5G承載光模塊白皮書(shū)

1、5G承載光模塊白皮書(shū) 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)。I 目錄引言P15G承載光模塊應(yīng)用場(chǎng)景及發(fā)展現(xiàn)狀P2前傳光模塊關(guān)鍵技術(shù)方案P6中回傳光模塊關(guān)鍵技術(shù)方案P105G承載光模塊產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析P11總結(jié)和展望P18主要貢獻(xiàn)單位P19 引言 1第五代移動(dòng)通信（5G）技術(shù)相比4G具有更高速率、更大帶寬、更高可靠性、更低時(shí)延等特征，能夠滿

2、足未來(lái)虛擬現(xiàn)實(shí)、超高清視頻、智能制造、自動(dòng)駕駛等用戶和行業(yè)的新型應(yīng)用需求。隨著5G技術(shù)路線與標(biāo)準(zhǔn)日趨明確，美國(guó)、瑞士、英國(guó)、西班牙、韓國(guó)、日本等國(guó)家相繼開(kāi)啟5G商用進(jìn)程。2019年6 月，我國(guó)工業(yè)和信息化部向中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)廣電網(wǎng)絡(luò)四家運(yùn)營(yíng)企業(yè)發(fā)放5G商用牌照，標(biāo)志我國(guó)5G商用正式啟動(dòng)。2020年3月，5G網(wǎng)絡(luò)被確定為新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)重點(diǎn)之一，進(jìn)一步促進(jìn)5G相關(guān)產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展。5G承載網(wǎng)絡(luò)為5G無(wú)線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)提供基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)連接，光模塊是5G承載網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)構(gòu)成單元，主要完成光電/電光轉(zhuǎn)換功能，近年來(lái)隨著速率提升在系統(tǒng)設(shè)備中的成本占比不斷攀升，已成為5G低成本、廣覆蓋的關(guān)鍵要素

3、之一。相比于4G，5G承載在速率容量、傳輸距離、工作環(huán)境、光纖資源和同步特性等方面對(duì)光模塊提出了新型差異化要求。目前業(yè)界針對(duì)5G承載光模塊提出了多種解決方案，部分方案已逐步成熟并走向規(guī)模應(yīng)用。同時(shí)，隨著5G建設(shè)的分階段持續(xù)推進(jìn)和5G承載光模塊產(chǎn)業(yè)鏈的蓬勃發(fā)展，涌現(xiàn)出一些新型光模塊需求，業(yè)界正針對(duì)這些新需求開(kāi)展研究。2019年1月，IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載工作組發(fā)布了第一版5G承載光模塊白皮書(shū)，本白皮 書(shū)在第一版基礎(chǔ)上，結(jié)合5G承載光模塊新型需求，重點(diǎn)研究解決方案和產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)共性問(wèn)題，對(duì)5G 承載光模塊及核心光電子芯片的產(chǎn)業(yè)化能力延續(xù)評(píng)估并提出后續(xù)發(fā)展建議，進(jìn)一步推動(dòng)5G承載光模

4、塊產(chǎn)業(yè)鏈逐漸成熟和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，為5G部署提供有力支撐。圖1 5G承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)2 5G承載光模塊應(yīng)用場(chǎng)景及發(fā)展現(xiàn)狀 5G承載光模塊需求分析目前，5G頻譜的中低頻段（6GHz以下）與高頻段（6GHz以上）正協(xié)同推進(jìn)。全球在3400- 3800MHz中低頻段共識(shí)度較高，多國(guó)已開(kāi)展該頻段全部或部分頻譜的許可準(zhǔn)備或首批許可。在高頻段方面，美國(guó)、韓國(guó)進(jìn)展較快，其他多個(gè)國(guó)家也正在積極論證或公開(kāi)征求意見(jiàn)。我國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商和中國(guó)廣電已獲得全國(guó)范圍5G中低頻段頻率使用許可，中國(guó)廣電與中國(guó)移動(dòng)將共建共享703- 743 MHz、758-798MHz共80MHz頻譜帶寬，中國(guó)移動(dòng)獲得2515-2675MHz、4800-

5、4900MHz 共260MHz頻譜帶寬，中國(guó)電信獲得3400-3500MHz共100MHz頻譜帶寬，中國(guó)聯(lián)通獲得3500- 3600MHz共100MHz頻譜帶寬，中國(guó)電信與中國(guó)聯(lián)通將共建共享200MHz頻譜帶寬。5G時(shí)代面臨更高的建網(wǎng)投資和更快的建網(wǎng)挑戰(zhàn)，我國(guó)運(yùn)營(yíng)商正加強(qiáng)合作，開(kāi)展5G網(wǎng)絡(luò)的共建共享工作。在高頻段方面，2017年6月我國(guó)發(fā)布了關(guān)于在毫米波頻段規(guī)劃5G系統(tǒng)使用頻率的公開(kāi)征求意見(jiàn)函；2020年4月， 工業(yè)和信息化部部分關(guān)于推動(dòng)5G加快發(fā)展的通知，將適時(shí)發(fā)布部分5G毫米波頻段頻率使用規(guī)劃。5G承載網(wǎng)絡(luò)是為5G無(wú)線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)連接的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，具備靈活調(diào)度、組網(wǎng)保護(hù)和管理控制等

6、功能，以及帶寬、時(shí)延、同步和可靠性等方面的性能保障。5G承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以劃分為城域接入層、城域匯聚和核心層，以實(shí)現(xiàn)5G前傳、中傳和回傳功能，如圖1所示。3IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載 光模塊白皮書(shū) 4G基站基帶處理單元（BBU）與遠(yuǎn)端射頻單元（RRU）之間主要基于10Gb/s及以下速率的通用公共無(wú)線接口（CPRI）接口，5G基站由于頻譜帶寬顯著增加、基站處理功能重新分割等因素，將采用基于25Gb/s速率的演進(jìn)型CPRI（eCPRI）接口來(lái)滿足分布單元（DU）與有源天線處理單元（AAU） 之間的前傳需求，25Gb/s成為5G前傳光模塊的典型速率。對(duì)于100MHz頻譜寬度、S111、64

7、T64R站 型，通常需要3個(gè)25Gb/s eCPRI接口，160MHz頻譜寬度和共建共享模式下的200MHz頻譜寬度通常需要6個(gè)25Gb/s eCPRI接口。5G建設(shè)初期，無(wú)線接入網(wǎng)通常采用分布式無(wú)線接入網(wǎng)（DRAN）和集中式無(wú)線接入網(wǎng)（CRAN）小集中模式；5G建設(shè)中后期，無(wú)線接入網(wǎng)將以CRAN為主，從小集中向大集中 演進(jìn)。截止2020年6月底，全國(guó)范圍內(nèi)已建設(shè)開(kāi)通5G基站超過(guò)40萬(wàn)個(gè)，未來(lái)5G建設(shè)將持續(xù)投入，為達(dá)到與4G相同的覆蓋能力，預(yù)計(jì)5G基站整體建設(shè)規(guī)模將達(dá)到數(shù)百萬(wàn)站，帶來(lái)千萬(wàn)量級(jí)的前傳光模塊需求。5G承載光模塊應(yīng)用場(chǎng)景5G前傳的典型應(yīng)用場(chǎng)景包括光纖直連、波分復(fù)用和其他有源傳輸技術(shù)。

8、小規(guī)模集中場(chǎng)景可采用光纖直連方案，包括雙纖雙向和單纖雙向，如圖2 a)所示，無(wú)需額外的傳輸設(shè)備，具備低延時(shí)、低成本優(yōu)勢(shì)，但對(duì)光纖資源消耗較大。在密集城區(qū)等中等以上規(guī)模集中場(chǎng)景，需引入波分復(fù)用方案來(lái)解決CRAN模式下的AAU拉遠(yuǎn)。波分復(fù)用技術(shù)可以在單根光纖復(fù)用多個(gè)波長(zhǎng)，整體優(yōu)勢(shì)是容量大、節(jié)省光纖資源，缺點(diǎn)是成本高、鏈路預(yù)算大，又可細(xì)分為無(wú)源WDM、半有源WDM和有源WDM。無(wú)源WDM 方案中，光模塊位于AAU和DU設(shè)備，通過(guò)無(wú)源波分復(fù)用/解復(fù)用器件進(jìn)行合分波，如圖2 b）所示， 該方案無(wú)需額外供電，但管理維護(hù)能力較弱。有源WDM方案在AAU側(cè)和DU側(cè)均采用有源設(shè)備進(jìn)行業(yè)務(wù)接入和傳輸，如圖2c)所

9、示，該方案?jìng)鬏斣O(shè)備與無(wú)線設(shè)備管理界面清晰，支持完善的管理維護(hù)能力， 但考慮到AAU側(cè)的工作環(huán)境、室外設(shè)備供電等情況，成本較高，并存在時(shí)延和同步方面的QoS風(fēng)險(xiǎn)。 半有源WDM方案在AAU側(cè)使用無(wú)源波分復(fù)用器以簡(jiǎn)化部署難度并降低成本，DU側(cè)使用有源設(shè)備通過(guò)光模塊調(diào)頂?shù)确绞綄?shí)現(xiàn)運(yùn)維管理，如圖2 d)所示，該方案綜合了無(wú)源和有源方案的特點(diǎn)，是當(dāng)前業(yè)界研究重點(diǎn)，產(chǎn)品研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化工作正在積極推進(jìn)。4IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載 光模塊白皮書(shū) 圖2 5G前傳光模塊應(yīng)用場(chǎng)景5G部署初期，前傳將以光纖直連和無(wú)源WDM方案為主，后續(xù)隨著網(wǎng)絡(luò)部署規(guī)模逐步擴(kuò)大，尤其 是CRAN小集中和大集中部署模式的規(guī)模

10、應(yīng)用，基于半有源WDM的部署占比將會(huì)顯著提升。5G中回傳覆蓋城域接入層、匯聚層與核心層，接入層和匯聚層將主要采用25Gb/s、50Gb/s、100Gb/s等速率的灰光或彩光模塊，核心層及以上將較多采用100Gb/s、200Gb/s、400Gb/s等速率的 彩光模塊。5G承載光模塊發(fā)展現(xiàn)狀5G前傳光模塊涉及室外應(yīng)用，需滿足工業(yè)級(jí)溫度范圍和高可靠性要求，同時(shí)，由于基站數(shù)量龐大，還需滿足運(yùn)維管理簡(jiǎn)單和低成本。業(yè)界正在廣泛開(kāi)展5G前傳光模塊的技術(shù)研究與標(biāo)準(zhǔn)制定，涉及5IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載 光模塊白皮書(shū) 的模塊類(lèi)型和接口特性各不相同，除雙纖雙向方案外，出現(xiàn)了單纖雙向（BiDi）和WDM

11、技術(shù)方案。 5G前傳光模塊的典型技術(shù)方案如表1所示。表1 5G前傳光模塊技術(shù)現(xiàn)狀5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，在光纖資源充裕的場(chǎng)景中，前傳將以光纖直連方式為主，主要采用25Gb/s灰光模塊?；镜乃纤禄ミB可采用300m雙纖雙向灰光模塊，用于傳輸距離更遠(yuǎn)或鏈路損耗更大的AAU6IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載 光模塊白皮書(shū) 5G中回傳光模塊的典型技術(shù)方案如表2所示。表2 5G中回傳光模塊技術(shù)現(xiàn)狀整體來(lái)看，5G承載光模塊類(lèi)型仍然較多，隨著光器件芯片技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用需求的發(fā)展，光模塊類(lèi)型可能會(huì)進(jìn)一步收斂。 前傳光模塊關(guān)鍵技術(shù)方案25Gb/s灰光模塊APD探測(cè)器來(lái)保證鏈路功率預(yù)算，成本較高。綜上，25G

12、b/s CWDM彩光模塊可很好地滿足6波需求，國(guó)內(nèi)已有規(guī)模應(yīng)用，為滿足工業(yè)級(jí)應(yīng)用，AAU側(cè)光模塊需采用帶制冷的DML激光器。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方面， ITU-T SG15 Q6 已啟動(dòng)是否開(kāi)展基于25Gb/s CWDM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)修訂的討論。7IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載 光模塊白皮書(shū) 與接入機(jī)房之間的互連可采用10/15km雙纖雙向或單纖雙向灰光模塊。 25Gb/s雙纖雙向灰光模塊已基本成熟，參考標(biāo)準(zhǔn)包括IEEE802.3-2018和YD/T 3125.2-2019。從技術(shù)方案來(lái)看，可采用25GBaud或10GBaud兩種激光器芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，25GBaud工業(yè)級(jí)激光器芯片可靠 性與量產(chǎn)工藝要求較高

13、，市場(chǎng)供應(yīng)渠道有限；10GBaud工業(yè)級(jí)激光器芯片可充分利用成熟的供應(yīng)鏈， 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。超頻方案根據(jù)不同傳輸距離可采用FP（300m）或DFB（10km/15km）激光器芯片，目前均已成熟。PAM4方案采用的配套電芯片已有相關(guān)樣品，目前處于光模塊關(guān)鍵參數(shù)測(cè)試驗(yàn)證階段，使用效果和綜合成本有待進(jìn)一步評(píng)估。綜上，25Gb/s雙纖雙向灰光模塊將優(yōu)先采用超頻方案，PAM4方案取決于配套芯片性能和規(guī)模效應(yīng)。25Gb/s單纖雙向灰光模塊以波分復(fù)用1270/1330nm方案為主，基于NRZ調(diào)制碼型的光模塊產(chǎn)品 在10/15km距離規(guī)格已基本成熟，基于P

14、AM4調(diào)制碼型的光模塊處于少量樣品階段，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 2759.2-2020對(duì)NRZ 10/15km和PAM4 10km距離規(guī)格進(jìn)行了規(guī)范。由于BiDi方案具有節(jié)省50%光纖資源、時(shí)延對(duì)稱性等優(yōu)勢(shì)，在5G前傳網(wǎng)絡(luò)光纖直驅(qū)場(chǎng)景中將發(fā)揮重要作用。25Gb/s彩光模塊5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中后期，隨著高頻組網(wǎng)及低頻增點(diǎn)等深度覆蓋，為充分利用已有光纖資源，波分復(fù)用的部署規(guī)模將逐步擴(kuò)大，25Gb/s WDM方案成為業(yè)界研究熱點(diǎn)，目前存在粗波分復(fù)用（CWDM）、中等波分復(fù)用（MWDM）、細(xì)波分復(fù)用（LWDM）和密集波分復(fù)用（DWDM）四種25Gb/s彩光模塊方 案。針對(duì)100M頻譜帶寬的S111站型，單個(gè)基站通

15、常需要6波25Gb/s；針對(duì)160M/200M頻譜帶寬的S111 站型，單個(gè)基站通常需要12波25Gb/s。同時(shí)，考慮與4G共站，還存在25Gb/s與10Gb/s不同速率的波 分復(fù)用需求，本白皮書(shū)重點(diǎn)關(guān)注6波和12波25Gb/s技術(shù)方案。CWDM：CWDM彩光模塊使用ITU-T G.694.2規(guī)范的波長(zhǎng)，從1271nm到1611nm，通道間隔20nm，共18個(gè)波長(zhǎng)。在25Gb/s CWDM光模塊實(shí)際應(yīng)用中，由于長(zhǎng)波長(zhǎng)色散代價(jià)較大，目前從短波長(zhǎng)開(kāi)始前6波（1271nm1371nm）成熟可用，發(fā)送和接收端采用DML激光器和PIN探測(cè)器方案，其中前4 波可共用數(shù)據(jù)中心100GE CWDM4產(chǎn)業(yè)鏈，成

16、本較低。中間6波（1391nm1491nm）由于早期受光纖水峰效應(yīng)的影響，激光器產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)空白。后6波（1511nm1611nm）受色散限制需使用EML激光器或DWDM：25Gb/sDWDM光模塊基于ITU-TG.698.4標(biāo)準(zhǔn)，采用C波段 （1529.55nm1565.50nm），通道間隔為100GHz時(shí)可支持40個(gè)波長(zhǎng)，大幅提升系統(tǒng)容量、節(jié)約光纖資源，受色散限制主要采用EML激光器和APD探測(cè)器，成本較高。技術(shù)方案方面，25Gb/s DWDM8IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載 光模塊白皮書(shū) MWDM：25Gb/s MWDM彩光模塊在CWDM前6波基礎(chǔ)上進(jìn)行左右偏移擴(kuò)展為12波，采用非

17、均勻的波長(zhǎng)間隔，波長(zhǎng)具體信息見(jiàn)圖3。MWDM方案可重用CWDM方案中DML激光器成熟的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及工藝控制技術(shù)，通過(guò)調(diào)整光柵參數(shù)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)偏移，與CWDM共外延工藝和芯片制造產(chǎn)業(yè)鏈。中國(guó)移 動(dòng)正在組織產(chǎn)業(yè)鏈上下游進(jìn)行MWDM的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定，同時(shí)在ITU-T和O-RAN推動(dòng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)， 相應(yīng)產(chǎn)品目前處于測(cè)試驗(yàn)證和試商用階段。2019年11月，華為、中興、中信科三家設(shè)備廠商在中國(guó)移動(dòng)全球合作伙伴大會(huì)上進(jìn)行了Open-WDM/MWDM系統(tǒng)展示。2019年11月，中國(guó)移動(dòng)啟動(dòng)MWDM等實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，預(yù)計(jì)將于2020年8月底完成十余家設(shè)備商、模塊商支持OAM的MWDM光模塊異廠家互通測(cè)試。2020年5月至今

18、，甘肅移動(dòng)、云南移動(dòng)、福建移動(dòng)、湖南移動(dòng)等十余個(gè)省份已開(kāi)通基于半有源MWDM的 5G 前傳商用網(wǎng)絡(luò)。LWDM：25Gb/s LWDM彩光模塊以IEEE 802.3-2018規(guī)范中400GE LR8的8個(gè)波長(zhǎng)為基礎(chǔ)， 按照800GHz通道間隔等距擴(kuò)展的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)12個(gè)波長(zhǎng)，波長(zhǎng)具體信息見(jiàn)圖3。LWDM波長(zhǎng)位于O波段，色散代價(jià)小，可采用DML激光器和PIN探測(cè)器解決10/15km距離傳輸，其中基礎(chǔ)的8個(gè)波長(zhǎng)可重用100GE LR4和400GE LR8產(chǎn)業(yè)鏈。中國(guó)電信正在組織產(chǎn)業(yè)鏈上下游進(jìn)行LWDM的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定和測(cè)試驗(yàn)證，并在ITU-T推動(dòng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)，目前國(guó)內(nèi)已有少量試點(diǎn)應(yīng)用。圖3 CWDM/M

19、WDM/LWDM波長(zhǎng)及實(shí)現(xiàn)方案幅度調(diào)制，并將頻率調(diào)制作為可選方案。以上WDM彩光模塊技術(shù)方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，共性特性主要包括采用了25Gb/s傳輸速率、10km量級(jí)9IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載 光模塊白皮書(shū) 光模塊包括兩種不同的實(shí)現(xiàn)手段，一是采用波長(zhǎng)可調(diào)諧光模塊，該方案具有端口無(wú)關(guān)、波長(zhǎng)自適應(yīng)特性等優(yōu)點(diǎn)，一種光模塊可滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景需求，但成本較高、實(shí)現(xiàn)難度較大。目前全波段可調(diào)諧光模塊處于量產(chǎn)階段，同時(shí)，業(yè)界正在積極研發(fā)低成本的窄帶可調(diào)光模塊，目前處于小批量樣品驗(yàn)證階段。二是采用固定波長(zhǎng)光模塊，波長(zhǎng)識(shí)別和管理繁瑣，整體運(yùn)行維護(hù)較復(fù)雜。中國(guó)聯(lián)通正在組織產(chǎn)業(yè)鏈上下游進(jìn)行DWDM的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制

20、定，并將在已立項(xiàng)的ITU-T G.698.x系列（G.698.1/G.698.2/ G.698.4）修訂標(biāo)準(zhǔn)中增加25Gb/s速率。圖4 DWDM波長(zhǎng)及實(shí)現(xiàn)方案調(diào)頂技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)光模塊的管理維護(hù)，主要有幅度調(diào)制和頻率調(diào)制兩種技術(shù)方案。幅度調(diào)制方案實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，典型調(diào)制深度小于5%、調(diào)頂代價(jià)小于0.5dB，采用曼徹斯特編碼，部分場(chǎng)景中還可以結(jié)合不同的載頻來(lái)標(biāo)識(shí)波長(zhǎng)。頻率調(diào)制接收靈敏度相比幅度調(diào)制有顯著提升、調(diào)頂代價(jià)更低，但技術(shù)難度較高。現(xiàn)階段，為盡快在5G前傳光模塊中實(shí)現(xiàn)調(diào)頂功能、推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，調(diào)頂技術(shù)將主要采用相干光模塊，隨著硅光和低成本DSP技術(shù)的發(fā)展，低成本相干光模塊被視為新的發(fā)展熱點(diǎn)。中

21、回傳光模塊的技術(shù)方案細(xì)節(jié)，參見(jiàn)2019年發(fā)布的第一版5G承載光模塊白皮書(shū)。10IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載 光模塊白皮書(shū) 傳輸距離、優(yōu)選單纖雙向和半有源工作方式、增加在線維護(hù)管理機(jī)制等，但在傳輸容量、光模塊及合分波器件中心波長(zhǎng)、波長(zhǎng)是否可調(diào)、管控開(kāi)銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)機(jī)制等方面仍存在典型差異，呈現(xiàn)多種方案并行發(fā)展、產(chǎn)業(yè)化能力同步推進(jìn)的態(tài)勢(shì)。2019年底，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA）已對(duì)4種25Gb/s WDM系統(tǒng)及彩光模塊進(jìn)行了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)，2020-2021年將進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)制定工作，預(yù)計(jì)2021年上半年整體制定完成。 中回傳光模塊關(guān)鍵技術(shù)方案5G中回傳覆蓋城域接入、匯聚與核心層，主要采用提升模塊速

22、率或波分復(fù)用等方式提升承載容量，典型速率包括25Gb/s、50Gb/s、100Gb/s、200Gb/s和400Gb/s，傳輸距離從十幾km到上百km， 近期將以非相干灰光模塊為主，同時(shí)積極推動(dòng)低成本相干彩光模塊的研發(fā)進(jìn)度。接入和匯聚層將主要采用25Gb/s、50Gb/s和100Gb/s等速率的灰光模塊。目前，25Gb/s雙纖雙向40km光模塊產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)成熟，國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3-2018和YD/T 3125.2-2019已經(jīng)發(fā)布。50Gb/ s雙纖雙向和單纖雙向光模塊主要采用25GBaud光芯片和PAM4調(diào)制格式，根據(jù)距離可采用DML或 EML激光器。50Gb/s雙纖雙向光模塊有10k

23、m和40km兩種距離規(guī)格，國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3-2018、IEEE802.3cn-2019和YD/T 3713-2020已經(jīng)發(fā)布。50Gb/s單纖雙向光模塊的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)處于在研階段， 有10km、20km、40km三種距離規(guī)格，IEEE802.3cp D2.1對(duì)上下行波長(zhǎng)的建議如表3所示；國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)將于2020年下半年征求意見(jiàn)和送審，2021年上半年制定完成。表3 50Gb/s BiDi的波長(zhǎng)范圍要求（IEEE802.3 cp D2.1）核心層的典型傳輸距離為40km80km，核心層將較多采用100Gb/s、200Gb/s和400Gb/s等速率的 5G承載光模塊產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析光模塊及芯片

24、產(chǎn)業(yè)化水平IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載 光模塊白皮書(shū) 5G承載光模塊所使用的核心光芯片及電芯片，業(yè)界領(lǐng)先廠商的產(chǎn)業(yè)化能力如表5所示，國(guó)內(nèi)目前整體上仍處于研發(fā)、樣品或小批量階段。11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4所示。表4 5G承載典型光模塊產(chǎn)品化能力25Gb/s可調(diào)10km、50Gb/s PAM4 10km、50Gb/s PAM4 40km、50Gb/s PAM4 BiDi 10km、單波12IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載 光模塊白皮書(shū) 表5 核心光芯片及電芯片光模塊產(chǎn)業(yè)化能力測(cè)評(píng)考慮到5G部署應(yīng)用需求的緊迫性，為加速推動(dòng)5G承

25、載光模塊核心技術(shù)研發(fā)，驗(yàn)證5G承載光模塊技術(shù)方案設(shè)計(jì)，支撐國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)制定，推進(jìn)5G承載光模塊產(chǎn)業(yè)發(fā)展，5G承載工作組于2019年組織開(kāi)展了第二次多廠家、多類(lèi)型的5G承載光模塊測(cè)試驗(yàn)證工作。光迅、海信、旭創(chuàng)、華工正源、新易盛、Finisar、Lumentum、索爾思、易飛揚(yáng)、優(yōu)博創(chuàng)、易銳、臺(tái)達(dá)共12家國(guó)內(nèi)外光模塊廠商參加了測(cè)試， 中國(guó)信息通信研究院承擔(dān)具體測(cè)評(píng)工作，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、中信科，儀表商Keysight、VIAVI、VeEX對(duì)測(cè)試提供了大力支持。本次參測(cè)的光模塊包括10Gb/s可調(diào)80km、25Gb/s BiDi 15km、25Gb/s BiDi

26、 20km、25Gb/ s LAN-WDM 10km、25Gb/s LWDM 20km、25Gb/s LWDM 40km、25Gb/s DWDM 10km、100Gb/s 10km等12種類(lèi)型，如表6所示。IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載 光模塊白皮書(shū) 圖5 5G光模塊測(cè)評(píng)項(xiàng)目13表6 參測(cè)光模塊類(lèi)型測(cè)評(píng)項(xiàng)目主要包括光接口關(guān)鍵參數(shù)、電接口關(guān)鍵參數(shù)、長(zhǎng)期誤碼性能和丟包率、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)境下的多廠家互通等，如圖5所示。實(shí)現(xiàn)總衰減量（10km光纖+可調(diào)光衰）為10.515.9dB的異廠家光模塊互通傳輸；50Gb/s 40km光模14IMT-2020

27、(5G)推進(jìn)組5G承載 光模塊白皮書(shū) 從測(cè)評(píng)結(jié)果來(lái)看，參測(cè)光模塊樣品在光電接口關(guān)鍵參數(shù)方面基本滿足已發(fā)布或在研的IEEE802.3、多源協(xié)議（MSA）和CCSA行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求，個(gè)別樣品存在發(fā)送功率偏低、光調(diào)制幅度（OMA）偏 低、消光比低、發(fā)射機(jī)色散眼圖閉合（TDECQ）過(guò)大或在短壓力型隨機(jī)碼（SSPRQ）碼型條件下不可 測(cè)、接收光反射不達(dá)標(biāo)、壓力靈敏度不達(dá)標(biāo)、眼高偏低和儀表兼容性（激光器不可控制、儀表死機(jī)、與儀表適配器尺寸不匹配、在部分端口高誤碼、需修改寄存器內(nèi)容才可兼容）等問(wèn)題。在長(zhǎng)期誤碼性能和丟包率測(cè)試中，25Gb/s光模塊采用eCPRI業(yè)務(wù)分別在儀表前向糾錯(cuò)（FEC）開(kāi) 啟和關(guān)閉的條

28、件下進(jìn)行了24小時(shí)長(zhǎng)期測(cè)試，模塊發(fā)送和接收端口間串連相應(yīng)規(guī)格的光纖和可調(diào)光衰減器。個(gè)別模塊出現(xiàn)高誤碼，其他大部分光模塊可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)無(wú)丟包無(wú)誤碼傳輸。（1）25Gb/s BiDi 15/20km光模塊：收發(fā)端口間總衰減量（光纖+可調(diào)光衰）可達(dá)11.118.9dB（FEC開(kāi)啟）和7.015.8（FEC關(guān)閉）。（2）25Gb/s LWDM光模塊：具有10/20/40km不同規(guī)格，在標(biāo)稱距離規(guī)格光纖和4端口合分波器所帶來(lái)的衰減外，還具備9.215.2dB（FEC開(kāi)啟）和4.69.5dB（FEC關(guān)閉）的衰減余 量。（3）25Gb/s DWDM 10km光模塊：收發(fā)總衰減量（光纖+合分波器+可調(diào)光衰）為

29、22.123.9dB（FEC開(kāi)啟）和16.418.4（FEC關(guān)閉），色散代價(jià)為1.633.85dB。（4）25Gb/s 10km波長(zhǎng)可調(diào)諧光模塊：共兩只測(cè)試樣品，分別支持1328.28nm、1328.87nm、1329.46nm、1330.05nm、1330.64nm、1331.23nm 6個(gè)波長(zhǎng)通道可調(diào)諧和1331.82nm、1332.41nm、1333.00nm、1333.60nm、1334.19nm、1334.78nm 6個(gè)波長(zhǎng)通道可調(diào)諧，傳輸性能與25Gb/s LWDM 10km規(guī)格光模塊接近。（5）50Gb/ s 10km光模塊：收發(fā)端口間總衰減量（光纖+可調(diào)光衰）為11.715.8

30、dB（FEC開(kāi)啟）。（6）50Gb/ s 40km光模塊：總衰減量（光纖+可調(diào)光衰）為20.925.0dB（FEC開(kāi)啟）。（7）50Gb/s BiDi 10km 光模塊：總衰減量（光纖+可調(diào)光衰）為11.014.8dB（FEC開(kāi)啟）。（8）100Gb/s 10km光模塊：收發(fā)總衰減量（光纖+可調(diào)光衰）為11.6dB（模塊內(nèi)部FEC開(kāi)啟）。（9）10Gb/s 80km光模塊：收發(fā)總衰減量（光纖+合分波器+可調(diào)光衰）為21.923.2dB（FEC關(guān)閉）。從儀表環(huán)境異廠家互通測(cè)試結(jié)果來(lái)看：（1）25Gb/s BiDi 15/20km光模塊：不同廠商的光模塊波長(zhǎng)方案統(tǒng)一，均為1330nm/1270nm

31、，如圖6(a)所示配置，在儀表開(kāi)啟FEC模式下，可實(shí)現(xiàn)總衰減量（光纖+可調(diào)光衰）為10.819.4dB的異廠家光模塊互通傳輸；在儀表關(guān)閉FEC模式下，1對(duì)光模塊組合無(wú)法互通，其他組合可實(shí)現(xiàn)總衰減量（光纖+可調(diào)光衰）為10.915.5dB的異廠家光模塊互通傳輸。（2）50Gb/s 10/40km光模塊：如圖6(b)所示配置，在儀表開(kāi)啟FEC模式下，50Gb/s 10km光模塊可商的10Gb/s DWDM可調(diào)光模塊經(jīng)過(guò)合分波器及80km光纖可進(jìn)行混合傳輸，24小時(shí)內(nèi)無(wú)誤碼。在設(shè)備環(huán)境的兼容性和互通測(cè)試方面，大部分參測(cè)樣品可被不同設(shè)備商的SPN設(shè)備識(shí)別、支持15IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載

32、 光模塊白皮書(shū) 塊在儀表開(kāi)啟FEC模式下，可實(shí)現(xiàn)總衰減量（40km光纖+可調(diào)光衰）為20.124.3dB的異廠家光模塊互 通傳輸。（3）50Gb/s BiDi 10km光模塊：如圖6(c)所示配置，在儀表開(kāi)啟FEC模式下，可實(shí)現(xiàn)總衰減量（10km光纖+可調(diào)光衰）為12.015.8dB的異廠家光模塊互通傳輸，部分樣品需進(jìn)行極性翻轉(zhuǎn)設(shè)置。25Gb/s BiDi 15/20km光模塊異廠家互通(b) 50Gb/s 10/40km光模塊異廠家互通(c) 50Gb/s BiDi 10km光模塊異廠家互通圖6 儀表環(huán)境光模塊互通測(cè)試在儀表環(huán)境WDM光模塊混合傳輸方面，不同波長(zhǎng)和廠商的25Gb/s LWDM

33、光模塊經(jīng)過(guò)合分波器（光迅，通道插損0.81.5dB）及20km光纖可進(jìn)行混合傳輸，6小時(shí)內(nèi)無(wú)誤碼。不同波長(zhǎng)和廠商的25Gb/s DWDM光模塊經(jīng)過(guò)合分波器及10km光纖可進(jìn)行混合傳輸，24小時(shí)內(nèi)無(wú)誤碼。不同波長(zhǎng)相同廠圖7 設(shè)備環(huán)境光模塊兼容性和互通測(cè)試16IMT-2020(5G)推進(jìn)組5G承載 光模塊白皮書(shū) DDM光功率上報(bào)、激光器開(kāi)啟和關(guān)閉等操作，個(gè)別樣品存在無(wú)法工作、光功率不上報(bào)等問(wèn)題。如圖7 所示配置，在設(shè)備環(huán)境關(guān)閉或開(kāi)啟FEC模式下，大部分光模塊可實(shí)現(xiàn)多廠家互通，少數(shù)光模塊存在互通問(wèn)題。由于廠家數(shù)量少或波長(zhǎng)不一致等原因，無(wú)法進(jìn)行異廠家互通測(cè)試的100Gb/s 10km、25Gb/s LWDM、25Gb/s DWDM、10Gb/s 80km光模塊，可在設(shè)備環(huán)境下實(shí)現(xiàn)同廠家光模塊互通傳輸。10/100Gb/s光模塊b) 25/50Gb/s BiDi光模塊c) 25Gb/s LWDM/