5G承載光模塊白皮書之中回傳關鍵光模塊技術方案

  ICCSZ訊 2019年1月，IMT-2020(5G)推進組發布“5G承載光模塊白皮書(最終稿)”，白皮書基于5G承載網絡對光模塊的應用需求，結合光模塊技術發展現狀，聚焦研究不同應用場景下的關鍵5G承載光模塊技術方案，分析現有光模塊及核心光電子芯片產業化能力并開展測試評估，提出我國5G承載光模塊技術與產業發展建議。

  業界應進一步合力優化和收斂關鍵技術方案，加速推動5G承載光模塊逐步成熟并規模應用，有力支撐5G商用部署與應用。本篇報道將介紹“5G承載光模塊白皮書”對中回傳關鍵光模塊技術方案的分析。

  中回傳關鍵光模塊技術方案 — 關鍵詞：相干、灰光、彩光、雙纖雙向、單纖雙向

  25Gb/s雙纖雙向灰光模塊

  40km的25Gb/s雙纖雙向光模塊需采用25G波特率的EML激光器和APD探測器。IEEE 802.3cc 已定義10km/40km 25GbE單模光纖接口，CCSA已完成相關標準制定工作，預計2019年報批。

  50Gb/s單纖雙向/雙纖雙向灰光模塊

  50Gb/s光模塊的典型傳輸距離在40km及以內，技術方案主要基于25G波特率的光芯片和脈幅調制(PAM4)調制格式，對高線性度激光器驅動器和跨阻放大器要求較高。目前IEEE 802.3cd已經規范了傳輸距離為10km的單通道50Gb/s光接口，IEEE802.3cn正在規范傳輸距離為40km的50Gb/s光接口。50Gb/s 10km光模塊可采用25G波特率的DFB激光器和PIN探測器實現;40km光模塊需采用25G波特率的EML激光器和APD探測器實現。對上下行時延對稱性要求較高的應用場景可采用50Gb/s BiDi光模塊，相關標準IEEE 802.3cp正在規范，擬采用WDM技術方案，結合方案成本與供應鏈成熟度考慮，具體波長對選擇建議如表5所示。

  考慮光纖類型、傳輸距離、激光器波長與溫度漂移等因素，白皮書分別對10km和40km BiDi光模塊的收發路徑時延抖動進行了測算分析。以G.652D光纖為傳輸介質， 10km BiDi光模塊在波長極限偏移條件(±10nm)下的時延差最大變化量為2.96191ns，如表6所示。

  40km BiDi光模塊由于激光器采用溫度控制，波長偏移范圍略小，時延差最大變化量為1.23670ns，如表7所示。

  100/200/400Gb/s灰光模塊

  100/200/400Gb/s光模塊的典型傳輸距離為40km~80km，其中100Gb/s主要采用基于25G波特率芯片的NRZ或PAM4調制格式，200Gb/s和400Gb/s主要采用25G或50G波特率的PAM4調制格式。IEEE 802.3ba、802.3bs、以及PSM4、CWDM4、4WDM等MSA已規范100/200/400GbE單模光纖傳輸500m、2km、10km，以及100GbE單模光纖傳輸20/40km的光接口指標，技術方案及相關產品已基本成熟，其中，100/200GbE已實現規模商用，400GbE預計在2019年下半年逐步商用。IEEE 802.3cn/ct目前正在制定200GbE和400GbE 40km及以上、100GbE 80km及以上傳輸距離的光接口指標，預計2020年左右制定完成。

  低成本高速相干光模塊

  低成本相干光模塊的典型傳輸距離為80km及以上，主要速率包括100/200/400Gb/s，典型實現方案發送側采用偏振復用(PD)n-QAM調制格式，接收側采用基于DSP的相干接收等技術。100/200Gb/s相干可插拔光模塊(CFP/CFP2-DCO)已逐步在傳送網和數據中心互聯(DCI)設備中規模商用。OIF在2018年10月正式發布了CFP2-DCO規范，目前正在制訂針對80~120km傳輸距離的400ZR標準，另外ITU-T SG15 Q6的G.698.2標準正在開展基于200/400Gb/s相干技術的80km和450km量級傳輸距離規范制定。

  非相干50/100Gb/s彩光模塊

  非相干DWDM彩光模塊的典型傳輸距離為40km及以內，目前主流方案采用PAM4技術。非相干50/100Gb/s光模塊采用固定波長DWDM激光器和PAM DSP芯片，相對于相干光模塊具有一定的成本優勢，兩者關鍵器件的比較如表8所示。

  當傳輸距離大于15~20km時，非相干光模塊需外置光放大器和色散補償模塊(DCM)，這將一定程度上增加線路成本和維護復雜度，具體應用前景待研究。