5G承載光模塊白皮書(shū)之中回傳關(guān)鍵光模塊技術(shù)方案

  ICCSZ訊 2019年1月，IMT-2020(5G)推進(jìn)組發(fā)布“5G承載光模塊白皮書(shū)(最終稿)”，白皮書(shū)基于5G承載網(wǎng)絡(luò)對(duì)光模塊的應(yīng)用需求，結(jié)合光模塊技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，聚焦研究不同應(yīng)用場(chǎng)景下的關(guān)鍵5G承載光模塊技術(shù)方案，分析現(xiàn)有光模塊及核心光電子芯片產(chǎn)業(yè)化能力并開(kāi)展測(cè)試評(píng)估，提出我國(guó)5G承載光模塊技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議。

  業(yè)界應(yīng)進(jìn)一步合力優(yōu)化和收斂關(guān)鍵技術(shù)方案，加速推動(dòng)5G承載光模塊逐步成熟并規(guī)模應(yīng)用，有力支撐5G商用部署與應(yīng)用。本篇報(bào)道將介紹“5G承載光模塊白皮書(shū)”對(duì)中回傳關(guān)鍵光模塊技術(shù)方案的分析。

  中回傳關(guān)鍵光模塊技術(shù)方案 — 關(guān)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(cè)器。IEEE 802.3cc 已定義10km/40km 25GbE單模光纖接口，CCSA已完成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定工作，預(yù)計(jì)2019年報(bào)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?xún)?nèi)，技術(shù)方案主要基于25G波特率的光芯片和脈幅調(diào)制(PAM4)調(diào)制格式，對(duì)高線性度激光器驅(qū)動(dòng)器和跨阻放大器要求較高。目前IEEE 802.3cd已經(jīng)規(guī)范了傳輸距離為10km的單通道50Gb/s光接口，IEEE802.3cn正在規(guī)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(cè)器實(shí)現(xiàn);40km光模塊需采用25G波特率的EML激光器和APD探測(cè)器實(shí)現(xiàn)。對(duì)上下行時(shí)延對(duì)稱(chēng)性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景可采用50Gb/s BiDi光模塊，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3cp正在規(guī)范，擬采用WDM技術(shù)方案，結(jié)合方案成本與供應(yīng)鏈成熟度考慮，具體波長(zhǎng)對(duì)選擇建議如表5所示。

  考慮光纖類(lèi)型、傳輸距離、激光器波長(zhǎng)與溫度漂移等因素，白皮書(shū)分別對(duì)10km和40km BiDi光模塊的收發(fā)路徑時(shí)延抖動(dòng)進(jìn)行了測(cè)算分析。以G.652D光纖為傳輸介質(zhì)， 10km BiDi光模塊在波長(zhǎng)極限偏移條件(±10nm)下的時(shí)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(zhǎng)偏移范圍略小，時(shí)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(diào)制格式，200Gb/s和400Gb/s主要采用25G或50G波特率的PAM4調(diào)制格式。IEEE 802.3ba、802.3bs、以及PSM4、CWDM4、4WDM等MSA已規(guī)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(biāo)，技術(shù)方案及相關(guān)產(chǎn)品已基本成熟，其中，100/200GbE已實(shí)現(xiàn)規(guī)模商用，400GbE預(yù)計(jì)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(biāo)，預(yù)計(jì)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(shí)現(xiàn)方案發(fā)送側(cè)采用偏振復(fù)用(PD)n-QAM調(diào)制格式，接收側(cè)采用基于DSP的相干接收等技術(shù)。100/200Gb/s相干可插拔光模塊(CFP/CFP2-DCO)已逐步在傳送網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心互聯(lián)(DCI)設(shè)備中規(guī)模商用。OIF在2018年10月正式發(fā)布了CFP2-DCO規(guī)范，目前正在制訂針對(duì)80~120km傳輸距離的400ZR標(biāo)準(zhǔn)，另外ITU-T SG15 Q6的G.698.2標(biāo)準(zhǔn)正在開(kāi)展基于200/400Gb/s相干技術(shù)的80km和450km量級(jí)傳輸距離規(guī)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?xún)?nèi)，目前主流方案采用PAM4技術(shù)。非相干50/100Gb/s光模塊采用固定波長(zhǎng)DWDM激光器和PAM DSP芯片，相對(duì)于相干光模塊具有一定的成本優(yōu)勢(shì)，兩者關(guān)鍵器件的比較如表8所示。

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