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                          5G商用在即,國產光模塊還有多遠?(附一張圖看5G光模塊)

                           

                            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。

                            

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