5G商用在即：国产光模块正迎头赶上

高超

当中国光纤光缆位于世界前列的时候，国产光模块产业亦在衔枚疾走，并将借助5G东风，迎头赶上。

光模块，部分厂商也称其为光收发器，通常由光发射组件（含激光器）、光接收组件（含光探测器）、驱动电路和光、电接口等组成。其作用在于实现电光和光电信号的转换。在发送端，一定速率的电信号经驱动芯片处理后驱动激光器（LD）发射出相应速率的调制光信号，通过光功率自动控制电路，输出功率稳定的光信号。在接收端，一定速率的光信号输入模块后由光探测器（PD）转换为电信号，经前置放大器后输出相应速率的电信号。

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場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。