5G技術已經進入商用化進程，其新的業務特點和更高的要求對各級承載網架構和技術解決方案提出了新的挑戰。光模塊是5G網絡高速互聯的基礎部件，在某些設備中占成本的50% ~ 70%以上，是5G低成本、廣覆蓋的關鍵要素之一。由於速率容量、傳輸距離、工作環境、光纖資源和同步特性的不同要求，5G前向傳輸和中間傳輸對光模塊提出了差異化的要求。5g module光模塊應該滿足更高速度、更長距離、更寬溫度范圍和更低成本的要求。目前已有多種解決方案，類型複雜，需要業界共同努力，推動進一步融合和聚焦。
5G 載波光學模塊典型應用場景
5G前向傳輸的典型應用場景包括光纖直連、無源WDM、半有源WDM和有源WDM，如圖1所示。直連光纖網絡簡單，易於維護，延遲低，但消耗大量光纖。WDM方案減少了對光纖的占用，但也面臨其他問題，如成本增加和激活時需要額外的電源。
光纖直接連接場景一般采用25Gbit/s 的灰光模塊，它支持兩種類型的雙光纖和單光纖雙向連接。為了充分利用現有的光纖資源或解決光纖資源短缺的問題，隨著高頻網絡覆蓋的深入和低頻增長，WDM 部署將逐漸增加。5g ambulance無源 WDM 場景主要包括點對點無源 WDM 和 WDM-PON，它使用一對或一根光纖連接多個 AAU 到 Du，通常需要10Gbit/s 或25Gbit/s 的顏色模塊。AAU/Du 和 WDM/OTN/SPN 器件之間的主動 WDM 場景通常需要10Gbit/s 或25Gbit/s 的短程灰色模塊，在 WDM/OTN/SPN 設備中，需要 n × 10/25/50/100Gbit/s 的等速雙向彩色光模塊。半主動場景結合了上述兩種場景的特點，DU 側采用主動 WDM/OTN/SPN 器件，AAU 側采用被動波分複用器。
針對AAU室外應用環境，5G前向應用場景對光模塊的典型要求是滿足-40℃~+85℃的工業溫度范圍和防塵等環境可靠性要求。此外，5G光模塊的需求總量有望超過4G，尤其是前向傳輸光模塊的需求可能是數千萬，相應的光纖資源需求也將大幅增加。低成本是光學模塊行業的主要需求之一。
在5G 中，後向傳輸覆蓋地鐵接入層、會聚層和核心層，光模塊技術與現有傳輸網絡和數據中心使用的光模塊技術沒有太大區別，可以通過增加模塊速率或 WDM 來提高承載能力。接入層主要采用25Gbit/s、50Gbit/s、100Gbit/s 的灰光或彩光模塊，彙合層以上主要采用100Gbit/s、200Gbit/s、400Gbit/s 的 DWDM 彩光模塊。
5G載波光模塊的發展現狀
目前，各類應用場景下的光模塊進行解決問題方案設計涉及的模塊主要類型和接口技術特性各不相同、種類繁雜。國內外標准化管理組織以及國際電聯(ITU-T)、電氣和電子工程師協會(IEEE)、光互聯網絡論壇(OIF)、4WDM等多源協議(MSA)、中國移動通信系統標准化協會(CCSA)等都在不斷持續推動社會各類型模塊實現標准化建設進程。IMT-2020(5G)推進組5G承載工作組已組織學生完成兩次多廠商、多類型5G承載光模塊測評研究工作，進一步提高推動經濟提升5G承載光模塊可以發展能力水平。
25G 預傳輸灰光模塊逐漸成熟，彩光模塊呈現 WDM 方案的競爭
前向灰光模塊可以用兩個激光芯片實現，25G波特率或10G波特率。25G波特率的工業級激光芯片可靠性要求和量產工藝要求高，市場供應渠道有限。10G波特率工業級激光芯片可以充分利用成熟的供應鏈，可以有效降低光模塊的成本。目前業界主要有兩種實現方案:超頻和PAM4高階調制。此外，IEEE 802.3cc已完成25GbE單模光纖的接口規范，CCSA也發布了25 gbit \\ u 002 ft 3125.2-2019雙纖雙向灰光模塊的國內行業標准，25Gbit\\u002Fs BIDI灰光模塊的國內行業標准預計今年完成。
考慮到預傳輸彩色模塊的色散和成本，目前存在著 CWDM、 LWDM、 MWDM、 DWDM 等多種競爭方案，它們分別占據 C 波段和 O 波段。根據波長調節方式的不同，該模塊可分為25Gbit/s 固定波長彩色光模塊和25Gbit/S 可調光模塊。在這個階段，固定波長應用有兩種實現方式，一種是選擇6波結構(CWDM 中6波或 LWDM 中4波 + CWDM 中2波) ，另一種是選擇12個或更多波長(MWDM/LWDM/DWDM) ，考慮到5G 與未來世代的兼容性和高帶寬場景，CWDM 和 MWDM 的部分波長可以共享100G CWDM4產業鏈，激光器采用 DML 方案。LWDM 可以基於100G Cwdm4,100G LR4,400G LR8產業鏈，EML 方案仍然用於一些激光器，但是 EML 價格在前傳場景下不具有競爭力，需要發展成為 DML 解決方案。
25Gbit\\u002Fs可調諧光模塊由於組網和維護方便，在某些場景下將替代25Gbit\\u002Fs固定波長彩色光模塊。但對產品集成度和功耗要求較高，國內供應商正在加快研發進度，預計2020年實現產業化。我國起草並公布的ITU-T G.698.4標准(G.Metro)定義了10Gbit\\u002Fs接入WDM組網和波長無關無色的實現機制。目前，ITU-T也開始著手修訂針對25G DWDM接口應用的G.698.x系列標准(G.698.1、G.698.2、G.698.4)。
中回傳光模塊進行平穩健康發展，高集成低功耗趨勢可以明顯
接入層主要采用25Gbit/s 和50Gbit/s 的灰光模塊，25Gbit/s 雙向光纖模塊的產業鏈已經成熟，相關標准已在國內外發布，50Gbit Pam410km 的標准也已在國外發布，國內標准正在審批階段，50G Pam440km、50G Pam4單向光纖標准仍在制定中。
彙聚層主要采用25GbitFs彩色光模塊和100GbitFs灰色光模塊。
核心層及以上將使用100Gbit/s，200Gbit/s，400Gbit/s 和其他速度顏色模塊。預計矽光集成芯片的商業規模將使相幹技術在5G 後向傳輸光網絡中得到大量應用。
光模塊產業基本就緒，新特性測試評估有序進行。
目前我國正處於5G網絡文化建設的初期設計階段，光模塊進行產業結構基本理論准備就緒。為進一步分析評估5G承載光模塊可以發展經濟水平，全力支撐5G商用進程，促進5G光模塊實現產業鏈以及相關方協同、合作與交流，IMT-2020(5G)推進組5G承載工作組已組織學生完成兩次多廠商、多類型5G承載光模塊通過測評管理工作。相比較於2018年開展的首次測評，2019年開展的第2次測評在參與生產廠商企業數量、參測光模塊主要類型、測試技術項目成本等方面有明顯提高增加。參測光模塊樣品整體上滿足已發布或在公司研發的IEEE 802.3標准及草案、CCSA行業環境標准及草案等相關法律要求，模塊之間互通能力和設備兼容性相對中國首次測試方法已有較明顯得到提升，但在光電接口、長期經營穩定性、互通能力、設備和儀表兼容性方面對於個別功能模塊仍存在以下一些尚待建立完善的問題。
5G 前置傳輸和中間返回對新型光模塊提出了不同的要求。目前，在各個應用領域中，光模塊技術的方案和類型有很多種。產品種類過多，會導致光學組件市場分散，造成上遊或下遊研發、制造和營運的資源浪費。為了培育良性發展模式，載5g 光模塊技術方案需要進一步求同存異、聚焦融合，通過對關鍵技術方案的凝聚力投資和規模效應實現成本降低，並需要考慮避免產業鏈風險，加大對國內制造商引領光模塊技術產品發展方向的支持。同時，建議各方推動5G 光模塊的研發、關鍵技術的研究與試驗、標准與規范的制定等，共同促進5G 光模塊技術與產業的健康有序發展。
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