2020年光模块行业研究分析报告

2020年光模块行业研究分析报告名词解释-05中国光模块行业综 述-08光模块定义-08光模块分类-09光模块在5G承载网的应用-10光模块发 展现状-12光模块产业链 分析-13中国光模块行业驱动 力分析-185G建设加速推动光模块需求增长-18核心芯片国产化加速-19中国光模块在5G承载网领域市场规 模分析-20中国光模块行业政策分析-21中国光模块行业发 展趋势 分析-22产业链 加速整合-22PAM4成为光模块主流信号调制技术-23中国光模块行业竞 争格局分析-24中国光模块行业投资风险 分析-26中国光模块行业企业推荐-27目录录FP激光器：Fabry-Perot Laser，即法布里-珀罗激光器，一种边发 射激光器，适用于中短距场景。DPB激光器：Distribute Feedback Laser，即分布反馈式激光器，一种边发 射激光器，在FP激光器的基础上采用光栅滤 光器件使器件，只有一个纵模输出，适用于中长距场景。EML：Electroabsorption Modulated Distributed Feedback Laser Chip，即电吸收调制激光器，一种边发 射激光器，在DFB激光器的基础上增加吸收调制器（EAM）以提升激光器的输出功率、传输 速率及温度稳定性，适用于中长距场景。VCSEL：Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，即垂直腔面发射激光器，一种面发射激光芯片，适用于中短距场景。二级级管探测测器：光信号接收器，适用于中短距场景。雪崩二极管探测测器：Avalanche Photodiodes（APD）探测器，光信号接收器，适用于中长距场景，灵敏度高。光发发收组组件：激光器和探测器分别与尾纤、结构件以及滤光片封装为光发射组件、光接收组件（光发收组件）。LR：Long Reach，表示光模块的传输 距离。LR指10km以上的传输 距离。LR后面的数字表示光模块信号通道数量，例如LR4表示有4个信号通道，传输 距离超过10km的光模块。ER：Extended Reach，表示光模块的传输 距离。ER指40km以上的传输 距离。ER后面的数字表示光模块信号通道数量。FR：表示光模块的传输 距离。FR指2km以上的传输 距离。FR后面的数字表示光模块信号通道数量。NRZ信号：采用高、低两种信号电平来表示要传输 的数字逻辑 信号的1、0信息，每个信号符号周期可以传输 1bit的逻辑 信息。PAM4信号：采用4个不同的信号电平来进行信号传输 ，每个符号周期可以表示2个bit的逻辑 信息（0、1、2、3）。在相同通道物理带宽 情况下，PAM4传输 相当于NRZ信号2倍的信息量，从而实现 速率的倍增。RUU：Remote Radio Unit（RRU），基站设备 之一，将接收自基带处 理单元的数字或发送往基带处 理单元的模拟信号进行D/A、A/D、数字上/下变频 、射频信号调制解调，并将这些发送/接收到的射频模拟信号进行功率放大，噪声减小，最终经 由滤波器元件传送至天馈系统进 行发射。BBU：Base Band Unit（BBU），即基带处 理单元，基站设备 之一，主要完成信道编解码、基带信号的调制解调、协议处 理等功能，同时需要提供与上层网元的接口功能以及完成重要物理层核心技术的处理。名词词解释释（1/3）AUU：Active Antenna Unit（AAU），即有源天线单 元，为天线与射频处 理单元（RUU）的集成。CU：Centralized Unit，将原BBU的非实时 部分将分割出来，重新定义为 CU，负责处 理非实时协议 和服务。DU：Distribute Unit，BBU的剩余功能重新定义为 DU，负责处 理物理层协议 和实时 服务。CU与DU集合为4G时代的BBU。磊晶生长：一种用于半导体器件制造过程中，在原有晶片上长出新结晶，以制成新半导体层的技术。PCB：Printed Circuit Board，即印制电路板，是在电子通用基材上形成点间连 接及印制元件的印刷电路板。WDM：Wavelength Division Multiplexing，波分复用技术，是将两种或多种不同波长的光载波信号（携带各种信息）在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输 的技术。DWDM：Dense Wavelength Division Multiplexing，密集波分复用，是WDM技术的一种。DWDM的信道间隔从0.2nm到1.2nm。Fabless：企业只负责 芯片的设计 与销售，将磊晶生长以及晶粒制造环节 外包。IDM：企业业务 覆盖光通信芯片整个生产流程包括芯片设计 、磊晶生长以及晶粒制造环节 。消光比：指激光器在发射全“1”码时 的光功率P1与全“0”码时发 射的光功率P0之比。Gbaud：调制速率，指有效数据讯号调制载波的速率，即单位时间 内载波调制状态变 化的次数。它是对符号传输 速率的一种度量，1波特即指每秒传输 1个符号，而透过不同的调制方式，可以在一个码元符号上负载 多个bit位讯号。Gb/s：比特率的单位，可简写为“G”。比特率越高，单位时间传 送的数据量（位数）越大。Post-FEC：纠错 后误码 率。FEC纠错 算法根据自身的纠错 能力，对接收到的部分错误码进 行纠正后，无法被纠正的错误 比特数与总传 送比特数的比率。PMA：Physical Medium Attachment Sub-layer，用于适配PMD层，提供映射、复用解复用、时钟 恢复等功能，可选提供环回、测试 等辅助诊断功能。PMD：Physical Medium Dependent Sub-layer，提供物理传输 媒介接口。一个以太网速率，存在多个不同的PMD子层，分别适配不同的物理接口。PMD子层同时负责对数据通道信号检测 功能。GPON：最新一代宽带 无源光综合接入标准，具有高带宽 ，高效率，大覆盖范围，用户接口丰富等众多优点，被大多数运营商视为实现 接入网业务宽带 化，综合化改造的理想技术。名词词解释释（2/3）EPON：是基于以太网的PON技术。它采用点到多点结构、无源光纤传输 ，在以太网之上提供多种业务 。硅光子集成技术术：以硅和硅基衬底材料（如SiGe/Si、SOI等）作为光学介质，通过互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容的集成电路工艺制造相应的光子器件和光电器件（包括硅基发光器件、调制器、探测器、光波导器件等），并利用这些器件对光子进行发射、传输 、检测 和处理，以实现 其在光通信、光互连、光计算等领域中的实际应用的技术。名词词解释释（3/3）中国光模块块行业综业综 述光模块块定义义激光器芯片与探测器芯片是实现 光模块光电信号转换 功能的核心器件。不同类型的激光器和探测器在性能和成本等方面存在差异 光模块块定义义光模块用于实现 光电信号的转换 ，广泛用于5G承载网与数据中心，由光发射组件（含激光器）、光接收组件（含光探测器）、驱动 芯片与放大器等组成。在发送端，一定速率的电信号经驱动 芯片处理后驱动 激光器发射出相应速率的调制光信号。在接收端，一定速率的光信号输入模块后由光探测器（PD）转换为电 信号，经前置放大器后输出相应速率的电信号。激光器芯片光发发射组组件探测测器芯片光接收组组件光模块结块结 构电电芯片驱动驱动 芯片光发发射组组件激光器芯片内置光纤纤陶瓷套管放大器光接收组组件探测测器芯片内置光纤纤陶瓷套管电电信号电电信号光纤传输纤传输调调制光信号电电信号电电光转换转换光传输传输光电转换电转换电电信号光模块块工作原理光芯片 光芯片定义义激光器芯片与探测器芯片是实现 光模块光电信号转换 功能的核心器件，统称为光芯片。光芯片的传输 速率直接决定光模块传输 速率，是光模块产业 中技术壁垒最高的环节 ，亦是中国当前亟待突破的环节 。激光器芯片可分为垂直腔面发射激光器（VCSEL）、法布里-珀罗激光器（FP）、分布式反馈激光器（DFB）、电吸收调制激光器（EML）等；探测器可分为PIN结二极管（PIN）、雪崩光电二极管（APD）等。不同类型的激光器和探测器在性能和成本等方面存在差异，光模块厂商可根据具体规格要求选择 不同的芯片方案。类别类别传输传输 速率传输传输 距离应应用场场景优优点缺点激光器芯片FP155M-10G小于20km基站、数据中心谱线较 窄，调制速率高，成本低耦合效率低，线性度差DFB2.5G-40G小于40km基站、数据中心谱线窄，调制速率高，波长稳定好耦合效率低，成本高EML10G以上大于40km基站、数据中心调制速率高、稳定性好成本高VCSEL155M-25G500m数据中心、消费电子领域线宽窄、功耗低、调制速率高，耦合效率最高，成本大幅下降线性度差探测测器芯片PIN155M-40G-基站、数据中心噪声小，工作电压 低，成本低灵敏度低APD1.25G-10G-基站、数据中心灵敏度高成本高光芯片分类类来源： IMT-2020中国光模块块行业综业综 述光模块块分类类按传 输 速率分类 ，光模块 可分为 10Gb/s、25Gb/s、50Gb/s、100Gb/s、200Gb/s与400Gb/s等。当前，中国头部光模块企业已实现 5G承载网领域200Gb/s光模块的量产分类类方式光模块块种类类光模块块介绍绍光模块对块对比按是否支持波分复用（WDM）应用彩光模块支持波分复用技术，允许中心波长不同的光信号在同一根光纤中传输 且互不干涉，实现 同时在一根光纤上传输 多路信号每一路信号都由某种特定波长的光传送彩光模块技术难度大、成本更高，彩光模块支持WDM技术可大量节省光纤资源灰光模块不支持波分复用技术，一根光纤仅 能传输 一路信号按光接口模式分类双纤双向（Duplex）需配置两根光纤与两个光端口，分别负责 信号的发射与接收BiDi光模块技术难度更大，5G前传使用的Duplex已实现 量产，而BiDi光模块还 在样品阶段BiDi光模块仅需配置一根光纤与一个光端口，节省单纤 双向（BiDi）仅需配置一根光纤与一个光端口。BiDi光模块利用WDM技术光纤资源与光端口资源，为未来主流光模块实现 一根光纤同时传输 收发两个方向的光信号按调制格式分类NRZ信号采用高、低两种信号电平来表示要传输的数字逻辑信号的1、0信息，每个信号符号周期可以传输 1bit的逻辑 信息PAM4光模块中PMA信号调制芯片技术难度极大，中国极少的企业可以量产PAM4光模块块可减少激光器与探测测器成本。以50G光模块为 例，采用NRZ调制模式的光模块需集成2个25G激光器，而采用PAM4调制模式的光模块仅需1个25G激光器PAM4信号采用4个不同的信号电平来进行信号传输 ，每个符号周期可以表示2个bit的逻辑 信息（0、1、2、3）。在相同通道物理带带宽宽情况下，PAM4传输传输 相当于NRZ信号2倍的信息量，从而实现速率的倍增 光模块块分类类按传输传输 速率分类类，光模块可分为10Gb/s、25Gb/s、50Gb/s、100Gb/s、200Gb/s与400Gb/s等。当前，中国头头部光模块块企业业已实现实现 5G承载载网领领域200Gb/s光模块块的量产产与数据中心领领域400Gb/s光模块块的量产产。相同速率光模块按是否支持波分复用、光接口模式、调调制格式可进一步拆分。光模块块分类类中国光模块块行业综业综 述光模块块在5G承载载网的应应用（1/2）5G基站采用的三级架构相比4G基站的二级架构增加一层光传输环节 ，光端口数量增加，光模块的需求也因此增加 5G承载载网架构介绍绍电信运营商通信网络整体结构通常包括骨干网与城域网，其中骨干网是运营商核心网络，城域网可分为核心层、汇聚层与接入层。电信运营商在接入层建设大量的通信基站，将网络信号覆盖至各个区域，使用户可以接入网络。同时，通信基站将用户的数据通过城域汇聚层和核心层网络回传至电信运营商的骨干网。4G EPC骨干网回传回传AAUDUCU天线线RRUBBU前传中传前传基站设备设备