5G襲來(lái) 助力光模塊市場(chǎng)重返巔峰

  ICC訊 5G時(shí)代襲來(lái)，讓原本因全球4G基本部署完成后開(kāi)始下滑的光模塊市場(chǎng)重返巔峰，2019-23年CAGR有望達到11.5%。在過(guò)去的2019年，整體光模塊市場(chǎng)規模達到約67億美元，其中電信產(chǎn)品占比44.9%，數通產(chǎn)品(應用于數據中心和企業(yè)網(wǎng))占比50.2%。2023年則有望達到46億美元，4年CAGR 11.5%。

  預計2021年巔峰時(shí)期，國內5G所需光模塊市場(chǎng)規模有望達到69億元人民幣，25G光模塊占比76.2%。根據《5G技術(shù)發(fā)展白皮書(shū)》的網(wǎng)絡(luò )架構，CU(central unit，集中單元)與DU與宏基站的比例為1：6：48。其中一個(gè)DU與CU連接需要4支光模塊，為50G/100G。CU與匯聚層以及核心網(wǎng)相連需要200G/400G光模塊。根據預測的宏基站數量以及單基站用量，預計國內5G建設帶來(lái)的整體光模塊需求(2019-28年)為284億元人民幣，其中25G光模塊占比77.1%，有望于2021年達到巔峰69億元人民幣。2019-21年CAGR 132.6%，其中25G光模塊需求為1766萬(wàn)支，規模為52.6億元，占比76.2%。

  5G時(shí)期，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )增加中傳環(huán)節，光模塊規格以及數量同步提升

  5G時(shí)期，無(wú)線(xiàn)接入側將發(fā)生較大的改變，原有RRU以及BBU部分物理層處理功能上移與天線(xiàn)合并成為AAU(active antenna units，有源天線(xiàn))，以此進(jìn)一步減少饋線(xiàn)的長(cháng)度，從而減少信號的損耗。原有的BBU的非實(shí)時(shí)部分分割出來(lái)，重新定義成為CU(centralized unit)，來(lái)負責處理非實(shí)時(shí)的協(xié)議和服務(wù);BBU剩余的物理層功能以及實(shí)時(shí)功能重新定義為DU(distributed unit)。因此網(wǎng)絡(luò )結構從此前的兩段連接變?yōu)槿芜B接，所需光模塊數量相應增加。

  此外，根據IMT-2020(5G)推進(jìn)組給出的技術(shù)方案，光模塊要求如下：

  在無(wú)線(xiàn)接入側采用10G/25G/100Gb/s灰光或Nx25G/50Gb/s WDM彩光;

  城域網(wǎng)匯聚層采用100G/200Gb/s灰光或Nx100Gb/s WDM彩光;

  在城域網(wǎng)核心層以及骨干網(wǎng)采用200G/400Gb/s灰光或Nx100G/200G/400Gb/s WDM彩光。

  光模塊的規格較此前的4G網(wǎng)絡(luò )(接入側10Gb/s，匯聚層40Gb/s，核心網(wǎng)及骨干網(wǎng)100Gb/s)均有提升。

  5G前傳：連接數量最大，速率多為25Gb/s

  中國移動(dòng)提出Open-WDM/MWDM技術(shù)方案，將在前傳中使用低成本的25G CWDM光模塊實(shí)現12波長(cháng)系統。前傳光模塊數量較4G翻倍，需求占比最大，25G產(chǎn)品市場(chǎng)空間大。前傳在5G承載網(wǎng)絡(luò )中需求最高，同時(shí)由于應用場(chǎng)景通常為室外，需要工業(yè)級的光模塊，正常工作溫度范圍要求為-40度至+85度。而其中采用的激光器/探測器組合方案取決于傳輸距離，對于較短傳輸距離(100m/300m，往往用在DU與AAU距離較近的情況)可以采用多模光纖，波長(cháng)為850nm，采用激光器/探測器類(lèi)型為VCSEL/PIN組合;而對于中長(cháng)距離傳輸(10km/20km，DU與AAU距離較遠)采用單模光纖，波長(cháng)為1310nm/1550nm，采用激光器/探測器類(lèi)型多為DFB/PIN或EML/PIN組合。因此，這幾種類(lèi)型的光模塊在5G規模建設時(shí)期有望大批量出貨，市場(chǎng)空間較大。

  因此5G對承載網(wǎng)光模塊提出更加嚴格的要求：

  更耐熱：整個(gè)網(wǎng)絡(luò )架構從CPRI向eCPRI演進(jìn)，更多的是BBU端向RRU端做一些遷移，必然會(huì )帶來(lái)RRU端功耗越來(lái)越大，所以需要光模塊的耐熱能力更強。

  更省光纖：前端的架構有一個(gè)遷移，由DRAN變成CRAN，帶來(lái)一個(gè)光纜資源緊缺的問(wèn)題，因此光模塊就需要能夠提供一些更節省光纖的方案。

  更便宜：整個(gè)5G的頻段比以前更高了，其覆蓋范圍變小，所以需要更多的基站，就需要更多的光模塊，從運營(yíng)商的角度來(lái)講，光模塊就需要更便宜。

  更高速：整個(gè)5G不管運營(yíng)中低頻段還是毫米波，如果用毫米波的話(huà)，起步就是好幾百兆，全程的帶寬就會(huì )越來(lái)越高，所以需要更高速率的光模塊。

  2019-2024年全球5G基站25G光模塊數據預測(萬(wàn)只)

  5G前傳有四種典型技術(shù)方案，分別是光纖直連、無(wú)源WDM、有源WDM/OTN、切片分組網(wǎng)絡(luò )(SPN)。其中有源/無(wú)源WDM和SPN方案消耗光模塊數量為光纖直連的一倍。

  光纖直連方式最簡(jiǎn)單，成本最低，但是無(wú)法滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )保護、監控等管理功能，因此無(wú)法給uRLLC業(yè)務(wù)提供高可靠性，且消耗光纖資源最多;

  無(wú)源WDM方案采用彩光模塊，消耗光纖資源較少，無(wú)源設備便于維護，但是依舊無(wú)法實(shí)現網(wǎng)絡(luò )監控、保護、管理等功能;

  有源WDM/OTN節省光纖資源，可以實(shí)現性能架空、故障檢測等OAM功能，且提供網(wǎng)絡(luò )保護，該技術(shù)天然具有大帶寬低時(shí)延的特性，缺點(diǎn)是建網(wǎng)成本較高;

  SPN方案同樣可以實(shí)現OAM功能，并提供網(wǎng)絡(luò )保護，具備大帶寬低延時(shí)的特點(diǎn)，同時(shí)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )切片化滿(mǎn)足不同應用場(chǎng)景的要求，缺點(diǎn)是建網(wǎng)成本較高。

  2021-2023年三年建設高峰期，每年新建的宏基站超過(guò)100萬(wàn)，頂峰時(shí)期國內每年僅前傳光模塊需求超過(guò)750萬(wàn)只(相當于2018年需求的2倍)。

  隨著(zhù)全球5G網(wǎng)絡(luò )建設的興起，25G光模塊將在2019年開(kāi)始逐步放量，并在2024年達到高峰期，數量預計達到1260萬(wàn)只，其中70%應用在中國市場(chǎng)，約為880萬(wàn)只。

  2019-2025年5G基站前傳25G/50G光模塊需求(萬(wàn)只)

  5G中回傳：多為50G/100G灰光或WDM彩光模塊

  由于5G接入側中回傳網(wǎng)絡(luò )的核心功能主要包括多層級承載網(wǎng)絡(luò )、靈活化連接調度、層次化網(wǎng)絡(luò )切片、4G/5G混合承載以及低成本高速組網(wǎng)等要求，還需支持L0~L3層的綜合傳送能力，主要技術(shù)方案包括SPN、面向移動(dòng)承載優(yōu)化的OTN(M-OTN)、IP RAN增強+光層，所采用的光模塊以50G/100Gb/s灰光或WDM彩光模塊為主。

  由于中傳和回傳場(chǎng)景下，光模塊往往應用于散熱條件較好的機房?jì)?，因此可以采用商業(yè)級光模塊。目前80km以下的傳輸距離，主要應用25Gb/s NRZ或50/100/200/400/Gb/s的PAM4光模塊，80km以上的長(cháng)距傳輸將主要采用相干光模塊(單載波100/400Gb/s)。

  光模塊約占5G資本開(kāi)支的4.6%，而隨著(zhù)5G的持續推進(jìn)，5G資本開(kāi)支回暖拉動(dòng)我國光模塊需求攀升。5G作為十年一遇的迭代升級，將是光通信行業(yè)下一個(gè)爆發(fā)機會(huì )。