1、2019-01IMT-2020 (5G) ?IMT-2020(5G)推進(jìn)組于2013年2月由中國(guó)工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部聯(lián)合推動(dòng)成立，組織架構(gòu)基于原IMT-Advanced推進(jìn)組，成員包括中國(guó)主要的運(yùn)營(yíng)商、制造商、高校和研究機(jī)構(gòu)。推進(jìn)組是聚合中國(guó)產(chǎn)學(xué)研用力量、推動(dòng)中國(guó)第五代移動(dòng)通信技術(shù)研究和開(kāi)展國(guó)際交流與合作的主要平臺(tái)。IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載光模塊白皮書目錄引言P15G承載光模塊應(yīng)用場(chǎng)景及發(fā)展現(xiàn)狀P2前傳關(guān)鍵光模塊技術(shù)方案P7中回傳關(guān)鍵光模塊技術(shù)方案P125G承載光模塊產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析P15總結(jié)與展望P21主要貢獻(xiàn)單位P22 引言第五代移動(dòng)通信（5G）技術(shù)即

2、將邁入商用化進(jìn)程，其新型業(yè)務(wù)特性和更高指標(biāo)要求對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及各層技術(shù)方案均提出了新的挑戰(zhàn)。光模塊是5G網(wǎng)絡(luò)物理層的基礎(chǔ)構(gòu)成單元，廣泛應(yīng)用于無(wú)線及傳輸設(shè)備，其成本在系統(tǒng)設(shè)備中的占比不斷增高，部分設(shè)備中甚至超過(guò)5070%，是5G低成本、廣覆蓋的關(guān)鍵要素。根據(jù)IMT-2020（5G） 推進(jìn)組5G承載工作組2018年9月發(fā)布的5G承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)方案白皮書，5G前傳、中回傳對(duì)光模塊提出了差異化要求，更高速率、更長(zhǎng)距離、更寬溫度范圍和更低成本的新型光模塊需求迫切。業(yè)界針對(duì)適用于5G承載不同應(yīng)用場(chǎng)景的光IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載光模塊白皮書模塊技術(shù)方案已展開(kāi)廣泛研究，目前出現(xiàn)多種解決方案，

3、種類紛繁復(fù)雜，需要業(yè)界推動(dòng)進(jìn)一步收斂聚焦。本白皮書基于5G承載網(wǎng)絡(luò)對(duì)光模塊的應(yīng)用需求，結(jié)合光模塊技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，聚焦研究不同應(yīng)用場(chǎng)景下的關(guān)鍵5G承載光模塊技術(shù)方案，分析現(xiàn)有光模塊及核心光電子芯片產(chǎn)業(yè)化能力并開(kāi)展測(cè)試評(píng)估，提出我國(guó)5G承載光模塊技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議。后續(xù)業(yè)界應(yīng)進(jìn)一步合力優(yōu)化和收斂關(guān)鍵技術(shù)方案，加速推動(dòng)5G承載光模塊逐步成熟并規(guī)模應(yīng)用，有力支撐5G商用部署與應(yīng)用。1IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載光模塊白皮書 5G承載光模塊應(yīng)用場(chǎng)景及發(fā)展現(xiàn)狀光模塊功能及分類概述光模塊通常由光發(fā)射組件（含激光器）、光接收組件（含光探測(cè)器）、驅(qū)動(dòng)電路和光、電接口等組成，結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。光模塊用于

4、實(shí)現(xiàn)電-光和光-電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。在發(fā)送端，一定速率的電信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片處理后驅(qū)動(dòng)激光器（LD）發(fā)射出相應(yīng)速率的調(diào)制光信號(hào)，通過(guò)光功率自動(dòng)控制電路，輸出功率穩(wěn)定的光信號(hào)。在接收端，一定速率的光信號(hào)輸入模塊后由光探測(cè)器（PD）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)前置放大器后輸出相應(yīng)速率的電信號(hào)。2圖1 光模塊結(jié)構(gòu)示意圖（SFP+封裝）IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載光模塊白皮書光模塊有多種分類方式，典型如依據(jù)封裝方式、速率、傳輸距離、調(diào)制格式、是否支持波分復(fù)用（WDM）應(yīng)用、光接口工作模式、工作溫度范圍等進(jìn)行分類。按封裝方式分類有 SFP+、SFP28、QSFP28、CFP2、QSFP-DD、OSFP等；按速率分類

5、有10Gb/s、25Gb/s、50Gb/s、100Gb/s、400Gb/s等；按傳輸距離分類有100m、10km、20km、40km、80km及以上等；按調(diào)制格式分類有NRZ、PAM4、DP-QPSK/n-QAM等；按是否支持波分復(fù)用（WDM）應(yīng)用分類有灰光模塊（不支持WDM）和彩光模塊（支持WDM）；按光接5G承載光模塊應(yīng)用場(chǎng)景5G承載網(wǎng)絡(luò)一般分為城域接入層、城域匯聚層、城域核心層/省內(nèi)干線，實(shí)現(xiàn)5G業(yè)務(wù)的前傳和中回傳功能，其中各層設(shè)備之間主要依賴光口工作模式分類有雙纖雙向（Duplex）、單纖雙向（BiDi）；按工作溫度范圍分類有商業(yè)級(jí)（070）、工業(yè)級(jí)（-4085）等。光模塊內(nèi)部的激光器

6、可分為垂直腔面發(fā)射激光器（ VCSEL）、法布里- 珀羅激光器（FP）、分布式反饋激光器（DFB）、電吸收調(diào)制激光器（EML）等；光探測(cè)器可分為PIN 結(jié)二極管（PIN）、雪崩光電二極管（APD） 等。不同類型的激光器和光探測(cè)器在性能和成本等方面存在差異，光模塊可根據(jù)具體規(guī)格要求選擇不同的芯片方案。模塊實(shí)現(xiàn)互連，其典型應(yīng)用場(chǎng)景及需求分析如表1所示。數(shù)據(jù)來(lái)源：5G承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)方案白皮書2018.93表1 5G承載光模塊應(yīng)用場(chǎng)景及需求分析IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載光模塊白皮書5G前傳的典型應(yīng)用場(chǎng)景如圖2 所示，包括光纖直連、無(wú)源WDM和有源WDM/ 光傳送網(wǎng)（OTN）/切片分組網(wǎng)

7、（SPN）等。光纖直連場(chǎng)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(wú)源WDM場(chǎng)景主要包括點(diǎn)到點(diǎn)無(wú)源WDM 和WDM-PON等，采用一對(duì)或一根光纖實(shí)現(xiàn)多個(gè)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(chǎng)景，在AAU/DU至WDM/OTN/SPN設(shè)備間一般需要10Gb/s或25Gb/s 短距灰光模塊，在WDM/OTN/SPN設(shè)備間需要N10/25/50/100Gb/s等速率的雙纖雙向或單纖雙向彩光模塊。圖2 5G前傳典型應(yīng)用場(chǎng)景（2）低成本：5G光模塊總需求量預(yù)計(jì)超過(guò)4G，尤其前傳光模塊可能存在數(shù)千

8、萬(wàn)量級(jí)的需等速率的DWDM彩光模塊。45G前傳應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)光模塊的典型要求如下：（ 1 ） 滿足工業(yè)級(jí)溫度范圍，可靠性要求高：考慮AAU全室外應(yīng)用環(huán)境，前傳光模塊需滿足-40+85的工業(yè)級(jí)溫度范圍，以及防塵等要求。求，低成本是產(chǎn)業(yè)對(duì)光模塊的主要訴求之一。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(xiàn)有傳送網(wǎng)及數(shù)據(jù)中心使用的光模塊技術(shù)差異不大，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，匯聚層及以上將較多采用100Gb/s、200Gb/s、400Gb/sIMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載光模塊白皮書5G承載光模塊發(fā)展現(xiàn)狀目 前 ， 國(guó) 內(nèi) 外 標(biāo)

9、 準(zhǔn) 化 組 織 國(guó) 際 電 聯(lián) （ITU-T）、電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）、光互聯(lián)論壇（ OIF ）、 4WDM 等多源協(xié)議 （MSA）、中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA）等正在開(kāi)展5G承載相關(guān)的光模塊規(guī)范制定，涉及的模塊類型和接口特性各不相同、種類繁雜。前傳光模塊主要包括25Gb/s和100Gb/s兩大速率類型，支持?jǐn)?shù)百m到20km的典型傳輸距離，具體技術(shù)現(xiàn)狀如表2所示。5G中回傳光模塊主要包5表2 5G前傳光模塊技術(shù)現(xiàn)狀I(lǐng)MT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載光模塊白皮書括25Gb/s、50Gb/s、100Gb/s、200Gb/s、400Gb/s 等多種速率，典型傳輸距離從幾km到數(shù)百k

10、m， 支持CPRI、eCPRI、以太網(wǎng)、OTN等多種接口協(xié)議，以及NRZ、PAM4、DMT等調(diào)制格式，具體技術(shù)現(xiàn)狀如表3所示。表3 5G中回傳光模塊技術(shù)現(xiàn)狀技術(shù)成熟度、成本等因素，重點(diǎn)針對(duì)25Gb/s雙纖雙向、25Gb/s單纖雙向、25Gb/s波長(zhǎng)可調(diào)諧、產(chǎn)業(yè)良性健康發(fā)展。6隨著光器件芯片技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用需求的發(fā)展，未來(lái)光模塊類型可能還會(huì)增加。過(guò)多的產(chǎn)品類型和規(guī)格將導(dǎo)致光模塊整體產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)碎片化，造成產(chǎn)業(yè)鏈上下游研發(fā)、制造與運(yùn)維等諸多環(huán)節(jié)資源浪費(fèi)。本白皮書根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景、100/200Gb/s單纖雙向等前傳關(guān)鍵光模塊，以及25Gb/s雙纖雙向、50Gb/s單纖雙向/雙纖雙向、100/200/400

11、Gb/s灰光、相干和非相干50/100Gb/s 彩光等中回傳關(guān)鍵光模塊技術(shù)方案進(jìn)行分析并開(kāi)展測(cè)試評(píng)估，協(xié)同業(yè)界聚焦和推動(dòng)5G承載光模塊 前傳關(guān)鍵光模塊技術(shù)方案1 25Gb/s雙纖雙向灰光模塊25Gb/s雙纖雙向灰光模塊的典型傳輸距離包括300m和10km。300m光模塊通常用于基站的塔上塔下互連，10km光模塊主要用于傳輸距離更遠(yuǎn)或鏈路損耗更大的AAU與接入機(jī)房（站點(diǎn)）之間的光纖直連場(chǎng)景。IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載光模塊白皮書25Gb/s雙纖雙向灰光模塊功能框圖及產(chǎn)品示例如圖3所示。IEEE 802.3cc已完成25GbE單模光纖接口規(guī)范，CCSA已啟動(dòng)國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化制定工作，預(yù)計(jì)

12、2019年完成報(bào)批。圖3 25Gb/s雙纖雙向灰光模塊光模塊可采用25G和10G兩種波特率的激光器芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。25G波特率工業(yè)級(jí)激光器芯片可靠性要求與量產(chǎn)工藝要求較高，市場(chǎng)供應(yīng)渠道有限。10G波特率工業(yè)級(jí)激光器芯片能充分利用成熟的供應(yīng)鏈，可有效降低光模塊成本，目前業(yè)界主要有超頻、PAM4高階調(diào)制兩種實(shí)現(xiàn)方案，功能框圖分別如圖4和圖5所示。圖4 超頻方案功能框圖圖5 PAM4方案功能框圖7IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載光模塊白皮書超頻方案包含F(xiàn)P和DFB兩種實(shí)現(xiàn)方式。FP激光器方式中，影響傳輸距離的主要因素包括鏈路衰減損耗、碼間干擾（ISI）代價(jià)、模式分配噪聲（MPN）代價(jià)等，理論上可支

13、持300m以上的傳輸距離。DFB激光器方式中，由于中心波長(zhǎng)更靠近G.652光纖零色散點(diǎn)、光譜寬度更窄、以及可忽略模式分配噪聲等，理論上可支持10km以上的傳輸距離。目前基于FP激光器的25Gb/s雙纖雙向300m光模塊已經(jīng)成熟，基于DFB激光器的25Gb/s雙纖雙向10km光模塊還需進(jìn)一步完善。PAM4方案采用10G波特率的工業(yè)級(jí)激光器與光探測(cè)器，但在配套IC方面需要更換為線性度更高的激光器驅(qū)動(dòng)和TIA芯片，同時(shí)增加25Gb/s NRZ和25Gb/s PAM4相互轉(zhuǎn)換的DSP芯片。目前已實(shí)現(xiàn)1015km演示試驗(yàn)，配套芯片仍處于研發(fā)階段，綜合成本有待進(jìn)一步評(píng)估。綜上分析，采用10G波特率工業(yè)級(jí)激

14、光器芯片的25Gb/s光模塊，300m規(guī)格可優(yōu)先采用超頻方案，10km規(guī)格超頻方案存在一定技術(shù)挑戰(zhàn)； PAM4方案在10km及更長(zhǎng)傳輸距離的應(yīng)用取決于配套芯片的規(guī)模效應(yīng)。2 25Gb/s單纖雙向灰光模塊BiDi光模塊具有節(jié)省50%的光纖資源、上下行等距可有效保證高精度時(shí)間同步等優(yōu)勢(shì)，具體時(shí)延對(duì)稱性優(yōu)勢(shì)分析詳見(jiàn)本白皮書第四部分，典型傳輸距離10km、15km、20km。25G BiDi的技術(shù)方案主要有兩種，一是利用不同波長(zhǎng)的波分復(fù)用（WDM）實(shí)現(xiàn)，二是利用相同（或不同）波長(zhǎng)結(jié)合環(huán)形器的方式實(shí)現(xiàn)，如圖6所示。圖6 25Gb/s單纖雙向灰光模塊8（c）產(chǎn)品示例IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載光

15、模塊白皮書環(huán)形器方案對(duì)公共端（圖6b中的兩端）反射串?dāng)_非常敏感，出纖需要采用具有高回?fù)p指標(biāo)的光纖傾斜端面接口，并對(duì)實(shí)際工程使用提出了較高的防塵要求，25Gb/s BiDi光模塊建議優(yōu)先考慮WDM方案。在波長(zhǎng)對(duì)選擇上業(yè)界主要有 1270nm/1310nm和1270nm/1330nm兩種方案， CCSA 25Gb/s BiDi光模塊標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)稿已初步確定1270nm/1330nm波長(zhǎng)方案，預(yù)計(jì)在2019年完成標(biāo)準(zhǔn)制定工作。25Gb/s可調(diào)諧彩光模塊在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，前傳將以光纖直驅(qū)方式為主，伴隨著高頻組網(wǎng)以及低頻增點(diǎn)等深度覆蓋，為充分利用已有光纖資源或解決光纖資源緊張問(wèn)題，WDM方式會(huì)成為有益

16、補(bǔ)充，其中波長(zhǎng)可調(diào)諧（Tunable）光模塊是其核心單元。我國(guó)牽頭起草發(fā)布的ITU-T G.698.4標(biāo)準(zhǔn)（G.Metro）已定義10Gb/s接入型WDM組網(wǎng)和波長(zhǎng)無(wú)關(guān)、無(wú)色化實(shí)現(xiàn)機(jī)制，目前業(yè)界正在探討25Gb/s速率的技術(shù)方案。25Gb/s波長(zhǎng)可調(diào)諧光模塊功能框圖如圖7 所示。9圖7 25Gb/s波長(zhǎng)可調(diào)諧彩光模塊IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載光模塊白皮書根據(jù)光源類型及調(diào)諧方式的不同，波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器存在多種技術(shù)方案，五種最典型的方案對(duì)比如表4所示?；谌庸鈻欧植疾祭穹瓷淦鳎⊿G-DBR）技術(shù)的激光器具有波長(zhǎng)可調(diào)諧范圍寬、調(diào)諧速度快、調(diào)制速率高和成本相對(duì)較低等優(yōu)勢(shì)，是業(yè)界主流技術(shù)

17、方案，受專利等限制，國(guó)內(nèi)量產(chǎn)能力有限。目前國(guó)內(nèi)基本具備DBR可調(diào)激光器的產(chǎn)業(yè)化能力，波長(zhǎng)調(diào)諧范圍支持10nm量級(jí)，一般可滿足20通道100GHz波長(zhǎng)間隔的應(yīng)用場(chǎng)景。另外，外腔激光器、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS） VCSEL、DFB陣列等方案因成本、穩(wěn)定性、工作帶寬和調(diào)諧時(shí)間等限制尚在進(jìn)一步研究中，尚不具備規(guī)模產(chǎn)業(yè)化能力。10表4 波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器技術(shù)方案IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載光模塊白皮書100/200Gb/s單纖雙向灰光模塊正處于研究階段，典型實(shí)現(xiàn)方式包括環(huán)形器和100/200Gb/s BiDi 10km光模塊的技術(shù)方案WDM兩種，功能框圖如圖8所示。圖8 100Gb/s BiDi灰

18、光模塊功能框圖100/200Gb/s BiDi光模塊的核心激光器芯片主要由國(guó)外廠商提供，目前可支持O波段CWDM（4波）或LWDM（4波）兩種，波長(zhǎng)數(shù)量有限。現(xiàn)階段單纖雙向技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方案建議優(yōu)先采用小型化環(huán)形器（圖8 a所示）。后續(xù)隨著PAM4技術(shù)進(jìn)一步成熟，250Gb/s或1100Gb/s或?qū)⒊蔀橄乱淮?00Gb/s光模塊的主流技術(shù)方案，采用WDM 實(shí)現(xiàn)單纖雙向?qū)⑹歉?jīng)濟(jì)的方式（圖8 b所示）。11IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載光模塊白皮書 中回傳關(guān)鍵光模塊技術(shù)方案25Gb/s雙纖雙向灰光模塊40km的25Gb/s雙纖雙向光模塊需采用25G波特率的EML激光器和APD探測(cè)器。IEEE

19、 802.3cc 已定義10km/40km 25GbE單模光纖接口，CCSA 已完成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定工作，預(yù)計(jì)2019年報(bào)批。50Gb/s單纖雙向/雙纖雙向灰光模塊50Gb/s光模塊的典型傳輸距離在40km及以內(nèi)，技術(shù)方案主要基于25G波特率的光芯片和脈幅調(diào)制（PAM4）調(diào)制格式，對(duì)高線性度激光器驅(qū)動(dòng)器和跨阻放大器要求較高。目前IEEE 802.3cd已經(jīng)規(guī)范了傳輸距離為10km的單通道50Gb/s光接口，IEEE802.3cn正在規(guī)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(cè)器實(shí)現(xiàn)； 40km光模塊需采用25G波特率的EML激

20、光器和APD探測(cè)器實(shí)現(xiàn)。對(duì)上下行時(shí)延對(duì)稱性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景可采用50Gb/s BiDi光模塊，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3cp 正在規(guī)范，擬采用WDM技術(shù)方案，結(jié)合方案成本與供應(yīng)鏈成熟度考慮，具體波長(zhǎng)對(duì)選擇建議如表5所示。表5 50Gb/s BiDi光模塊波長(zhǎng)對(duì)建議考慮光纖類型、傳輸距離、激光器波長(zhǎng)與溫度漂移等因素，白皮書分別對(duì)10km和40km BiDi 光模塊的收發(fā)路徑時(shí)延抖動(dòng)進(jìn)行了測(cè)算分析。以G.652D光纖為傳輸介質(zhì)， 10km BiDi光模塊在波長(zhǎng)極限偏移條件（10nm）下的時(shí)延差最大變化量為2.96191ns，如表6所示。12表 6 10km Bidi 光模塊波長(zhǎng)偏移引入的時(shí)延抖

21、動(dòng)40km BiDi光模塊由于激光器采用溫度控制，波長(zhǎng)偏移范圍略小，時(shí)延差最大變化量為1.23670ns，如表7所示。IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載光模塊白皮書表7 40km Bidi 光模塊波長(zhǎng)偏移引入的時(shí)延抖動(dòng)3 100/200/400Gb/s灰光模塊100/200/400Gb/s光模塊的典型傳輸距離為40km80km，其中100Gb/s主要采用基于25G波特率芯片的NRZ或PAM4調(diào)制格式，200Gb/s和400Gb/s主要采用25G或50G波特率的PAM4調(diào)制格式。IEEE 802.3ba、802.3bs、以及PSM4、CWDM4、4WDM等MSA已規(guī)范100/200/400G

22、bE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(biāo)，技術(shù)方案及相關(guān)產(chǎn)品已基本成熟，其中，100/200GbE已實(shí)現(xiàn)規(guī)模商用，400GbE預(yù)計(jì)在2019年下半年逐步商用。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(biāo)，預(yù)計(jì)2020年左右制定完成。4 低成本高速相干光模塊低成本相干光模塊的典型傳輸距離為80km 及以上，主要速率包括100/200/400Gb/s，典型實(shí)現(xiàn)方案發(fā)送側(cè)采用偏振復(fù)用（PD）n-QAM調(diào)制格式，接收側(cè)采用基于DSP的相干接收等技術(shù)。10

23、0/200Gb/s相干可插拔光模塊（CFP/CFP2- DCO）已逐步在傳送網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心互聯(lián)（DCI） 設(shè)備中規(guī)模商用。OIF在2018年10月正式發(fā)布了CFP2-DCO規(guī)范，目前正在制訂針對(duì)80120km 傳輸距離的400ZR標(biāo)準(zhǔn)，另外ITU-T SG15 Q6的G.698.2標(biāo)準(zhǔn)正在開(kāi)展基于200/400Gb/s相干技術(shù)的80km和450km量級(jí)傳輸距離規(guī)范制定。13IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載光模塊白皮書5 非相干50/100Gb/s彩光模塊相干50/100Gb/s光模塊采用固定波長(zhǎng)DWDM激光非相干DWDM彩光模塊的典型傳輸距離為40km及以內(nèi)，目前主流方案采用PAM4技術(shù)。

24、非器和PAM DSP芯片，相對(duì)于相干光模塊具有一定的成本優(yōu)勢(shì)，兩者關(guān)鍵器件的比較如表8所示。表8 相干與非相干光模塊用關(guān)鍵器件比較當(dāng)傳輸距離大于1520km時(shí)，非相干光模塊需外置光放大器和色散補(bǔ)償模塊（DCM），這將一定程度上增加線路成本和維護(hù)復(fù)雜度，具體應(yīng)用前景待研究。14 5G承載光模塊產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載光模塊白皮書光模塊產(chǎn)業(yè)化水平國(guó)內(nèi)外光模塊廠商圍繞5G應(yīng)用積極開(kāi)展5G 承載光模塊研發(fā)，目前的產(chǎn)品化能力如表9 所示。5G前傳25Gb/s光模塊方面，波長(zhǎng)可調(diào)諧光模塊處于在研階段，BiDi光模塊處于樣品階段， 其他類型的光模塊均已成熟。前傳100Gb/s Bi

25、Di光模塊的應(yīng)用規(guī)模較小，200Gb/s BiDi光模塊和100Gb/s 4WDM光模塊已經(jīng)成熟。5G中回傳50Gb/s PAM4 BiDi 40km光模塊、400Gb/s直調(diào)和相干光模塊均處于在研階段，其他類型光模塊已基本成熟。表9 5G承載典型光模塊產(chǎn)品化能力15IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載光模塊白皮書核心光電芯片產(chǎn)為化水平的EML激光器芯片、窄線寬波長(zhǎng)可調(diào)激光器芯5G典型光模塊所使用的核心光芯片及電芯片產(chǎn)業(yè)化能力如表10所示，領(lǐng)先國(guó)家均已基本成熟，國(guó)內(nèi)在整體上尚處于研發(fā)階段。目前，商業(yè)級(jí)/工業(yè)級(jí)25G波特率的DFB、EML、50G波特率片、100Gb/s相干集成光收發(fā)芯片、25

26、/50G波特率的激光器（調(diào)制器）驅(qū)動(dòng)/TIA跨阻放大器、PAM4和相干 DSP等IC芯片主要由國(guó)外廠商提供，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)化能力與國(guó)外差距較大。表10 核心光芯片及電芯片16IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載光模塊白皮書光模塊產(chǎn)業(yè)化能力測(cè)評(píng)為評(píng)估5G承載光模塊的發(fā)展水平和應(yīng)用能力，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)方的協(xié)同、合作與交流，5G 承載工作組組織開(kāi)展了首次基于多廠家多模塊類型的5G承載光模塊測(cè)評(píng)工作。光模塊商光迅、海信、新易盛、Finisar、Lumentum參加了測(cè)試，運(yùn)營(yíng)商中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通，系統(tǒng)設(shè)備商華為、中興，儀表商Keysight、VIAVI、VeEX 對(duì)測(cè)試提供了大力支持。參測(cè)光模塊

27、包括 25Gb/ s Duplex 300m、25Gb/s Duplex 10km、25Gb/s BiDi 10km、25Gb/s BiDi 20km、25Gb/s CWDM 10km、50Gb/s PAM4 10km、50Gb/s PAM4 40km、100Gb/s 4WDM 10km 8種類型，如表11所示。表11 參測(cè)光模塊類型本次測(cè)評(píng)項(xiàng)目包括光接口關(guān)鍵參數(shù)、電接口關(guān)鍵參數(shù)、儀表環(huán)境下的異廠家互通和傳輸性能、系統(tǒng)設(shè)備兼容性、系統(tǒng)設(shè)備環(huán)境下的多廠家互通和傳輸性能等。在發(fā)送光功率、光譜特性、光調(diào)制幅度（OMA）、消光比（ER）、眼圖、PAM4信號(hào)發(fā)送色散眼閉合度（TDECQ）、接收模噪聲、眼

28、寬眼高、垂直眼圖閉合（VEC）等光電接口關(guān)鍵參數(shù)，以及直連和帶纖連接誤碼率方面，絕大部分參測(cè)光模塊樣品均滿足已發(fā)布或在研的IEEE802.3和CCSA行標(biāo)相關(guān)要求，個(gè)別樣品存在發(fā)送功率偏高、OMA值偏高和儀表兼容性等問(wèn)題。靈敏度、電差分眼圖幅度、上升/下降時(shí)間、共17IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載光模塊白皮書25Gb/s BiDi 10km光模塊有1330nm/1270nm 和1310nm/1270nm兩種波長(zhǎng)方案，如圖9所示配置，在儀表開(kāi)啟RS-FEC模式下，1330nm/1270nm 相同波長(zhǎng)方案的光模塊實(shí)現(xiàn)10km光纖+911dB衰減的異廠家光模塊互通傳輸；1330nm/1270

29、nm和1310nm/1270nm不同波長(zhǎng)方案的光模塊實(shí)現(xiàn)10km 光纖+5.58.5dB衰減的異廠家光模塊互通傳輸。25Gb/s 300m光模塊為1310nm波段，在儀表關(guān)閉FEC模式下實(shí)現(xiàn)10km光纖+1015dB衰減的異廠家光模塊互通傳輸。圖9 儀表環(huán)境光模塊互通測(cè)試50Gb/s PAM4 10km光模塊在儀表開(kāi)啟RS- FEC模式下，同廠家互通或自環(huán)可實(shí)現(xiàn)10km光纖+8dB衰減的傳輸。異廠家光模塊在10km光纖+2dB衰減互通測(cè)試中多次出現(xiàn)丟包和告警等問(wèn)題。50Gb/s PAM4 40km光模塊在儀表開(kāi)啟RS-FEC模式下實(shí)現(xiàn)40km光纖+5dB衰減自環(huán)44小時(shí)長(zhǎng)期無(wú)丟包。參測(cè)光模塊可

30、被PTN/SPN/OTN設(shè)備識(shí)別并支持激光器開(kāi)啟和關(guān)閉等操作，但在管理信息上報(bào)、性能和穩(wěn)定性等方面有待進(jìn)一步驗(yàn)證。18IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載光模塊白皮書如圖10所示配置，在設(shè)備環(huán)境關(guān)閉FEC模式下， 25Gb/s BiDi 10km光模塊（1330nm/1270nm方案）實(shí)現(xiàn)10km光纖+3dB衰減多廠家互通傳輸； 25Gb/s 300m光模塊實(shí)現(xiàn)300m光纖+3dB衰減多廠家互通傳輸；100Gb/s 4WDM 10km光模塊實(shí)現(xiàn)10km光纖+3dB衰減異廠家互通傳輸。圖10 設(shè)備環(huán)境光模塊互通測(cè)試19IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載光模塊白皮書綜上，參測(cè)的25/50/100Gb/s光模塊樣品絕大部分滿足已發(fā)布或在研的IEEE802.3和CCSA行標(biāo)相關(guān)要求，個(gè)別存在發(fā)送功率偏高、OMA值偏高、波長(zhǎng)方案不統(tǒng)一和儀表不兼容等問(wèn)題。后續(xù)在異廠家互通、與系統(tǒng)設(shè)備的兼容性方面需要進(jìn)一步測(cè)試驗(yàn)證，以滿足5G承載規(guī)模部署應(yīng)用需求。低成本光模塊產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議為滿足5G承載光模塊的低成本需求，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)健康有序發(fā)展，建議光模塊終端用戶、設(shè)備廠商、模塊廠商、研究機(jī)構(gòu)等業(yè)界各方力量在保證光模塊質(zhì)量的前提下，從指標(biāo)綜合優(yōu)化、規(guī)?；c資源重用、核心器件突破幾個(gè)方面著手改進(jìn)：（1）評(píng)估應(yīng)用場(chǎng)景與傳輸距離實(shí)際需求， 綜合優(yōu)化光模塊指標(biāo)要求。一是優(yōu)化前傳光模塊的鏈路預(yù)算，適當(dāng)放寬指標(biāo)可