5G商用在即：國產光模塊正迎頭趕上

高超

當中國光纖光纜位于世界前列的時候，國產光模塊產業亦在銜枚疾走，并將借助5G東風，迎頭趕上。

光模塊，部分廠商也稱其為光收發器，通常由光發射組件（含激光器）、光接收組件（含光探測器）、驅動電路和光、電接口等組成。其作用在于實現電光和光電信號的轉換。在發送端，一定速率的電信號經驅動芯片處理后驅動激光器（LD）發射出相應速率的調制光信號，通過光功率自動控制電路，輸出功率穩定的光信號。在接收端，一定速率的光信號輸入模塊后由光探測器（PD）轉換為電信號，經前置放大器后輸出相應速率的電信號。

根據IMT-2020（5G）推進組發布的《5G承載光模塊白皮書》，5G承載網絡一般分為城域接入層、城域匯聚層、城域核心層/省內干線，實現5G業務的前傳和中回傳功能，其中各層設備之間主要依賴光模塊實現互連。因此，在5G承載網中，光模塊是網絡物理層的基礎構成單元，廣泛應用于無線及傳輸設備，其成本在系統設備中的占比不斷增高，部分設備中甚至超過50%～70%，是5G低成本、廣覆蓋的關鍵要素。

前傳以25G光模塊為主

5G前傳是城域接入層的一部分，根據其網絡特點，25Gb/s彩光和灰光模塊的需求量較大。

據悉，5G前傳的典型應用場景包括光纖直連、無源WDM和有源WDM/光傳送網（OTN）/切片分組網（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場景主要包括點到點無源WDM和WDM-PON等，采用一對或一根光纖實現多個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設備間一般需要10Gb/s或25Gb/s短距灰光模塊，在WDM/OTN/SPN設備間需要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5G前傳應用場景的實際情況，運營商部署網絡所需光模塊一般要滿足兩大要求。第一是滿足工業級溫度范圍，可靠性要求高。考慮AAU全室外應用環境，前傳光模塊需滿足-40℃～85℃的工業級溫度范圍，以及防塵等要求。第二是成本要足夠低。5G光模塊總需求量預計超過4G，尤其前傳光模塊可能存在數千萬量級的需求，低成本是產業對光模塊的主要訴求之一。

從當前國內產業鏈發展情況來看，5G前傳所需要的光模塊基本已實現了量產，大部分有生產研發能力的廠商均能夠提供現貨。

不過目前運營商并沒有開始大規模建網，集采招標亦未啟動，使得這部分光模塊的市場需求暫未上量。業內預計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。

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，所需光模塊與現有傳送網及數據中心使用的光模塊技術差異不大，50G、100G、200G和400G光模塊產品皆有覆蓋。

據了解，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，且部分運營商已開始部署此類光模塊。

根據產品特點和網絡需求，50G光模塊的典型傳輸距離在40km及以內。據《5G承載光模塊白皮書》，其技術方案主要基于25G波特率的光芯片和脈幅調制（PAM4）調制格式，對高線性度激光器驅動器和跨阻放大器要求較高。目前IEEE 802.3cd已經規范了傳輸距離為10km的單通道50Gb/s光接口，IEEE802.3cn正在規范傳輸距離為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探測器實現;40km光模塊需采用25G波特率的EML激光器和APD探測器實現。對上下行時延對稱性要求較高的應用場景可采用50Gb/s BiDi光模塊，相關標準IEEE 802.3cp正在規范。

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調制格式，200Gb/s和400Gb/s主要采用25G或50G波特率的PAM4調制格式。IEEE 802.3ba、802.3bs，以及PSM4、CWDM4、4WDM等MSA已規范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，技術方案及相關產品已基本成熟，其中，100/200GbE已實現規模商用，400GbE預計在2019年下半年逐步商用。

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

400G光模塊在路上

從國內產業鏈來看，傳輸距離在10km及以下的25G、100G光模塊國內已經有了穩定的供應，傳輸距離達40km的光模塊亦有部分廠商實現了小批量生產，400G光模塊的研發生產情況也有了新的進展。

據悉，國內廠商已有400G光模塊產品出貨，支持傳輸距離在10km以內，可滿足下一代數據中心的需求，而能夠滿足5G中回傳中長距離傳輸要求的400G光模塊產品，目前大部分廠商還處于樣品階段，預計2019年下半年會逐步量產和商用。

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，預計2020年左右制定完成。而400G直調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，國內廠商對200G、400G光模塊的研發相對較弱。據統計，目前能夠生產此類光模塊的廠商有光迅科技、旭創科技、新易盛、海信寬帶、易飛揚通信、中天科技等少數幾家公司，在國內光模塊廠商中所占比重并不大。

盡管如此，上述企業在研發進度、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遇。

根據Ovum的數據，2015-2021年全球光模塊市場規模呈現增長趨勢。2017年，全球光模塊市場規模達到101億美元，并始終保持快速增長，預計2020年市場規模達到166億美元，未來三年復合增長率將達到18%。

根據三大運營商的規劃，今年會推進5G試商用落地，但是運營商在5G投資方面多持謹慎態度，預計投資規模在400億元左右，而網絡大規模部署的時間點大概要等到2020年。這意味著，國內廠商擁有了較為充裕的研發時間來打磨產品、降低成本，為5G的爆發準備充足的彈藥。同時在5G需求和投資額均有增加的情況下，國內光模塊廠商將有更大的機會向高端光模塊市場發力。