5G时代，光模块产业大有可为

  ICC讯 光模块是光通信的核心部件，主要完成光电转换，发送端把电信号转换成光信号，接收端把光信号转换成电信号。光模块作为核心器件被广泛应用于通信设备中，是5G实现高带宽、低时延、广连接的关键。5G的建设需要数千万个高性能、高速率的光模块支撑，5G的加速商用将带动我国光模块产业快速发展。

  5G时代，我国光模块产业发展趋势

  5G对光模块速率需求提升，25/50/100Gb/s光模块成前中回传主流需求

  为了满足大带宽、低延时、广覆盖的要求，5G无线接入网(RAN)架构从4G的基带处理单元(BBU)、射频拉远单元(RRU)两级结构演进为集中单元(CU)、分布单元(DU)和有源天线单元(AAU)三级结构，相应的承载网络架构也由前传和回传网络分解为前传、中传和回传网络。5G的新型业务特性和更高指标要求对前传、中传和回传光模块的速率也提出了更高要求。

  5G前传对彩光模块需求增加，彩光模块方案呈现多样化

  集中式无线接入网(CRAN)未来将成为我国运营商5G网络的主流建设模式，由于C-RAN部署模式下前传网络需要消耗较多的光纤资源，光纤直驱的应用场景大大受限，基于WDM技术的前传方案成了运营商的共识。WDM方案使用不同波长的彩光模块发送信号，再通过波分复用器将多个信号复用到一根光纤中进行传输，从而能够节约大量的光纤资源。随着前传WDM方案的逐步实施，运营商对彩光模块的需求将不断增加。

  5G前传半有源WDM优势明显，光模块光层调顶技术实现OAM

  在5G前传的WDM场景中，无源WDM方案通过在远端AAU侧和局端DU侧部署无源波分器件进行波长复用和解复用，部署简单，但缺乏保护机制和管控手段，存在无故障管理、维护难度较大等问题。有源WDM方案通过在远端AAU侧和局端DU侧部署有源WDM设备进行电层或/和光层复用，支持管控和保护功能，但是成本高昂，且远端供电和部署受限。半有源WDM方案在远端AAU侧部署无源波分器件，在局端DU侧部署有源WDM设备，通过彩光模块光层调顶技术实现操作管理维护(OAM)机制，满足业务性能监测、通信故障定位等要求，能够以较低成本解决光纤资源和维护管理等问题。

  5G对光模块高性能需求将促进硅光技术的应用

  前传光模块工作在室外恶劣环境中，需要满足- 40℃～85℃的工业温度使用要求。同时，由于5G网络架构从CPRI向eCPRI演进，BBU端功能向RRU端进行部分迁移，使RRU端功耗增大，需要光模块具有更强的耐热能力，极端环境下温度可能高达90℃～95℃，“硅光调制器﹢异质激光器”在这种高温环境中存在用武之地。

  光模块与通信设备逐渐解耦，光模块产业更加开放

  出于对系统兼容性的考虑，通信设备厂商往往将光模块与通信设备打包一起提供给运营商，运营商只能被动接受设备厂商提供的光模块类型和技术方案。随着5G网络架构和部署变得更加复杂和多样化，技术方案的自主可控和降低成本的压力将驱使运营商逐渐进行光模块与通信设备的解耦。

  5G时代，我国光模块产业存在的问题及发展建议

  存在的问题

  近年来，由于国内政策驱动、市场牵引以及新兴应用的需求，我国光模块市场保持着快速发展的态势，我国光模块厂商开始逐渐主导全球市场，但是我国光模块产业仍然存在一些亟须解决的问题。

  高端芯片自给能力有限，国产化亟待加速

  目前，我国光通信产业链发展不均衡，国内企业在光模块层面能够提供大部分产品，但位于光模块产业链上游的芯片环节与国外存在较大差距，已成为制约我国光通信产业长足发展的瓶颈。5G光模块使用的是25Gb/s及以上速率的光电芯片，其中25Gb/s光芯片国产化率较低，大多依赖进口，而25Gb/s电芯片国产能力几乎空白，基本依赖进口。

  5G光模块种类繁多，有待聚焦共识

  5G前传、中传和回传对光模块具有差异化需求，但是目前针对工作环境、传输速率、传输距离等不同应用场景下的光模块出现了多种技术方案，涉及的模块封装、工作波长、调制格式及使用的光电芯片各不相同，导致光模块种类繁多。如前传25Gb/s双纤双向灰光模块就有25G和10G两种波特率的激光器芯片的实现方案，其中10G波特率方案业界又主要采用超频、PAM4等高阶调制方式来实现，而超频方案又包含FP和DFB两种实现方式。过多的产品类型将导致光模块市场碎片化，造成产业链研发、制造等资源浪费。

  5G光模块成本偏高，不利于5G承载建设

  在5G承载网建设中，前传光模块存在数千万量级的需求，总体成本非常高。回传光模块需求量虽然没有前传光模块大，但其速率高、技术复杂，单个模块成本较高，部分光模块成本在系统设备中的占比甚至达到50%～70%。光模块的成本直接影响到网络总体建设成本。目前，5G光模块较高的成本已成为影响5G承载发展的不利因素，降低光模块成本迫在眉睫。

  发展建议

  基于我国光模块产业所处的发展环境以及面临的机遇和问题，提出以下发展建议。

  营造良好的政策环境，加速核心芯片国产化

  针对光模块核心芯片等薄弱领域，政府制定相关产品发展规划和政策措施，形成政策层面的促进和引领作用。优化创新扶持政策，营造良好的创新环境，鼓励企业参与芯片、元器件等关键核心技术重大创新活动，促进产业链上下游、科研机构开展合作研究。鼓励企业加强对外交流，开展国际技术创新合作。降低企业创新成本，增强企业投入创新的能力和动力。制定和落实人才激励政策，激发人才创新的积极性和创新潜能。

  技术方案聚焦共识，促进光模块产业健康发展

  为促进光模块产业良性发展，5G光模块种类应尽可能聚焦收敛。通过对技术方案聚焦共识、求同存异，加大对重点技术方案的投入和扶持，形成规模效应来促进市场发展。同时，业界应协同推进5G光模块共性技术、产业化方案和标准规范等相关研究工作，共同促进5G光模块技术与产业健康发展。

  多措施降低光模块成本，加速5G网络规模部署

  低成本的光模块有利于促进5G的大规模部署，可以采取以下几种措施降低光模块成本。第一，产业链共享，如充分利用数据中心，用光模块的成熟技术方案与产业资源以降低5G光模块成本。第二，技术创新，如使用满足工业级温度要求的激光器替代满足商业级温度要求的激光器，从而减少温控器件以降低光模块成本;如使用硅光集成替代传统分立集成以减少分立器件的数量和封装次数，从而降低光模块成本。第三，国产化替代，高性能的光电芯片制造技术由国外少数领先企业掌握，其高昂的价格制约着5G光模块的成本下降，光电芯片的国产化将有利于降低5G光模块的成本。

  中国信息通信研究院泰尔系统实验室 刘德强 韩镝 王晨