5G袭来，助力光模块市场重返巅峰

易飞扬

5G时代袭来，让原本因全球4G基本部署完成后开始下滑的光模块市场重返巅峰，2019-23年CAGR有望达到11.5%。在过去的2019年，整体光模块市场规模达到约67亿美元，其中电信产品占比44.9%，数通产品（应用于数据中心和企业网）占比50.2%。2023年则有望达到46亿美元，4年CAGR 11.5%。

预计2021年巅峰时期，国内5G所需光模块市场规模有望达到69亿元人民币，25G光模块占比76.2%。根据《5G技术发展白皮书》的网络架构，CU（central unit，集中单元）与DU与宏基站的比例为1：6：48。其中一个DU与CU连接需要4支光模块，为50G/100G。CU与汇聚层以及核心网相连需要200G/400G光模块。根据预测的宏基站数量以及单基站用量，预计国内5G建设带来的整体光模块需求（2019-28年）为284亿元人民币，其中25G光模块占比77.1%，有望于2021年达到巅峰69亿元人民币。2019-21年CAGR 132.6%，其中25G光模块需求为1766万支，规模为52.6亿元，占比76.2%。

5G时期，无线网络增加中传环节，光模块规格以及数量同步提升

5G时期，无线接入侧将发生较大的改变，原有RRU以及BBU部分物理层处理功能上移与天线合并成为AAU（active antenna units，有源天线），以此进一步减少馈线的长度，从而减少信号的损耗。原有的BBU的非实时部分分割出来，重新定义成为CU（centralized unit），来负责处理非实时的协议和服务；BBU剩余的物理层功能以及实时功能重新定义为DU（distributed unit）。因此网络结构从此前的两段连接变为三段连接，所需光模块数量相应增加。

此外，根据IMT-2020（5G）推进组给出的技术方案，光模块要求如下：

• 在无线接入侧采用10G/25G/100Gb/s灰光或Nx25G/50Gb/s WDM彩光；
• 城域网汇聚层采用100G/200Gb/s灰光或Nx100Gb/s WDM彩光；
• 在城域网核心层以及骨干网采用200G/400Gb/s灰光或Nx100G/200G/400Gb/s WDM彩光。
  

光模块的规格较此前的4G网络（接入侧10Gb/s，汇聚层40Gb/s，核心网及骨干网100Gb/s）均有提升。

5G光模块市场空间（亿元）
前传/中传/回传	速率	应用场景	数量（万）	距离	价格（元）	市场空间（亿元）
	25G	AAU-CU	2460	10KM	500	123
	10G	宏基站-接入设备	820	10KM	100	8
	25G	小基站-接入设备	1640	10KM	500	82
	50G	接入-汇聚	77	10-40KM	1800	14
	100G	接入-汇聚	300	10-40KM	3500	105
	200G	汇聚-核心	11	相干	23000	25
	400G	汇聚-核心；核心-骨干网	67	相干	47000	315

5G前传：连接数量最大，速率多为25Gb/s

中国移动提出Open-WDM/MWDM技术方案，将在前传中使用低成本的25G CWDM光模块实现12波长系统。前传光模块数量较4G翻倍，需求占比最大，25G产品市场空间大。前传在5G承载网络中需求最高，同时由于应用场景通常为室外，需要工业级的光模块，正常工作温度范围要求为-40度至+85度。而其中采用的激光器/探测器组合方案取决于传输距离，对于较短传输距离（100m/300m，往往用在DU与AAU距离较近的情况）可以采用多模光纤，波长为850nm，采用激光器/探测器类型为VCSEL/PIN组合；而对于中长距离传输（10km/20km，DU与AAU距离较远）采用单模光纤，波长为1310nm/1550nm，采用激光器/探测器类型多为DFB/PIN或EML/PIN组合。因此，这几种类型的光模块在5G规模建设时期有望大批量出货，市场空间较大。

因此5G对承载网光模块提出更加严格的要求：

• 更耐热：整个网络架构从CPRI向eCPRI演进，更多的是BBU端向RRU端做一些迁移，必然会带来RRU端功耗越来越大，所以需要光模块的耐热能力更强。
• 更省光纤：前端的架构有一个迁移，由DRAN变成CRAN，带来一个光缆资源紧缺的问题，因此光模块就需要能够提供一些更节省光纤的方案。
• 更便宜：整个5G的频段比以前更高了，其覆盖范围变小，所以需要更多的基站，就需要更多的光模块，从运营商的角度来讲，光模块就需要更便宜。
• 更高速：整个5G不管运营中低频段还是毫米波，如果用毫米波的话，起步就是好几百兆，全程的带宽就会越来越高，所以需要更高速率的光模块。
  

2019-2024年全球5G基站25G光模块数据预测（万只）

5G前传有四种典型技术方案，分别是光纤直连、无源WDM、有源WDM/OTN、切片分组网络（SPN）。其中有源/无源WDM和SPN方案消耗光模块数量为光纤直连的一倍。

• 光纤直连方式最简单，成本最低，但是无法满足网络保护、监控等管理功能，因此无法给uRLLC业务提供高可靠性，且消耗光纤资源最多；
• 无源WDM方案采用彩光模块，消耗光纤资源较少，无源设备便于维护，但是依旧无法实现网络监控、保护、管理等功能；
• 有源WDM/OTN节省光纤资源，可以实现性能架空、故障检测等OAM功能，且提供网络保护，该技术天然具有大带宽低时延的特性，缺点是建网成本较高；
• SPN方案同样可以实现OAM功能，并提供网络保护，具备大带宽低延时的特点，同时可以通过网络切片化满足不同应用场景的要求，缺点是建网成本较高。
  

四种5G前传典型方案比较
方案	光纤直连	无源WDM	有源WDM/OTN	SPN
拓扑结构	点到点	点到点	全拓扑：环带链/环形/链型/星型	全拓扑：环带链/环形/链型/星型
AAU出彩光	否	是	否	否
CPRI/eCPRI拉远	否	是	是	是
网络保护	否	否	是（L0/L1）	是（L1）
性能监控	否	否	是（L0/L2）	是（L2）
远端管理	否	否	是（L0/L3）	是（L3）
光纤资源	消耗多	消耗少	消耗少	消耗少
网络成本	低	中	高	好

2021-2023年三年建设高峰期，每年新建的宏基站超过100万，顶峰时期国内每年仅前传光模块需求超过750万只（相当于2018年需求的2倍）。

随着全球5G网络建设的兴起，25G光模块将在2019年开始逐步放量，并在2024年达到高峰期，数量预计达到1260万只，其中70%应用在中国市场，约为880万只。

2019-2025年5G基站前传25G/50G光模块需求（万只）

5G中回传：多为50G/100G灰光或WDM彩光模块

由于5G接入侧中回传网络的核心功能主要包括多层级承载网络、灵活化连接调度、层次化网络切片、4G/5G混合承载以及低成本高速组网等要求，还需支持L0~L3层的综合传送能力，主要技术方案包括SPN、面向移动承载优化的OTN（M-OTN）、IP RAN增强+光层，所采用的光模块以50G/100Gb/s灰光或WDM彩光模块为主。

三种5G中回传典型方案比较
网络分层	主要功能	SPN	M-OTN	IP RAN增强+光层
业务适配层	支持多业务映射和适配	L1专线、L2 VPN、L3 VPN、CBR业务	L1专线、L2 VPN、L3 VPN、CBR业务	L2 VPN、L3 VPN
L2/L3分组转发层	为5G提供灵活连接调度、OAM、保护、统计复用的QoS保障能力	Ethernet VLAN MPLS-TP SR-TP/SR-BE	Ethernet VLAN MPLS-TP SR-TP/SR-BE	Ethernet VLAN MPLS-TP SR-TP/SR-BE
L1 TDM通道层	为5G三大类业务及专线提供TDM通道隔离、调度、复用、OAM和保护能力	切片以太网通道	ODUk	待研究
L1数据链路层	提供L1通道到光层的适配	FlexE或Ethernet PHY	OTUk或OTUCn	FlexE或Ethernet PHY
L0光波长传送层	提供高速光接口或多波长传输、调度和组网	灰光或WDM彩光	灰光或WDM彩光	灰光或WDM彩光

由于中传和回传场景下，光模块往往应用于散热条件较好的机房内，因此可以采用商业级光模块。目前80km以下的传输距离，主要应用25Gb/s NRZ或50/100/200/400/Gb/s的PAM4光模块，80km以上的长距传输将主要采用相干光模块（单载波100/400Gb/s）。

光模块约占5G资本开支的4.6%，而随着5G的持续推进，5G资本开支回暖拉动我国光模块需求攀升。5G作为十年一遇的迭代升级，将是光通信行业下一个爆发机会。