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年后会开始提升,2021年前后会有大量需求出现。
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将较多采用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,且部分运营商开始部署5g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ieee802.3cd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、海信宽带等少数企业。
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25gb/s、100gb/s速率的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量产,400g光模块的研发也有了新的进展。
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400gb/s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,国内厂商的200g、400g光模块的研发和生产相对较弱。据统计,目前能够生产此类光模块的厂商有有光迅科技、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,上述企业的研发进度和资金投入都在缩小与国际巨头的差距,并且即将商用的5g将会给国内厂商提供新的机遇。
根据咨询机构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,预计都2020年市场规模达到166亿美元,预测的未来三年复合增长率达到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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