通信世界网消息（CWW）2019年1月，IMT-2020(5G)推进组发布“5G承载光模块白皮书(最终稿)”，白皮书基于5G承载网络对光模块的应用需求，结合光模块技术发展现状，聚焦研究不同应用场景下的关键5G承载光模块技术方案，分析现有光模块及核心光电子芯片产业化能力并开展测试评估，提出我国5G承载光模块技术与产业发展建议。
业界应进一步合力优化和收敛关键技术方案，加速推动5G承载光模块逐步成熟并规模应用，有力支撑5G商用部署与应用。本篇报道将介绍“5G承载光模块白皮书”对5G承载光模块的产业发展分析。
5G承载光模块产业发展分析 — 关键词：光电芯片、产业化、低成本
光模块产业化水平
国内外光模块厂商围绕5G应用积极开展5G承载光模块研发，目前的产品化能力如表9所示。5G前传25Gb/s光模块方面，波长可调谐光模块处于在研阶段，BiDi光模块处于样品阶段，其他类型的光模块均已成熟。前传100Gb/s BiDi光模块的应用规模较小，200Gb/s BiDi光模块和100Gb/s 4WDM光模块已经成熟。5G中回传50Gb/s PAM4 BiDi 40km光模块、400Gb/s直调和相干光模块均处于在研阶段，其他类型光模块已基本成熟。
核心光电芯片产为化水平
5G典型光模块所使用的核心光芯片及电芯片产业化能力如表10所示，领先国家均已基本成熟，国内在整体上尚处于研发阶段。目前，商业级/工业级25G波特率的DFB、EML、50G波特率的EML激光器芯片、窄线宽波长可调激光器芯片、100Gb/s相干集成光收发芯片、25/50G波特率的激光器(调制器)驱动/TIA跨阻放大器、PAM4和相干 DSP等IC芯片主要由国外厂商提供，国内产业化能力与国外差距较大。
光模块产业化能力测评
为评估5G承载光模块的发展水平和应用能力，促进产业链相关方的协同、合作与交流，5G承载工作组组织开展了首次基于多厂家多模块类型的5G承载光模块测评工作。光模块商光迅、海信、新易盛、Finisar、Lumentum参加了测试，运营商中国移动、中国电信、中国联通，系统设备商华为、中兴，仪表商Keysight、VIAVI、VeEX对测试提供了大力支持。参测光模块包括 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种类型，如表11所示。
本次测评项目包括光接口关键参数、电接口关键参数、仪表环境下的异厂家互通和传输性能、系统设备兼容性、系统设备环境下的多厂家互通和传输性能等。在发送光功率、光谱特性、光调制幅度(OMA)、消光比(ER)、眼图、PAM4信号发送色散眼闭合度(TDECQ)、接收灵敏度、电差分眼图幅度、上升/下降时间、共模噪声、眼宽眼高、垂直眼图闭合(VEC)等光电接口关键参数，以及直连和带纤连接误码率方面，绝大部分参测光模块样品均满足已发布或在研的IEEE802.3和CCSA行标相关要求，个别样品存在发送功率偏高、OMA值偏高和仪表兼容性等问题。
25Gb/s BiDi 10km光模块有1330nm/1270nm和1310nm/1270nm两种波长方案，如图9所示配置，在仪表开启RS-FEC模式下，1330nm/1270nm相同波长方案的光模块实现10km光纤+9~11dB衰减的异厂家光模块互通传输;1330nm/1270nm和1310nm/1270nm不同波长方案的光模块实现10km光纤+5.5~8.5dB衰减的异厂家光模块互通传输。25Gb/s 300m光模块为1310nm波段，在仪表关闭FEC模式下实现10km光纤+10~15dB衰减的异厂家光模块互通传输。
50Gb/s PAM4 10km光模块在仪表开启RS-FEC模式下，同厂家互通或自环可实现10km光纤+8dB衰减的传输。异厂家光模块在10km光纤+2dB衰减互通测试中多次出现丢包和告警等问题。50Gb/s PAM4 40km光模块在仪表开启RS-FEC模式下实现40km光纤+5dB衰减自环44小时长期无丢包。参测光模块可被PTN/SPN/OTN设备识别并支持激光器开启和关闭等操作，但在管理信息上报、性能和稳定性等方面有待进一步验证。
如图10所示配置，在设备环境关闭FEC模式下，25Gb/s BiDi 10km光模块(1330nm/1270nm方案)实现10km光纤+3dB衰减多厂家互通传输;25Gb/s 300m光模块实现300m光纤+3dB衰减多厂家互通传输;100Gb/s 4WDM 10km光模块实现10km光纤+3dB衰减异厂家互通传输。
综上，参测的25/50/100Gb/s光模块样品绝大部分满足已发布或在研的IEEE802.3和CCSA行标相关要求，个别存在发送功率偏高、OMA值偏高、波长方案不统一和仪表不兼容等问题。后续在异厂家互通、与系统设备的兼容性方面需要进一步测试验证，以满足5G承载规模部署应用需求。
低成本光模块产业发展建议
为满足5G承载光模块的低成本需求，推动相关产业健康有序发展，建议光模块终端用户、设备厂商、模块厂商、研究机构等业界各方力量在保证光模块质量的前提下，从指标综合优化、规模化与资源重用、核心器件突破几个方面着手改进：
(1)评估应用场景与传输距离实际需求，综合优化光模块指标要求。一是优化前传光模块的链路预算，适当放宽指标可以提升工业级激光器的筛选比例;二是一些应用场景尤其是城域，可根据实际需求放宽系统对相干光模块的OSNR指标(如1~2dB)，可以支持更多商用DSP芯片，同时通过简化相干DSP功能与算法，降低芯片研制成本;三是适当放宽硅基方案的相干光模块输出功率要求，譬如如果输出光功率放宽至-15dBm水平，则硅光芯片的良率会得到明显改善。
(2)模块方案尽可能聚焦，并充分利用成熟技术方案与产业资源。一是前传光模块聚焦于25Gb/s Duplex 300m，25Gb/s BiDi 10/15km等;二是中回传光模块采用数据中心和传送网已有光模块;三是25Gb/s BiDi方案在初期采用10Gb/s BiDi成熟的单纤双向光组件(BOSA)封装工艺。
(3)进一步增强国内对于核心芯片的自研与量产能力。一是工业级温度范围的激光器芯片替代商业级激光器芯片;二是硅光集成芯片、窄线宽可调激光器芯片的技术突破;三是DSP、激光器驱动IC的国产化等。
总结与展望
技术方面，5G前传、中回传对新型光模块提出了差异化需求，目前每种应用场景均存在多种光模块技术方案与规格。过多的产品规格容易导致光模块市场碎片化，造成上下游研发、制造与运维等诸多资源浪费。为培育良性发展模式，5G承载光模块技术方案需进一步求同存异、聚焦收敛，通过对重点技术方案的聚力投入和规模效应来实现成本降低，并从规避产业链风险考虑，加大扶持国内厂商可以主导的光模块技术产品方向。
产业方面，国内厂商在光模块层面能够提供大部分产品，研发水平紧跟国外领先企业，但25G波特率及以上的核心光电芯片尚处于在研、样品或空白阶段，亟待突破。光模块及芯片的自主创新发展很难仅靠器件模块商自身力量实现，一方面需要下游设备商的拉动牵引，通过充分合作实现新产品的迭代验证，从而加速突破可靠性、量产等关键问题;同时产业生态需要进一步改善，为避免4G时代光模块无序竞争再现，5G时代可建立完善评价机制，促进产业良性竞争和健康发展。
5G商用近在咫尺，5G承载在为光模块革新发展提供契机的同时，留给新型光模块技术成熟和规模应用的时间窗口日益缩短。5G承载工作组将与业界加强合作、聚焦共识，协同推动5G承载光模块关键技术研究及测试评估、标准规范制定等工作，共同促进5G承载光模块技术产业健康有序发展，有力支撑即将到来的5G规模化部署。
文章资料整理自：IMT-2020(5G)推进组《5G承载光模块白皮书(最终稿)》