5G襲來 助力光模塊市場重返巔峰

  ICC訊 5G時(shí)代襲來，讓原本因全球4G基本部署完成后開始下滑的光模塊市場重返巔峰，2019-23年CAGR有望達(dá)到11.5%。在過去的2019年，整體光模塊市場規(guī)模達(dá)到約67億美元，其中電信產(chǎn)品占比44.9%，數(shù)通產(chǎn)品(應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心和企業(yè)網(wǎng))占比50.2%。2023年則有望達(dá)到46億美元，4年CAGR 11.5%。

  預(yù)計(jì)2021年巔峰時(shí)期，國內(nèi)5G所需光模塊市場規(guī)模有望達(dá)到69億元人民幣，25G光模塊占比76.2%。根據(jù)《5G技術(shù)發(fā)展白皮書》的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，CU(central unit，集中單元)與DU與宏基站的比例為1：6：48。其中一個(gè)DU與CU連接需要4支光模塊，為50G/100G。CU與匯聚層以及核心網(wǎng)相連需要200G/400G光模塊。根據(jù)預(yù)測的宏基站數(shù)量以及單基站用量，預(yù)計(jì)國內(nèi)5G建設(shè)帶來的整體光模塊需求(2019-28年)為284億元人民幣，其中25G光模塊占比77.1%，有望于2021年達(dá)到巔峰69億元人民幣。2019-21年CAGR 132.6%，其中25G光模塊需求為1766萬支，規(guī)模為52.6億元，占比76.2%。

  5G時(shí)期，無線網(wǎng)絡(luò)增加中傳環(huán)節(jié)，光模塊規(guī)格以及數(shù)量同步提升

  5G時(shí)期，無線接入側(cè)將發(fā)生較大的改變，原有RRU以及BBU部分物理層處理功能上移與天線合并成為AAU(active antenna units，有源天線)，以此進(jìn)一步減少饋線的長度，從而減少信號(hào)的損耗。原有的BBU的非實(shí)時(shí)部分分割出來，重新定義成為CU(centralized unit)，來負(fù)責(zé)處理非實(shí)時(shí)的協(xié)議和服務(wù);BBU剩余的物理層功能以及實(shí)時(shí)功能重新定義為DU(distributed unit)。因此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從此前的兩段連接變?yōu)槿芜B接，所需光模塊數(shù)量相應(yīng)增加。

  此外，根據(jù)IMT-2020(5G)推進(jìn)組給出的技術(shù)方案，光模塊要求如下：

  在無線接入側(cè)采用10G/25G/100Gb/s灰光或Nx25G/50Gb/s WDM彩光;

  城域網(wǎng)匯聚層采用100G/200Gb/s灰光或Nx100Gb/s WDM彩光;

  在城域網(wǎng)核心層以及骨干網(wǎng)采用200G/400Gb/s灰光或Nx100G/200G/400Gb/s WDM彩光。

  光模塊的規(guī)格較此前的4G網(wǎng)絡(luò)(接入側(cè)10Gb/s，匯聚層40Gb/s，核心網(wǎng)及骨干網(wǎng)100Gb/s)均有提升。

  5G前傳：連接數(shù)量最大，速率多為25Gb/s

  中國移動(dòng)提出Open-WDM/MWDM技術(shù)方案，將在前傳中使用低成本的25G CWDM光模塊實(shí)現(xiàn)12波長系統(tǒng)。前傳光模塊數(shù)量較4G翻倍，需求占比最大，25G產(chǎn)品市場空間大。前傳在5G承載網(wǎng)絡(luò)中需求最高，同時(shí)由于應(yīng)用場景通常為室外，需要工業(yè)級(jí)的光模塊，正常工作溫度范圍要求為-40度至+85度。而其中采用的激光器/探測器組合方案取決于傳輸距離，對于較短傳輸距離(100m/300m，往往用在DU與AAU距離較近的情況)可以采用多模光纖，波長為850nm，采用激光器/探測器類型為VCSEL/PIN組合;而對于中長距離傳輸(10km/20km，DU與AAU距離較遠(yuǎn))采用單模光纖，波長為1310nm/1550nm，采用激光器/探測器類型多為DFB/PIN或EML/PIN組合。因此，這幾種類型的光模塊在5G規(guī)模建設(shè)時(shí)期有望大批量出貨，市場空間較大。

  因此5G對承載網(wǎng)光模塊提出更加嚴(yán)格的要求：

  更耐熱：整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)從CPRI向eCPRI演進(jìn)，更多的是BBU端向RRU端做一些遷移，必然會(huì)帶來RRU端功耗越來越大，所以需要光模塊的耐熱能力更強(qiáng)。

  更省光纖：前端的架構(gòu)有一個(gè)遷移，由DRAN變成CRAN，帶來一個(gè)光纜資源緊缺的問題，因此光模塊就需要能夠提供一些更節(jié)省光纖的方案。

  更便宜：整個(gè)5G的頻段比以前更高了，其覆蓋范圍變小，所以需要更多的基站，就需要更多的光模塊，從運(yùn)營商的角度來講，光模塊就需要更便宜。

  更高速：整個(gè)5G不管運(yùn)營中低頻段還是毫米波，如果用毫米波的話，起步就是好幾百兆，全程的帶寬就會(huì)越來越高，所以需要更高速率的光模塊。

  2019-2024年全球5G基站25G光模塊數(shù)據(jù)預(yù)測(萬只)

  5G前傳有四種典型技術(shù)方案，分別是光纖直連、無源WDM、有源WDM/OTN、切片分組網(wǎng)絡(luò)(SPN)。其中有源/無源WDM和SPN方案消耗光模塊數(shù)量為光纖直連的一倍。

  光纖直連方式最簡單，成本最低，但是無法滿足網(wǎng)絡(luò)保護(hù)、監(jiān)控等管理功能，因此無法給uRLLC業(yè)務(wù)提供高可靠性，且消耗光纖資源最多;

  無源WDM方案采用彩光模塊，消耗光纖資源較少，無源設(shè)備便于維護(hù)，但是依舊無法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、保護(hù)、管理等功能;

  有源WDM/OTN節(jié)省光纖資源，可以實(shí)現(xiàn)性能架空、故障檢測等OAM功能，且提供網(wǎng)絡(luò)保護(hù)，該技術(shù)天然具有大帶寬低時(shí)延的特性，缺點(diǎn)是建網(wǎng)成本較高;

  SPN方案同樣可以實(shí)現(xiàn)OAM功能，并提供網(wǎng)絡(luò)保護(hù)，具備大帶寬低延時(shí)的特點(diǎn)，同時(shí)可以通過網(wǎng)絡(luò)切片化滿足不同應(yīng)用場景的要求，缺點(diǎn)是建網(wǎng)成本較高。

  2021-2023年三年建設(shè)高峰期，每年新建的宏基站超過100萬，頂峰時(shí)期國內(nèi)每年僅前傳光模塊需求超過750萬只(相當(dāng)于2018年需求的2倍)。

  隨著全球5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的興起，25G光模塊將在2019年開始逐步放量，并在2024年達(dá)到高峰期，數(shù)量預(yù)計(jì)達(dá)到1260萬只，其中70%應(yīng)用在中國市場，約為880萬只。

  2019-2025年5G基站前傳25G/50G光模塊需求(萬只)

  5G中回傳：多為50G/100G灰光或WDM彩光模塊

  由于5G接入側(cè)中回傳網(wǎng)絡(luò)的核心功能主要包括多層級(jí)承載網(wǎng)絡(luò)、靈活化連接調(diào)度、層次化網(wǎng)絡(luò)切片、4G/5G混合承載以及低成本高速組網(wǎng)等要求，還需支持L0~L3層的綜合傳送能力，主要技術(shù)方案包括SPN、面向移動(dòng)承載優(yōu)化的OTN(M-OTN)、IP RAN增強(qiáng)+光層，所采用的光模塊以50G/100Gb/s灰光或WDM彩光模塊為主。

  由于中傳和回傳場景下，光模塊往往應(yīng)用于散熱條件較好的機(jī)房內(nèi)，因此可以采用商業(yè)級(jí)光模塊。目前80km以下的傳輸距離，主要應(yīng)用25Gb/s NRZ或50/100/200/400/Gb/s的PAM4光模塊，80km以上的長距傳輸將主要采用相干光模塊(單載波100/400Gb/s)。

  光模塊約占5G資本開支的4.6%，而隨著5G的持續(xù)推進(jìn)，5G資本開支回暖拉動(dòng)我國光模塊需求攀升。5G作為十年一遇的迭代升級(jí)，將是光通信行業(yè)下一個(gè)爆發(fā)機(jī)會(huì)。