5G襲來 助力光模塊市場重返巔峰

  ICC訊 5G時代襲來，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有望達到11.5%。在過去的2019年，整體光模塊市場規(guī)模達到約67億美元，其中電信產(chǎn)品占比44.9%，數(shù)通產(chǎn)品(應用于數(shù)據(jù)中心和企業(yè)網(wǎng))占比50.2%。2023年則有望達到46億美元，4年CAGR 11.5%。

  預計2021年巔峰時期，國內(nèi)5G所需光模塊市場規(guī)模有望達到69億元人民幣，25G光模塊占比76.2%。根據(jù)《5G技術發(fā)展白皮書》的網(wǎng)絡架構(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)預測的宏基站數(shù)量以及單基站用量，預計國內(nèi)5G建設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時期，無線網(wǎng)絡增加中傳環(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)，以此進一步減少饋線的長度，從而減少信號的損耗。原有的BBU的非實時部分分割出來，重新定義成為CU(centralized unit)，來負責處理非實時的協(xié)議和服務;BBU剩余的物理層功能以及實時功能重新定義為DU(distributed unit)。因此網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)從此前的兩段連接變?yōu)槿芜B接，所需光模塊數(shù)量相應增加。

  此外，根據(jù)IMT-2020(5G)推進組給出的技術方案，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(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

  中國移動提出Open-WDM/MWDM技術方案，將在前傳中使用低成本的25G CWDM光模塊實現(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)絡中需求最高，同時由于應用場景通常為室外，需要工業(yè)級的光模塊，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)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)模建設時期有望大批量出貨，市場空間較大。

  因此5G對承載網(wǎng)光模塊提出更加嚴格的要求：

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

  更省光纖：前端的架構(gòu)有一個遷移，由DRAN變成CRAN，帶來一個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，從運營商的角度來講，光模塊就需要更便宜。

  更高速：整個5G不管運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)預測(萬只)

  5G前傳有四種典型技術方案，分別是光纖直連、無源WDM、有源WDM/OTN、切片分組網(wǎng)絡(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)絡保護、監(jiān)控等管理功能，因此無法給uRLLC業(yè)務提供高可靠性，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，無源設備便于維護，但是依舊無法實現(xiàn)網(wǎng)絡監(jiān)控、保護、管理等功能;

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

  SPN方案同樣可以實現(xiàn)OAM功能，并提供網(wǎng)絡保護，具備大帶寬低延時的特點，同時可以通過網(wǎng)絡切片化滿足不同應用場景的要求，缺點是建網(wǎng)成本較高。

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

  隨著全球5G網(wǎng)絡建設的興起，25G光模塊將在2019年開始逐步放量，并在2024年達到高峰期，數(shù)量預計達到1260萬只，其中70%應用在中國市場，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)絡的核心功能主要包括多層級承載網(wǎng)絡、靈活化連接調(diào)度、層次化網(wǎng)絡切片、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，主要技術方案包括SPN、面向移動承載優(yōu)化的OTN(M-OTN)、IP RAN增強+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，光模塊往往應用于散熱條件較好的機房內(nèi)，因此可以采用商業(yè)級光模塊。目前80km以下的傳輸距離，主要應用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，5G資本開支回暖拉動我國光模塊需求攀升。5G作為十年一遇的迭代升級，將是光通信行業(yè)下一個爆發(fā)機會。