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5G 光模块/光器件 使用场景

作者:武汉昱升光器件有限公司 日期:2020-09-01 08:44:56 点击数:
       根据IMT-2020(5G)推进组发布的《5G承载光模块白皮书》,5G承载网络一般分为城域接入层、城域汇聚层、城域核心层/省内干线,实现5G业务的前传和中回传功能,其中各层设备之间主要依赖光模块实现互连。因此,在5G承载网中,光模块是网络物理层的基础构成单元,广泛应用于无线及传输设备,其成本在系统设备中的占比不断增高,部分设备中甚至超过50%~70%,是5G低成本、广覆盖的关键要素。
  
  前传以25G光模块为主
  5G前传是城域接入层的一部分,根据其网络特点,25Gb/s彩光和灰光模块的需求量较大。
  据悉,5G前传的典型应用场景包括光纤直连、无源WDM和有源WDM/光传送网(OTN)/切片分组网(SPN)等。光纤直连场景一般采用25Gb/s灰光模块,支持双纤双向和单纤双向两种类型,主要包括300m和10km两种传输距离。无源WDM场景主要包括点到点无源WDM和WDM-PON等,采用一对或一根光纤实现多个AAU到DU间的连接,典型需要10Gb/s或25Gb/s彩光模块。有源WDM/OTN场景,在AAU/DU至WDM/OTN/SPN设备间一般需要10Gb/s或25Gb/s短距灰光模块,在WDM/OTN/SPN设备间需要N×10Gb/s、25Gb/s、50Gb/s、100Gb/s等速率的双纤双向或单纤双向彩光模块。
  根据5G前传应用场景的实际情况,运营商部署网络所需光模块一般要满足两大要求。第一是满足工业级温度范围,可靠性要求高。考虑AAU全室外应用环境,前传光模块需满足-40℃~85℃的工业级温度范围,以及防尘等要求。第二是成本要足够低。5G光模块总需求量预计超过4G,尤其前传光模块可能存在数千万量级的需求,低成本是产业对光模块的主要诉求之一。
  从当前国内产业链发展情况来看,5G前传所需要的光模块基本已实现了量产,大部分有生产研发能力的厂商均能够提供现货。
  不过目前运营商并没有开始大规模建网,集采招标亦未启动,使得这部分光模块的市场需求暂未上量。业内预计2020年后此类光模块的市场需求量会开始提升,2021年前后会爆发。
  
  中回传开始部署50G光模块
  5G中回传覆盖城域接入层、汇聚层与核心层,所需光模块与现有传送网及数据中心使用的光模块技术差异不大,50G、100G、200G和400G光模块产品皆有覆盖。
  据了解,城域接入层将主要采用25Gb/s、50Gb/s、100Gb/s等速率的灰光或彩光模块,城域汇聚层及核心层多采用100Gb/s、200Gb/s、400Gb/s等速率的DWDM彩光模块。其中50G和100G光模块需求所占比重较大,且部分运营商已开始部署此类光模块。
  根据产品特点和网络需求,50G光模块的典型传输距离在40km及以内。据《5G承载光模块白皮书》,其技术方案主要基于25G波特率的光芯片和脉幅调制(PAM4)调制格式,对高线性度激光器驱动器和跨阻放大器要求较高。目前IEEE 802.3cd已经规范了传输距离为10km的单通道50Gb/s光接口,IEEE802.3cn正在规范传输距离为40km的50Gb/s光接口。50Gb/s 10km光模块可采用25G波特率的DFB激光器和PIN探测器实现;40km光模块需采用25G波特率的EML激光器和APD探测器实现。对上下行时延对称性要求较高的应用场景可采用50Gb/s BiDi光模块,相关标准IEEE 802.3cp正在规范。
  相比50G光模块,100G及以上光模块的典型传输距离为40km~80km,其中100G主要采用基于25G波特率芯片的NRZ或PAM4调制格式,200Gb/s和400Gb/s主要采用25G或50G波特率的PAM4调制格式。IEEE 802.3ba、802.3bs,以及PSM4、CWDM4、4WDM等MSA已规范100/200/400GbE单模光纤传输500m、2km、10km,以及100GbE单模光纤传输20/40km的光接口指标,技术方案及相关产品已基本成熟,其中,100/200GbE已实现规模商用,400GbE预计在2019年下半年逐步商用。
  从国内产业链的供货能力上来看,100G光模块的生产商较多,而200Gb/s及以上速率的光模块生产厂商较少,主要集中在光迅科技、华工正源、新易盛、旭创科技、海信宽带等少数国内企业,以及高意科技、朗美通等国际巨头。
  
  
       400G光模块在路上
  从国内产业链来看,传输距离在10km及以下的25G、100G光模块国内已经有了稳定的供应,传输距离达40km的光模块亦有部分厂商实现了小批量生产,400G光模块的研发生产情况也有了新的进展。
  据悉,国内厂商已有400G光模块产品出货,支持传输距离在10km以内,可满足下一代数据中心的需求,而能够满足5G中回传中长距离传输要求的400G光模块产品,目前大部分厂商还处于样品阶段,预计2019年下半年会逐步量产和商用。
  至于支持更长距离的光模块,IEEE 802.3cn/ct目前正在制定200GbE和400GbE 40km及以上、100GbE 80km及以上传输距离的光接口指标,预计2020年左右制定完成。而400G直调和相干光模块均处于在研阶段,这类光模块所支持的传输距离在80km以上。
  不过与100Gb/s及以下速率的光模块相比,国内厂商对200G、400G光模块的研发相对较弱。据统计,目前能够生产此类光模块的厂商有光迅科技、旭创科技、新易盛、海信宽带、易飞扬通信、中天科技等少数几家公司,在国内光模块厂商中所占比重并不大。
  尽管如此,上述企业在研发进度、资金投入等方面正在缩小与国际巨头的差距,并且即将商用的5G也会给它们提供新的机遇。
  根据Ovum的数据,2015-2021年全球光模块市场规模呈现增长趋势。2017年,全球光模块市场规模达到101亿美元,并始终保持快速增长,预计2020年市场规模达到166亿美元,未来三年复合增长率将达到18%。
  根据三大运营商的规划,今年会推进5G试商用落地,但是运营商在5G投资方面多持谨慎态度,预计投资规模在400亿元左右,而网络大规模部署的时间点大概要等到2020年。这意味着,国内厂商拥有了较为充裕的研发时间来打磨产品、降低成本,为5G的爆发准备充足的弹药。同时在5G需求和投资额均有增加的情况下,国内光模块厂商将有更大的机会向高端光模块市场发力。


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