5G网络中回传关键光模块技术方案

一、         25Gb/s双纤双向灰光模块

40km的25Gb/s双纤双向光模块需采用25G波特率的EML激光器和APD探测器。IEEE 802.3cc 已定义10km/40km 25GbE单模光纤接口，CCSA已完成相关标准制定工作，预计2019年报批。

二、         50Gb/s单纤双向/双纤双向灰光模块

50Gb/s光模块的典型传输距离在40km及以内，技术方案主要基于25G波特率的光芯片和脉幅调制（PAM4）调制格式，对高线性度激光器驱动器和跨阻放大器要求较高。目前IEEE 802.3cd已经规范了传输距离为10km的单通道50Gb/s光接口，IEEE802.3cn正在规范传输距离为40km的50Gb/s光接口。50Gb/s 10km光模块可采用25G波特率的DFB激光器和PIN探测器实现；40km光模块需采用25G波特率的EML激光器和APD探测器实现。

对上下行时延对称性要求较高的应用场景可采用50Gb/s BiDi光模块，相关标准IEEE 802.3cp正在规范，拟采用WDM技术方案，结合方案成本与供应链成熟度考虑，具体波长对选择建议如表1所示。

表1  50Gb/s BiDi光模块波长对建议

考虑光纤类型、传输距离、激光器波长与温度漂移等因素，白皮书分别对10km和40km BiDi光模块的收发路径时延抖动进行了测算分析。以G.652D光纤为传输介质， 10km BiDi光模块在波长极限偏移条件（±10nm）下的时延差最大变化量为2.96191ns，如表2所示。

表 2 10km Bidi 光模块波长偏移引入的时延抖动

40km BiDi光模块由于激光器采用温度控制，波长偏移范围略小，时延差最大变化量为1.23670ns，如表3所示。

表3  40km Bidi 光模块波长偏移引入的时延抖动

三、         100/200/400Gb/s灰光模块

100/200/400Gb/s光模块的典型传输距离为40km~80km，其中100Gb/s主要采用基于25G波特率芯片的NRZ或PAM4调制格式，200Gb/s和400Gb/s主要采用25G或50G波特率的PAM4调制格式。IEEE 802.3ba、802.3bs、以及PSM4、 CWDM4、4WDM等MSA已规范100/200/400GbE单模光纤传输500m、2km、10km，以及100GbE单模光纤传输20/40km的光接口指标，技术方案及相关产品已基本成熟，其中，100/200GbE已实现规模商用，400GbE预计在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及以上传输距离的光接口指标，预计2020年左右制定完成。

四、         低成本高速相干光模块

低成本相干光模块的典型传输距离为80km及以上，主要速率包括100/200/400Gb/s，典型实现方案发送侧采用偏振复用（PD）n-QAM调制格式，接收侧采用基于DSP的相干接收等技术。100/200Gb/s相干可插拔光模块（CFP/CFP2-DCO）已逐步在传送网和数据中心互联（DCI）设备中规模商用。OIF在2018年10月正式发布了CFP2-DCO规范，目前正在制订针对80~120km传输距离的400ZR标准，另外ITU-T SG15 Q6的G.698.2标准正在开展基于200/400Gb/s相干技术的80km和450km量级传输距离规范制定。

五、         非相干50/100Gb/s彩光模块

非相干DWDM彩光模块的典型传输距离为40km及以内，目前主流方案采用PAM4技术。非相干50/100Gb/s光模块采用固定波长DWDM激光器和PAM DSP芯片，相对于相干光模块具有一定的成本优势，两者关键器件的比较如表4所示。

表4  相干与非相干光模块用关键器件比较

当传输距离大于15~20km时，非相干光模块需外置光放大器和色散补偿模块（DCM），这将一定程度上增加线路成本和维护复杂度，具体应用前景待研究。