5G時(shí)代，光模塊產(chǎn)業(yè)大有可為

  ICC訊 光模塊是光通信的核心部件，主要完成光電轉換，發(fā)送端把電信號轉換成光信號，接收端把光信號轉換成電信號。光模塊作為核心器件被廣泛應用于通信設備中，是5G實(shí)現高帶寬、低時(shí)延、廣連接的關(guān)鍵。5G的建設需要數千萬(wàn)個(gè)高性能、高速率的光模塊支撐，5G的加速商用將帶動(dòng)我國光模塊產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

  5G時(shí)代，我國光模塊產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢

  5G對光模塊速率需求提升，25/50/100Gb/s光模塊成前中回傳主流需求

  為了滿(mǎn)足大帶寬、低延時(shí)、廣覆蓋的要求，5G無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)(RAN)架構從4G的基帶處理單元(BBU)、射頻拉遠單元(RRU)兩級結構演進(jìn)為集中單元(CU)、分布單元(DU)和有源天線(xiàn)單元(AAU)三級結構，相應的承載網(wǎng)絡(luò )架構也由前傳和回傳網(wǎng)絡(luò )分解為前傳、中傳和回傳網(wǎng)絡(luò )。5G的新型業(yè)務(wù)特性和更高指標要求對前傳、中傳和回傳光模塊的速率也提出了更高要求。

  5G前傳對彩光模塊需求增加，彩光模塊方案呈現多樣化

  集中式無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)(CRAN)未來(lái)將成為我國運營(yíng)商5G網(wǎng)絡(luò )的主流建設模式，由于C-RAN部署模式下前傳網(wǎng)絡(luò )需要消耗較多的光纖資源，光纖直驅的應用場(chǎng)景大大受限，基于WDM技術(shù)的前傳方案成了運營(yíng)商的共識。WDM方案使用不同波長(cháng)的彩光模塊發(fā)送信號，再通過(guò)波分復用器將多個(gè)信號復用到一根光纖中進(jìn)行傳輸，從而能夠節約大量的光纖資源。隨著(zhù)前傳WDM方案的逐步實(shí)施，運營(yíng)商對彩光模塊的需求將不斷增加。

  5G前傳半有源WDM優(yōu)勢明顯，光模塊光層調頂技術(shù)實(shí)現OAM

  在5G前傳的WDM場(chǎng)景中，無(wú)源WDM方案通過(guò)在遠端AAU側和局端DU側部署無(wú)源波分器件進(jìn)行波長(cháng)復用和解復用，部署簡(jiǎn)單，但缺乏保護機制和管控手段，存在無(wú)故障管理、維護難度較大等問(wèn)題。有源WDM方案通過(guò)在遠端AAU側和局端DU側部署有源WDM設備進(jìn)行電層或/和光層復用，支持管控和保護功能，但是成本高昂，且遠端供電和部署受限。半有源WDM方案在遠端AAU側部署無(wú)源波分器件，在局端DU側部署有源WDM設備，通過(guò)彩光模塊光層調頂技術(shù)實(shí)現操作管理維護(OAM)機制，滿(mǎn)足業(yè)務(wù)性能監測、通信故障定位等要求，能夠以較低成本解決光纖資源和維護管理等問(wèn)題。

  5G對光模塊高性能需求將促進(jìn)硅光技術(shù)的應用

  前傳光模塊工作在室外惡劣環(huán)境中，需要滿(mǎn)足- 40℃～85℃的工業(yè)溫度使用要求。同時(shí)，由于5G網(wǎng)絡(luò )架構從CPRI向eCPRI演進(jìn)，BBU端功能向RRU端進(jìn)行部分遷移，使RRU端功耗增大，需要光模塊具有更強的耐熱能力，極端環(huán)境下溫度可能高達90℃～95℃，“硅光調制器﹢異質(zhì)激光器”在這種高溫環(huán)境中存在用武之地。

  光模塊與通信設備逐漸解耦，光模塊產(chǎn)業(yè)更加開(kāi)放

  出于對系統兼容性的考慮，通信設備廠(chǎng)商往往將光模塊與通信設備打包一起提供給運營(yíng)商，運營(yíng)商只能被動(dòng)接受設備廠(chǎng)商提供的光模塊類(lèi)型和技術(shù)方案。隨著(zhù)5G網(wǎng)絡(luò )架構和部署變得更加復雜和多樣化，技術(shù)方案的自主可控和降低成本的壓力將驅使運營(yíng)商逐漸進(jìn)行光模塊與通信設備的解耦。

  5G時(shí)代，我國光模塊產(chǎn)業(yè)存在的問(wèn)題及發(fā)展建議

  存在的問(wèn)題

  近年來(lái)，由于國內政策驅動(dòng)、市場(chǎng)牽引以及新興應用的需求，我國光模塊市場(chǎng)保持著(zhù)快速發(fā)展的態(tài)勢，我國光模塊廠(chǎng)商開(kāi)始逐漸主導全球市場(chǎng)，但是我國光模塊產(chǎn)業(yè)仍然存在一些亟須解決的問(wèn)題。

  高端芯片自給能力有限，國產(chǎn)化亟待加速

  目前，我國光通信產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不均衡，國內企業(yè)在光模塊層面能夠提供大部分產(chǎn)品，但位于光模塊產(chǎn)業(yè)鏈上游的芯片環(huán)節與國外存在較大差距，已成為制約我國光通信產(chǎn)業(yè)長(cháng)足發(fā)展的瓶頸。5G光模塊使用的是25Gb/s及以上速率的光電芯片，其中25Gb/s光芯片國產(chǎn)化率較低，大多依賴(lài)進(jìn)口，而25Gb/s電芯片國產(chǎn)能力幾乎空白，基本依賴(lài)進(jìn)口。

  5G光模塊種類(lèi)繁多，有待聚焦共識

  5G前傳、中傳和回傳對光模塊具有差異化需求，但是目前針對工作環(huán)境、傳輸速率、傳輸距離等不同應用場(chǎng)景下的光模塊出現了多種技術(shù)方案，涉及的模塊封裝、工作波長(cháng)、調制格式及使用的光電芯片各不相同，導致光模塊種類(lèi)繁多。如前傳25Gb/s雙纖雙向灰光模塊就有25G和10G兩種波特率的激光器芯片的實(shí)現方案，其中10G波特率方案業(yè)界又主要采用超頻、PAM4等高階調制方式來(lái)實(shí)現，而超頻方案又包含FP和DFB兩種實(shí)現方式。過(guò)多的產(chǎn)品類(lèi)型將導致光模塊市場(chǎng)碎片化，造成產(chǎn)業(yè)鏈研發(fā)、制造等資源浪費。

  5G光模塊成本偏高，不利于5G承載建設

  在5G承載網(wǎng)建設中，前傳光模塊存在數千萬(wàn)量級的需求，總體成本非常高?；貍?A href="http://joq5k4q.cn/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e5%85%89%e6%a8%a1%e5%9d%97&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">光模塊需求量雖然沒(méi)有前傳光模塊大，但其速率高、技術(shù)復雜，單個(gè)模塊成本較高，部分光模塊成本在系統設備中的占比甚至達到50%～70%。光模塊的成本直接影響到網(wǎng)絡(luò )總體建設成本。目前，5G光模塊較高的成本已成為影響5G承載發(fā)展的不利因素，降低光模塊成本迫在眉睫。

  發(fā)展建議

  基于我國光模塊產(chǎn)業(yè)所處的發(fā)展環(huán)境以及面臨的機遇和問(wèn)題，提出以下發(fā)展建議。

  營(yíng)造良好的政策環(huán)境，加速核心芯片國產(chǎn)化

  針對光模塊核心芯片等薄弱領(lǐng)域，政府制定相關(guān)產(chǎn)品發(fā)展規劃和政策措施，形成政策層面的促進(jìn)和引領(lǐng)作用。優(yōu)化創(chuàng )新扶持政策，營(yíng)造良好的創(chuàng )新環(huán)境，鼓勵企業(yè)參與芯片、元器件等關(guān)鍵核心技術(shù)重大創(chuàng )新活動(dòng)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈上下游、科研機構開(kāi)展合作研究。鼓勵企業(yè)加強對外交流，開(kāi)展國際技術(shù)創(chuàng )新合作。降低企業(yè)創(chuàng )新成本，增強企業(yè)投入創(chuàng )新的能力和動(dòng)力。制定和落實(shí)人才激勵政策，激發(fā)人才創(chuàng )新的積極性和創(chuàng )新潛能。

  技術(shù)方案聚焦共識，促進(jìn)光模塊產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展

  為促進(jìn)光模塊產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展，5G光模塊種類(lèi)應盡可能聚焦收斂。通過(guò)對技術(shù)方案聚焦共識、求同存異，加大對重點(diǎn)技術(shù)方案的投入和扶持，形成規模效應來(lái)促進(jìn)市場(chǎng)發(fā)展。同時(shí)，業(yè)界應協(xié)同推進(jìn)5G光模塊共性技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化方案和標準規范等相關(guān)研究工作，共同促進(jìn)5G光模塊技術(shù)與產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

  多措施降低光模塊成本，加速5G網(wǎng)絡(luò )規模部署

  低成本的光模塊有利于促進(jìn)5G的大規模部署，可以采取以下幾種措施降低光模塊成本。第一，產(chǎn)業(yè)鏈共享，如充分利用數據中心，用光模塊的成熟技術(shù)方案與產(chǎn)業(yè)資源以降低5G光模塊成本。第二，技術(shù)創(chuàng )新，如使用滿(mǎn)足工業(yè)級溫度要求的激光器替代滿(mǎn)足商業(yè)級溫度要求的激光器，從而減少溫控器件以降低光模塊成本;如使用硅光集成替代傳統分立集成以減少分立器件的數量和封裝次數，從而降低光模塊成本。第三，國產(chǎn)化替代，高性能的光電芯片制造技術(shù)由國外少數領(lǐng)先企業(yè)掌握，其高昂的價(jià)格制約著(zhù)5G光模塊的成本下降，光電芯片的國產(chǎn)化將有利于降低5G光模塊的成本。

  中國信息通信研究院泰爾系統實(shí)驗室 劉德強 韓鏑 王晨