从“工业互联网”到5G
诸如西门子、海尔、格力等传统制造业龙头，利用现代通信技术，逐渐形成“
互联网+制造业”的方向，进军消费电子产品、无人驾驶等行业。
制造业不会消失，只有落后的制造业会消失。在当前更重视制造业的政策环境下，尤其是经过2018年中美贸易摩擦的阵痛之后，去库存、去产能已成为通信器件商的共识。为进一步提高生产效率，适应日益精细化的客户需求，“工业互联网”应运而生。
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举个某德国研究所的例子：在5G网络下，对飞机喷气式发动机所用的扇叶盘进行测试发现，利用毫秒级的低延时能力控制和实时监控生产工艺，可以将打磨时间降低25%, 质量提升20%。
很长时间以来，人们期望用技术拉动市场，而现实时常反之——比如物联网概念的提出由来已久，至今未能妥善落地。为了解决这些箭在弦上的问题，政府一定会不遗余力地发展5G技术，并且会更加务实和谨慎。
5G市场的一些背景
器件商在生产环节上受核心芯片的制约，在遵守行业相关标准的条件下产品同质化严重，由于日趋激烈的竞争环境不得不减少产品利润以求获得市场占有率。由于历史原因，当前绝大部分的光网络采用的是传统封闭系统，即网络中所有硬件设备与控制软件都来自于一家厂商。
业内普遍认为,
5G移动方面，一半以上运营商处于正在测试或试验阶段，已推出服务或宣布预商用的运营商约占7%; 5G固定无线接入方面, 38%运营商处于正在测试或试验阶段, 20%左右运营商已推出可用性有限或非3GPP标准的服务。从2018年至2023年间，运营商5G网络投资将超2000亿美元，而且实际可能远不止于此。
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上文已经提到了光器件商的尴尬处境，从芯片研发到通信设备的集成，拥有较好经济效益的企业尚且选择了发挥资金优势、集成各技术平台以求获得最优的市场竞争力，这对规模较小的企业来说市场威胁无疑更加致命。
国内运营商5G技术方案
以5G前传场景为例，有机构预测, 5G前传承载技术中光纤占据70%的市场份额，有源WDM-OTN占领20%的市场，无源WDM占领剩余的10%的市场。
如果说骨干网、核心网好比高铁干线，那么前传场景则类似于县道、村村通——将直接面对无数个终端用户，因此挑战甚多。
光纤丰富的区域以光纤直驱为主，一扇区一根光纤(One Fiber One Cell)。
考虑到光纤资源的节省，上下行能保证高精度时间同步，单纤双向的BiDi模块更具优势，采用eCPRI接口。低成本的25G可调谐激光器一直是业界难题，目前尚处于技术攻关期；而在波长选择上，业界认为1270nm（上行）/1330nm（下行）方案有利于实现低成本。
光纤资源稀缺的场景采用无源波分系统，一基站一根光纤(One Fiber One Site)。
将一个基站所有业务波长复用至一根或一对光纤进行回传，由于此处需要大量的彩光模块，给安装、备件和维护带来一些不便，此场景下需要光模块支持波分复用或是波长可调谐；无源器件可使用基于TFF工艺的5G OMUX。
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光纤资源极度稀缺的情况下，多基站一根光纤(One Fiber N Sites)。
这是一个点到多点的WDM无源方案。比如使用40波长的AAWG，可覆盖6个基站（每个基站3扇区，共18个AAU, 20波上行、20波下行）。此拓扑结构符合基于PON的光无源网络，最大限度地利用旧现网ODN网络。
这三者的优劣势的对比如上表所示。我国运营商经过多年的网络建设和优化，已形成较为稳定的城域光缆网, 5G的高速率、低时延等对光纤容量及连接密提出更高要求，对网络拓扑提出挑战，光纤基础设施架构、功能、拓扑和光纤类型都将发生变化。
面向5G网络, 25/50/100Gb/s新型光模块逐渐在前传、中传和回传接入层引入，Nx100/200/400Gb/s高速光模块将在回传汇聚和核心层引入。5G光模块在传输距离、调制方式、工作温度和封装等方面存在不同方案，需结合应用场景、成本等因素适需选择。
5G关键技术以及降低成本策略
比如4G时代远端射频模块(RRU)和基带处理单元(BBU)之间的信号传输使用CPRI协议, 3GPP对应为5G更高的带宽需求新出了新标准eCPRI, 前传接口带宽被压缩至25G, 这是在网络协议层面降低了成本。25G低成本可调谐激光器对产业链发展的研究、25G/50G DWDM光模块的标准化、25G BiDi光模块的研发是当前亟待解决的难题。
有源器件光模块是实现光电转换的关键产品，在芯片能力制约的前提下，大容量需求的5G网络增加光模块带宽主要通过波分复用和光纤并行的方式——这些方案都不可避免地增加了系统成本：比如100G单模并行的PSM4采用了四根光纤，相比于CWDM4来说，这是昂贵的，因此标准组织给其定义的是500m传输距离而不是其能力范围内的10km。
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答案是可行的。在更高速率下, PAM4调制结合DSP数字信号处理芯片成为了重要方式——比如5G的中传网络和回传接入层对50Gbit/s速率的光模块有所需求，考虑到降低成本，基于25G速率激光器和PAM4调制格式的光模块成为了具有极具吸引力的方案。
PAM4技术存在信噪比与信号带宽之间的权衡，当然我们可以通过模拟CDR或者数字信号处理芯片DSP进行信号补偿，具体原理这里略而不表。另外, 50G PAM4产品需要高线性度的电芯片，并且给产品的一致性测试带来了一定的困难。
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但是相干技术是复杂并且昂贵的，如何将应用于远程骨干网的相干技术简化，在满足200km以内的5G回传网络要求的前提下尽可能地降低成本，是一个非常好的研究课题。
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根据不同传输距离和场景选择不同的产品。短距离的应用场景如果使用支持传输100km的激光器那就显得有些过分。比如OTN客户侧100m以内的传输场景我们可以使用基于VCSEL激光器和多模光纤的SR产品, 10km左右的距离我们可以使用DFB激光器等。?
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对未来市场的预测
超大规模数据中心、光纤到户(FTTH)以及DWDM无源器件的蓬勃发展一定程度上挽救了去年的全球销售额。
5G蓄势待发，初期部署将从2019年开始，大规模商用将从2020年开始。整个5G建设周期, 5G宏基站数量很可能是4G的1.5~2倍，基站按三扇区考虑，预计整个5G网络会带来数千万量级的25/50/100Gbps高速光模块用量；进一步考虑我国数据中心巨大的发展空间，电信宽带用户3倍于美国，高速光模块的发展前景则更加可观。
光模块产业是属于技术驱动型的制造业的一部分，我国相关研究和生产处于全球领先的水平，不乏一些知名企业。由于市场差异，美国市场更重视超大数据中心光模块的需求，以VCSEL激光器芯片方案为主的短距离多模产品的大量需求给国内一些企业来带了商机；而中国不同，超大数据中心市场尚未起步，更多以FTTH应用的WDM-PON产品以及DWDM系统的设备升级作为主要业务增长点。
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传统100G PSM4方案使用4个25G速率的激光器分别调制4路信号经4根光纤（MPO高密度连接器）传输100G的总体速率。引入硅光技术后，调制器和无源光路可以高度集成，大幅节约了芯片成本（光模块中40%是光芯片成本，其中20%左右的激光器成本节约3/4）。
总结
