5G时代光模块的需求和技术解析

Posted 2021-11-28

25G BiDi 光模块、50G 脉幅调制（PAM4）光模块、低成本相干100G 光模块是5G 前传/中传/回传网络对光模块需求的几个典型代表。低成本是产业链对5G 无线光模块的主要诉求点，规格分级、产业链共享、技术创新、国产化替代是实现低成本的几个主要手段。5G 无线光模块的关键技术主要体现在光电子芯片层面，功能的扩展、速率的提升、成本的下降是光电子芯片技术创新的主要抓手。

　　● 5G 的需求将为无线光模块市场注入新的动力并进一步增大该细分市场的空间

　　● 5G 时代，低成本将依然是产业链对光模块的主要诉求

　　● 实现低成本最根本的手段是技术创新

　　● 光电子器件的技术创新可体现在3 个层面：功能的扩展、速率的提升、成本的下降

　　1、5G 对光模块的需求

　　随着对下载速率要求的逐渐提高，无线通信愈加依赖于光纤通信。当前的无线通信网络，除了“最后一公里”是“无线”形态，天线之后的通信链路全部是光纤网络。到了5G 时代，代际升级所带来的绝不仅仅是下载速率的大幅提升，在4G 时代所不具备的低时延、大规模机器通信的特点将催生诸如无人驾驶、万物互连等全新的应用。

　　因此，5G 无线通信对生活的改变将远超过3G 和4G。光纤通信所具备的大容量、长距离的天生优势极好地满足了5G对承载网络的要求。在前5G 时代，光纤通信技术和产业得以快速发展的终端驱动力是以有线形式接入的家庭和企业，“光纤到家”和“光纤到楼”的普及和后续升级带动了接入网、城域网、骨干网的全面覆盖和性能升级。在5G 时代，以无线形式接入的手机、汽车、家电、工业设备等作为新的终端，将跟固网接入的终端共同推动光纤通信的技术进步和产业发展。

　　4G 的部署为光模块行业带来了一个新的细分市场，5G 的需求将为无线光模块市场注入新的动力并进一步增大该细分市场的空间。5G 网络所具备的站点密度增大、时间同步精度提高等特点对光模块的功能和性能提出了新的要求。接下来，将以几个有代表性的例子说明5G对光模块的需求。

　　（1）5G 前传对25G BiDi 光模块的需求

　　在 4G 时代，前传网络对光模块的需求以单模10G Duplex 为主。到了5G 时代，前传网络仍将以光纤直驱为主，但对光模块的速率和光口提出了新的要求。考虑到节省光纤资源、上下行等距能保证高精度时间同步，BiDi 的产品形态比Duplex 更具优势。

　　另一方面，5G 相比于4G 在下载速率上至少有10 倍的提升，在以太网通用公共无线电接口（eCPRI）协议[1]下，25 Gbit/s 的速率也成为必须。基于上述2 方面的考虑，25G BiDi 光模块能更好地满足5G 前传的需求。10 km 的传输距离能覆盖大多数应用场景。在波长选择上，1270/1 330 nm方案将有利于实现低成本光模块。

　　（2）5G 回传对50G PAM4 光模块的需求

　　5G 的中传网络或回传接入层将对50 Gbit/s 速率的光模块有需求。考虑到低成本实现方式，基于25G 光器件、辅以脉幅调制（PAM4）调制格式将成为更具吸引力的方案。50G PAM4光模块有10 km 和40 km 2 种主要规格。10 km 规格能以25G 波特率直接调制激光器实现，同时也保证了低成本。40 km 规格则需要使用25G 波特率电吸收调制激光器和雪崩光电探测器。另一方面，10 km 和40 km 的规格均对高线性度的激光器驱动器和跨阻放大器有需求。

　　（3）5G 回传对低成本相干100G 光模块的需求

　　5G 回传网络的汇聚层和核心层，对相干100G/200G/400G 光模块有需求，波长在C 波段，传输距离一般在200 km 以内。低成本的相干100G 光模块被视为单元技术，基于此单元技术，依靠波分复用技术可实现更高的传输带宽