随着近日3GPP对5G独立组网（SA）功能标准的冻结，加上去年12月完成的非独立组网（NSA）标准，5G已经完成了第一阶段全功能的标准化工作，进入了产业化和商用化阶段。如同3GPP TSG RAN主席所说："5G NR无线协议的冻结是无线产业在探索5G愿景实现路上的重要里程碑，5G NR SA系统不仅显著增大了网络速率和容量，更为其它新兴行业打开了通过5G系统进行行业生态系统变革的大门。"
根据5G愿景和需求，5G网络峰值带宽和用户体验速率与4G网络相比将提升数十倍。按照预测，未来5G网络的移动数据流量相对于4G网络将增长500~1000倍，典型用户数据速率可提升10~100倍，峰值传输速率可达10Gbit/s或更高。
为了实现5G承载网的规模商用，关键挑战之一就是在提供高速率的光模块的同时降低每bit、每公里的传输成本和功耗。为了满足这一需求，从光模块技术上主要考虑以下几个演进方向：
1）提升信号波特率，例如波特率从10GBd提升到25GBd，甚至56GBd；
2）增加波长链路数量，采用Nx25G，Nx50G提供100G或超100G速率；
3）采用新的调制技术增加信息量，例如长距传输采用的QPSK，16QAM相干调制技术，短距传输采用PAM4，DMT调制技术等；
4）基于硅光技术的高集成度、小封装、低功耗的低成本光器件技术的应用。
图1 高速相干光模块技术演进路线
除了技术的演进方向和成熟度的考虑外，还应从产业链的角度来确定光模块速率选择的策略。考虑到高速光模块不仅仅是在移动回传网络中使用，在干线OTN网络，数据中心交换机、路由器等设备上也有大量应用，5G承载网络在选择高速率光模块时，应与整个产业链相一致，尽量选择主流的、出货量大的光模块，以降低成本，提高性价比。
5G承载网城域应用光纤传输距离一般在10km~80km之间，承载网络架构一般由接入层、汇聚层和核心层组成。接入层组网集中在40km以内，主要是10km以内的短距组网应用场景；汇聚/核心层组网集中在40km~80km的长距组网应用场景；核心网组网集中在80km左右的长距应用场景，部分应用场景可能需要支持80km以上，甚至100km的传输距离。光模块主要为10GE/25GE/50GE/100GE/200G/400G等多种速率。光模块封装一般选择SFP+/SFP28/QSFP28/ CFP/CFP2/CFP8等封装。
图2 5G承载网网络架构及光模块速率需求
5G承载网接入层应以100GE速率为主进行建设。受接入层设备尺寸限制，业界采用了封装尺寸较小的QSFP28作为100G 模块的标准解决方案，该方案产业链成熟，GBit成本是50GE光模块的一半，后续随首出货量的增加，成本会进一步降低。同时，业界已推出100G QSFP28单载波光模块，采用SiPhi+MZM+1310nm DFB技术实现100G单载波（56GBaud PAM4），该技术成熟应用后，100G QSFP28的成本优势会大幅提升。另外，100GE业务广泛应用于运营商市场，在数据中心也是主流业务。因此，从网络运营效率看，接入层应首选100GE。业界50GE光模块主流标准封装是SFP56，限于封装体积较小，最大只能支持到10km的传输距离，其电接口为50G PAM4信号，需与下一代50G PAM4 Serdes的业务芯片配合，而目前的主流业务芯片Serdes速率为25G NRZ，无法与50G PAM4配合。而支持10km以上较长传输距离的50G光模块采用非标准的QSFP28封装，其产业链暂不成熟，成本较高，短期内大幅度降成本可能性很小，因此，50GE光模块还有待产业链进一步成熟和明晰。
5G承载网汇聚层以Nx100G/200G速率为主。100G产业链相对比较成熟，传输距离目前覆盖承载网城域应用，可以满足包括40km和80km长距组网场景需求。200GE光模块业界主流同时支持100G/200G速率，OIF近期发布了DCO-CFP2相干标准草案 《IA # OIF-CFP2-DCO-01.0 Draft》，定义了DCO-CFP2实现100G/200G/300G/400G以太网及OTN应用，可与支持25G NRZ Serdes的业务芯片相配合，同时兼容下一代支持50G PAM4 Serdes的业务芯片。200GE光模块采用DCO-CFP2封装可实现80km以上传输距离的应用场景，其成本相对100GE有很大优势。在400G产业链还不完全成熟的情况下，无论从产业链还是成本方面考虑，Nx100G/200GE都是5G承载网汇聚层的最佳选择。
5G承载网核心层以Nx200GE/Nx400GE速率为主，如前所述，200G产业链已相对较为成熟，而400G ZR DWDM相干技术草案《400G ZR IA # OIF-400ZR 0.6-Draft》刚刚于2018年初发布，目标400G-DCO 80km。目前业界400G光模块光电接口实现方式主要有4种：CFP8、QSFP56-DD、OSFP和COBO，各种封装模块各有优缺点。业界对400G封装选择存在争议，综合考虑，基于16x25G NRZ电接口的光模块具有成熟的25G产业链，实现80km以上相干DCO技术相对容易，未来400G模块主要研究方向为基于50G PAM4 Serdes的QSFP56-DD或OSFP封装，预计业界将在2020年开始实现CFP8封装到QSFP56-DD或OSFP封装的过渡。在400GE产业链成熟之前，可选择Nx200GE作为5G承载核心层的主要组网方案。
未来无论5G承载采用什么技术方案，最终都离不开光模块技术的支持，长距离、低成本、高速率的光模块是实现5G低成本广覆盖的关键要素。中兴通讯在长期致力于承载网产品的设计与研发的同时，在5G承载网的关键技术之一光模块技术方面不断积累和创新，在高性能高阶调制、先进的FEC算法及预补偿、硅光集成等关键技术方面达到业界领先水平，已完成400G光传输系统的商用化部署，并完成了800G/1T传输速率的实验室验证，多次刷新了超100G的传输纪录，为未来5G承载的商用化部署提供了高速率光模块的解决方案。 
