高，部分设备中甚至超过 $50\sim 70%$，成为实现5G低成本、广覆盖的关键要素。

5G承载网络主要分为城域接入层、城域汇聚层和城域核心层/省内干线，其中光模块在各层设备之间起着关键的互连作用。5G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。目前，业界针对不同应用场景的光模块技术方案进行了广泛研究，出现了多种解决方案，但产品类型繁多，亟需进一步收敛和聚焦。

光模块功能及分类：光模块由光发射组件、光接收组件、驱动电路和光/电接口组成，支持多种分类方式，如封装方式、速率、传输距离、调制格式、是否支持WDM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，主要需求为支持工业级温度范围、低成本、高可靠性。
- 中回传：覆盖接入层、汇聚层和核心层，所需光模块与现有传送网及数据中心光模块技术差异不大，速率逐步提升，从25Gb/s到400Gb/s。
技术方案多样性：不同应用场景存在多种技术方案与规格，过多的产品类型将导致市场碎片化，资源浪费，需推动技术收敛。

25Gb/s双纤双向灰光模块：
- 适用于300m和10km传输距离。
- 300m光模块采用25G和10G波特率激光器芯片，10km光模块需DFB+PIN方案。
- 超频方案已成熟，PAM4方案尚在研发中。
25Gb/s单纤双向灰光模块（BiDi）：
- 传输距离10km、15km、20km。
- 采用WDM方案，更受推荐，因环形器方案对反射串扰敏感。
- 波长方案建议为1270nm/1330nm。
25Gb/s可调谐彩光模块：
- 支持波长可调，适合未来深度覆盖场景。
- SG-DBR技术为主流，具备调谐范围宽、调谐速度快、成本相对较低的优势。
- 国内尚处于开发阶段，产业化能力有限。
100/200Gb/s单纤双向灰光模块：
- 技术方案尚在研究中，建议采用小型化环形器。
- 未来可能采用WDM方案，实现更经济的单纤双向传输。

25Gb/s双纤双向灰光模块：
- 支持40km传输距离，采用EML激光器和APD探测器。
- IEEE 802.3cc已规范10km/40km光接口，CCSA预计2019年完成标准制定。
50Gb/s单纤双向/双纤双向灰光模块：
- 采用PAM4调制格式，传输距离10km和40km。
- 10km光模块已实现批量生产，40km光模块处于小批量阶段。
100/200/400Gb/s灰光模块：
- 传输距离为40km~80km，主要采用PAM4调制格式。
- 100Gb/s 4WDM光模块已实现规模商用，400Gb/s光模块预计2019年下半年逐步商用。
非相干50/100Gb/s彩光模块：
- 采用PAM4调制，支持40km及以内传输。
- 相比相干模块具有成本优势，但需外置光放大器和色散补偿模块，维护复杂度增加。
低成本相干光模块：
- 适用于80km及以上传输距离，主要速率包括100/200/400Gb/s。
- 相干光模块已逐步在传送网和数据中心互联中商用，400Gb/s相干模块处于在研阶段。

产品化能力：5G前传光模块中，25Gb/s Duplex 300m和10km已成熟，BiDi 10km和20km处于样品阶段，CWDM 10km已批量生产，可调谐模块处于在研阶段。
中回传光模块：50Gb/s PAM4模块已实现批量生产，100/200/400Gb/s灰光模块处于样品或小批量阶段。
核心芯片：25G波特率的DFB、EML、50G波特率的EML、APD等核心芯片主要依赖国外厂商，国内仍处于研发或开发阶段，产业化能力与国外存在差距。

测试内容：包括光接口、电接口、异厂家互通、系统设备兼容性等。
参测厂商：光迅、海信、新易盛、Finisar、Lumentum等光模块厂商，中国移动、中国电信、中国联通、华为、中兴等设备商，以及Keysight、VIAVI、VeEX等仪表商参与测试。
测试结果：大部分样品满足IEEE802.3和CCSA标准要求，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。

指标综合优化：
- 优化链路预算，适当放宽工业级激光器筛选标准。
- 放宽相干光模块的OSNR指标，支持更多商用DSP芯片。
- 降低硅光芯片的输出功率要求，提高良率。
聚焦模块方案：
- 前传光模块聚焦于25Gb/s Duplex 300m和BiDi 10/15km。
- 中回传光模块采用已有数据中心和传送网光模块。
- 25Gb/s BiDi模块初期采用10Gb/s BiDi成熟方案。
增强核心芯片自研与量产能力：
- 推动工业级激光器芯片国产化。
- 突破硅光集成芯片、窄线宽可调激光器芯片等技术。
- 加速DSP和激光器驱动IC的国产化进程。