5G商用在即：國產(chǎn)光模塊正迎頭趕上

高超

當(dāng)中國光纖光纜位于世界前列的時(shí)候，國產(chǎn)光模塊產(chǎn)業(yè)亦在銜枚疾走，并將借助5G東風(fēng)，迎頭趕上。

光模塊，部分廠商也稱其為光收發(fā)器，通常由光發(fā)射組件（含激光器）、光接收組件（含光探測器）、驅(qū)動電路和光、電接口等組成。其作用在于實(shí)現(xiàn)電光和光電信號的轉(zhuǎn)換。在發(fā)送端，一定速率的電信號經(jīng)驅(qū)動芯片處理后驅(qū)動激光器（LD）發(fā)射出相應(yīng)速率的調(diào)制光信號，通過光功率自動控制電路，輸出功率穩(wěn)定的光信號。在接收端，一定速率的光信號輸入模塊后由光探測器（PD）轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)前置放大器后輸出相應(yīng)速率的電信號。

根據(jù)IMT-2020（5G）推進(jìn)組發(fā)布的《5G承載光模塊白皮書》，5G承載網(wǎng)絡(luò)一般分為城域接入層、城域匯聚層、城域核心層/省內(nèi)干線，實(shí)現(xiàn)5G業(yè)務(wù)的前傳和中回傳功能，其中各層設(shè)備之間主要依賴光模塊實(shí)現(xiàn)互連。因此，在5G承載網(wǎng)中，光模塊是網(wǎng)絡(luò)物理層的基礎(chǔ)構(gòu)成單元，廣泛應(yīng)用于無線及傳輸設(shè)備，其成本在系統(tǒng)設(shè)備中的占比不斷增高，部分設(shè)備中甚至超過50%～70%，是5G低成本、廣覆蓋的關(guān)鍵要素。

前傳以25G光模塊為主

5G前傳是城域接入層的一部分，根據(jù)其網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，25Gb/s彩光和灰光模塊的需求量較大。

據(jù)悉，5G前傳的典型應(yīng)用場景包括光纖直連、無源WDM和有源WDM/光傳送網(wǎng)（OTN）/切片分組網(wǎng)（SPN）等。光纖直連場景一般采用25Gb/s灰光模塊，支持雙纖雙向和單纖雙向兩種類型，主要包括300m和10km兩種傳輸距離。無源WDM場景主要包括點(diǎn)到點(diǎn)無源WDM和WDM-PON等，采用一對或一根光纖實(shí)現(xiàn)多個(gè)AAU到DU間的連接，典型需要10Gb/s或25Gb/s彩光模塊。有源WDM/OTN場景，在AAU/DU至WDM/OTN/SPN設(shè)備間一般需要10Gb/s或25Gb/s短距灰光模塊，在WDM/OTN/SPN設(shè)備間需要N×10Gb/s、25Gb/s、50Gb/s、100Gb/s等速率的雙纖雙向或單纖雙向彩光模塊。

根據(jù)5G前傳應(yīng)用場景的實(shí)際情況，運(yùn)營商部署網(wǎng)絡(luò)所需光模塊一般要滿足兩大要求。第一是滿足工業(yè)級溫度范圍，可靠性要求高?？紤]AAU全室外應(yīng)用環(huán)境，前傳光模塊需滿足-40℃～85℃的工業(yè)級溫度范圍，以及防塵等要求。第二是成本要足夠低。5G光模塊總需求量預(yù)計(jì)超過4G，尤其前傳光模塊可能存在數(shù)千萬量級的需求，低成本是產(chǎn)業(yè)對光模塊的主要訴求之一。

從當(dāng)前國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展情況來看，5G前傳所需要的光模塊基本已實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，大部分有生產(chǎn)研發(fā)能力的廠商均能夠提供現(xiàn)貨。

不過目前運(yùn)營商并沒有開始大規(guī)模建網(wǎng)，集采招標(biāo)亦未啟動，使得這部分光模塊的市場需求暫未上量。業(yè)內(nèi)預(yù)計(jì)2020年后此類光模塊的市場需求量會開始提升，2021年前后會爆發(fā)。

中回傳開始部署50G光模塊

5G中回傳覆蓋城域接入層、匯聚層與核心層，所需光模塊與現(xiàn)有傳送網(wǎng)及數(shù)據(jù)中心使用的光模塊技術(shù)差異不大，50G、100G、200G和400G光模塊產(chǎn)品皆有覆蓋。

據(jù)了解，城域接入層將主要采用25Gb/s、50Gb/s、100Gb/s等速率的灰光或彩光模塊，城域匯聚層及核心層多采用100Gb/s、200Gb/s、400Gb/s等速率的DWDM彩光模塊。其中50G和100G光模塊需求所占比重較大，且部分運(yùn)營商已開始部署此類光模塊。

根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)需求，50G光模塊的典型傳輸距離在40km及以內(nèi)。據(jù)《5G承載光模塊白皮書》，其技術(shù)方案主要基于25G波特率的光芯片和脈幅調(diào)制（PAM4）調(diào)制格式，對高線性度激光器驅(qū)動器和跨阻放大器要求較高。目前IEEE 802.3cd已經(jīng)規(guī)范了傳輸距離為10km的單通道50Gb/s光接口，IEEE802.3cn正在規(guī)范傳輸距離為40km的50Gb/s光接口。50Gb/s 10km光模塊可采用25G波特率的DFB激光器和PIN探測器實(shí)現(xiàn);40km光模塊需采用25G波特率的EML激光器和APD探測器實(shí)現(xiàn)。對上下行時(shí)延對稱性要求較高的應(yīng)用場景可采用50Gb/s BiDi光模塊，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3cp正在規(guī)范。

相比50G光模塊，100G及以上光模塊的典型傳輸距離為40km～80km，其中100G主要采用基于25G波特率芯片的NRZ或PAM4調(diào)制格式，200Gb/s和400Gb/s主要采用25G或50G波特率的PAM4調(diào)制格式。IEEE 802.3ba、802.3bs，以及PSM4、CWDM4、4WDM等MSA已規(guī)范100/200/400GbE單模光纖傳輸500m、2km、10km，以及100GbE單模光纖傳輸20/40km的光接口指標(biāo)，技術(shù)方案及相關(guān)產(chǎn)品已基本成熟，其中，100/200GbE已實(shí)現(xiàn)規(guī)模商用，400GbE預(yù)計(jì)在2019年下半年逐步商用。

從國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈的供貨能力上來看，100G光模塊的生產(chǎn)商較多，而200Gb/s及以上速率的光模塊生產(chǎn)廠商較少，主要集中在光迅科技、華工正源、新易盛、旭創(chuàng)科技、海信寬帶等少數(shù)國內(nèi)企業(yè)，以及高意科技、朗美通等國際巨頭。

400G光模塊在路上

從國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈來看，傳輸距離在10km及以下的25G、100G光模塊國內(nèi)已經(jīng)有了穩(wěn)定的供應(yīng)，傳輸距離達(dá)40km的光模塊亦有部分廠商實(shí)現(xiàn)了小批量生產(chǎn)，400G光模塊的研發(fā)生產(chǎn)情況也有了新的進(jìn)展。

據(jù)悉，國內(nèi)廠商已有400G光模塊產(chǎn)品出貨，支持傳輸距離在10km以內(nèi)，可滿足下一代數(shù)據(jù)中心的需求，而能夠滿足5G中回傳中長距離傳輸要求的400G光模塊產(chǎn)品，目前大部分廠商還處于樣品階段，預(yù)計(jì)2019年下半年會逐步量產(chǎn)和商用。

至于支持更長距離的光模塊，IEEE 802.3cn/ct目前正在制定200GbE和400GbE 40km及以上、100GbE 80km及以上傳輸距離的光接口指標(biāo)，預(yù)計(jì)2020年左右制定完成。而400G直調(diào)和相干光模塊均處于在研階段，這類光模塊所支持的傳輸距離在80km以上。

不過與100Gb/s及以下速率的光模塊相比，國內(nèi)廠商對200G、400G光模塊的研發(fā)相對較弱。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前能夠生產(chǎn)此類光模塊的廠商有光迅科技、旭創(chuàng)科技、新易盛、海信寬帶、易飛揚(yáng)通信、中天科技等少數(shù)幾家公司，在國內(nèi)光模塊廠商中所占比重并不大。

盡管如此，上述企業(yè)在研發(fā)進(jìn)度、資金投入等方面正在縮小與國際巨頭的差距，并且即將商用的5G也會給它們提供新的機(jī)遇。

根據(jù)Ovum的數(shù)據(jù)，2015-2021年全球光模塊市場規(guī)模呈現(xiàn)增長趨勢。2017年，全球光模塊市場規(guī)模達(dá)到101億美元，并始終保持快速增長，預(yù)計(jì)2020年市場規(guī)模達(dá)到166億美元，未來三年復(fù)合增長率將達(dá)到18%。

根據(jù)三大運(yùn)營商的規(guī)劃，今年會推進(jìn)5G試商用落地，但是運(yùn)營商在5G投資方面多持謹(jǐn)慎態(tài)度，預(yù)計(jì)投資規(guī)模在400億元左右，而網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模部署的時(shí)間點(diǎn)大概要等到2020年。這意味著，國內(nèi)廠商擁有了較為充裕的研發(fā)時(shí)間來打磨產(chǎn)品、降低成本，為5G的爆發(fā)準(zhǔn)備充足的彈藥。同時(shí)在5G需求和投資額均有增加的情況下，國內(nèi)光模塊廠商將有更大的機(jī)會向高端光模塊市場發(fā)力。