第五代移動通信（5G）技術即將邁入商用化進程，其新型業務特性和更高指標要求對承載網絡架構及各層技術方案均提出了新的挑戰。光模塊是5G網絡物理層的基礎構成單元，廣泛應用於無線及傳輸設備，其成本在系統設備中的佔比不斷增高，部分設備中甚至超過50~70%，是5G低成本、廣覆蓋的關鍵要素。
一、25Gb/s雙纖雙向灰光模塊
25Gb/s雙纖雙向灰光模塊的典型傳輸距離包括300m和10km。300m光模塊通常用於基站的塔上塔下互連，10km光模塊主要用於傳輸距離更遠或鏈路損耗更大的AAU與接入機房（站點）之間的光纖直連場景。
25Gb/s雙纖雙向灰光模塊功能框圖及產品示例如圖3所示。IEEE 802.3cc已完成25GbE單模光纖接口規範，CCSA已啟動國內行業標準化制定工作，預計2019年完成報批。
圖1 25Gb/s雙纖雙向灰光模塊
光模塊可採用25G和10G兩種波特率的激光器芯片來實現。25G波特率工業級激光器芯片可靠性要求與量產工藝要求較高，市場供應渠道有限。10G波特率工業級激光器芯片能充分利用成熟的供應鏈，可有效降低光模塊成本，目前業界主要有超頻、PAM4高階調製兩種實現方案，功能框圖分別如圖2和圖3所示。
圖2 超頻方案功能框圖 圖3 PAM4方案功能框圖
超頻方案包含FP和DFB兩種實現方式。FP激光器方式中，影響傳輸距離的主要因素包括鏈路衰減損耗、碼間干擾（ISI）代價、模式分配噪聲（MPN）代價等，理論上可支持300m以上的傳輸距離。DFB激光器方式中，由於中心波長更靠近G.652光纖零色散點、光譜寬度更窄、以及可忽略模式分配噪聲等，理論上可支持10km以上的傳輸距離。目前基於FP激光器的25Gb/s雙纖雙向300m光模塊已經成熟，基於DFB激光器的25Gb/s雙纖雙向10km光模塊還需進一步完善。
PAM4方案採用10G波特率的工業級激光器與光探測器，但在配套IC方面需要更換為線性度更高的激光器驅動和TIA芯片，同時增加25Gb/s NRZ和25Gb/s PAM4相互轉換的DSP芯片。目前已實現10~15km演示試驗，配套芯片仍處於研發階段，綜合成本有待進一步評估。
綜上分析，採用10G波特率工業級激光器芯片的25Gb/s光模塊，300m規格可優先採用超頻方案，10km規格超頻方案存在一定技術挑戰；PAM4方案在10km及更長傳輸距離的應用取決於配套芯片的規模效應。
二、 25Gb/s單纖雙向灰光模塊
BiDi光模塊具有節省50%的光纖資源、上下行等距可有效保證高精度時間同步等優勢，具體時延對稱性優勢分析詳見本白皮書第四部分，典型傳輸距離10km、15km、20km。25G BiDi的技術方案主要有兩種，一是利用不同波長的波分複用（WDM）實現，二是利用相同（或不同）波長結合環形器的方式實現，如圖4所示。
圖4 25Gb/s單纖雙向灰光模塊
c）產品示例
環形器方案對公共端（圖4b中的兩端）反射串擾非常敏感，出纖需要採用具有高回損指標的光纖傾斜端面接口，並對實際工程使用提出了較高的防塵要求，25Gb/s BiDi光模塊建議優先考慮WDM方案。在波長對選擇上業界主要有 1270nm/1310nm和1270nm/1330nm兩種方案， CCSA 25Gb/s BiDi光模塊標準徵求意見稿已初步確定1270nm/1330nm波長方案，預計在2019年完成標準制定工作。
三、 25Gb/s可調諧彩光模塊
在5G網絡建設初期，前傳將以光纖直驅方式為主，伴隨著高頻組網以及低頻增點等深度覆蓋，為充分利用已有光纖資源或解決光纖資源緊張問題，WDM方式會成為有益補充，其中波長可調諧（Tunable）光模塊是其核心單元。我國牽頭起草發佈的ITU-T G.698.4標準（G.Metro）已定義10Gb/s接入型WDM組網和波長無關、無色化實現機制，目前業界正在探討25Gb/s速率的技術方案。25Gb/s波長可調諧光模塊功能框圖如圖5所示。
圖5 25Gb/s波長可調諧彩光模塊
根據光源類型及調諧方式的不同，波長可調諧激光器存在多種技術方案，五種最典型的方案對比如表4所示。基於取樣光柵分佈布拉格反射器（SG-DBR）技術的激光器具有波長可調諧範圍寬、調諧速度快、調製速率高和成本相對較低等優勢，是業界主流技術方案，受專利等限制，國內量產能力有限。目前國內基本具備DBR可調激光器的產業化能力，波長調諧範圍支持10nm量級，一般可滿足20通道@100GHz波長間隔的應用場景。另外，外腔激光器、微機電系統（MEMS） VCSEL、DFB陣列等方案因成本、穩定性、工作帶寬和調諧時間等限制尚在進一步研究中，尚不具備規模產業化能力。
表4 波長可調諧激光器技術方案
四、100/200Gb/s單纖雙向灰光模塊
100/200Gb/s BiDi 10km光模塊的技術方案正處於研究階段，典型實現方式包括環形器和WDM兩種，功能框圖如圖6所示。
圖6 100Gb/s BiDi灰光模塊功能框圖
100/200Gb/s BiDi光模塊的核心激光器芯片主要由國外廠商提供，目前可支持O波段CWDM （4波）或LWDM（4波）兩種，波長數量有限。現階段單纖雙向技術的實現方案建議優先採用小型化環形器（圖6 a所示）。後續隨著PAM4技術進一步成熟，2×50Gb/s或1×100Gb/s或將成為下一代100Gb/s光模塊的主流技術方案，採用WDM實現單纖雙向將是更經濟的方式（圖6 b所示）。
閱讀更多 XYT纖億通 的文章
