移动通信延续着每十年一代技术的发展规律，已历经1G、2G、3G、4G的发展。每一次代际跃迁，每一次技术进步，都极大地促进了产业升级和经济社会发展。从1G到2G，实现了模拟通信到数字通信的过渡，移动通信走进了千家万户；从2G到3G、4G，实现了语音业务到数据业务的转变，传输速率成百倍提升，促进了移动互联网应用的普及和繁荣。当前，移动网络已融入社会生活的方方面面，深刻改变了人们的沟通、交流乃至整个生活方式。4G网络造就了繁荣的互联网经济，解决了人与人随时随地通信的问题，随着移动互联网快速发展，新服务、新业务不断涌现，移动数据业务流量爆炸式增长，4G移动通信系统难以满足未来移动数据流量暴涨的需求，急需研发下一代移动通信（5G）系统。
5G作为一种新型移动通信网络，不仅要解决人与人通信，为用户提供增强现实、虚拟现实、超高清(3D)视频等更加身临其境的极致业务体验，更要解决人与物、物与物通信问题，满足移动医疗、车联网、智能家居、工业控制、环境监测等物联网应用需求。最终，5G将渗透到经济社会的各行业各领域，成为支撑经济社会数字化、网络化、智能化转型的关键新型基础设施。
第五代移动通信技术（5th Generation Mobile Communication Technology，简称5G）是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，5G通讯设施是实现人机物互联的网络基础设施。
国际电信联盟（ITU）定义了5G的三大类应用场景，即增强移动宽带（eMBB）、超高可靠低时延通信(uRLLC)和海量机器类通信(mMTC)。增强移动宽带（eMBB）主要面向移动互联网流量爆炸式增长，为移动互联网用户提供更加极致的应用体验；超高可靠低时延通信(uRLLC)主要面向工业控制、远程医疗、自动驾驶等对时延和可靠性具有极高要求的垂直行业应用需求；海量机器类通信(mMTC)主要面向智慧城市、智能家居、环境监测等以传感和数据采集为目标的应用需求。
为满足5G多样化的应用场景需求，5G的关键性能指标更加多元化。ITU定义了5G八大关键性能指标，其中高速率、低时延、大连接成为5G最突出的特征，用户体验速率达1Gbps，时延低至1ms，用户连接能力达100万连接/平方公里。
5G 移动通信主要性能指标
1.峰值速率需要达到10-20Gbit/s，以满足高清视频、虚拟现实等大数据量传输。
2.空中接口时延低至1ms，满足自动驾驶、远程医疗等实时应用。
3.具备百万连接/平方公里的设备连接能力，满足物联网通信。
4.频谱效率要比LTE提升3倍以上。
5.连续广域覆盖和高移动性下，用户体验速率达到100Mbit/s。
6.流量密度达到10Mbps/m2以上。
7.移动性支持500km/h的高速移动
光模块是5G网络物理层的基础构成单元，广泛应用于无线及传输设备，其成本在系统设备中的占比不断增高，部分设备中甚至超过50~70%，是5G低成本、广覆盖的关键要素。5G承载网络一般分为城域接入层、城域汇 聚层、城域核心层/省内干线，实现5G业务的前
传和中回传功能，其中各层设备之间主要依赖光模块实现互连，其典型应用场景及需求分析如表 1所示。
表1 5G承载光模块应用场景及需求分析
5G前传的典型应用场景如图1所示，包括 光纤直连、无源WDM和有源WDM/光传送网(OTN) /切片分组网(SPN)等。光纤直连场景 一般采用25Gb/s灰光模块，支持双纤双向和单纤 双向两种类型，主要包括300m和10km两种传输 距离。无源WDM场景主要包括点到点无源WDM和WDM-PON等，采用一对或一根光纤实现多个AAU到DU间的连接，典型需要10Gb/s或25Gb/s 彩光模块。有源WDM/OTN场景，在AAU/DU至 WDM/OTN/SPN设备间一般需要10Gb/s或25Gb/s 短距灰光模块，WDM/OTN/SPN设备间需要 N×10/25/50/100Gb/s等速率的双纤双向或单纤双 向彩光模块。
图1 5G前传典型应用场景
5G前传应用场景对光模块的典型要求如下：
(1)满足工业级温度范围，可靠性要求 高：考虑AAU全室外应用环境，前传光模块需满 足-40℃~+85℃的工业级温度范围，以及防尘等要求。
(2)低成本： 5G光模块总需求量预计超过4G，尤其前传光模块可能存在数千万量级的需求，低成本是产业对光模块的主要诉求之一。5G中回传覆盖城域接入层、汇聚层与核心 层，所需光模块与现有传送网及数据中心使用的 光模块技术差异不大，接入层将主要采用25Gb/s 、 50Gb/s、100Gb/s等速率的灰光或彩光模块，汇聚 层及以上将较多采用100Gb/s 、200Gb/s 、400Gb/s 等速率的DWDM彩光模块。
前传光模块是连接基带处理单元（BBU）与远端射频单元（RRU）/有源天线处理单元（AAU）CPRI链路物理承载的重要构成部分。从2G时代的1.25Gb/s、到3G时代的2.5Gb/s、再到4G时代的6/10Gb/s，承载光模块速率不断演进，传输距离主要包括300m、1.4km和10km等。随着5G时代的到来，AAU天线数量实现8T/8R至64T/64R的8倍提升，空口带宽由20MHz提升至100MHz，若保持CPRI切分方案，带宽需求将出现10Gb/s至400Gb/s的40倍提升。为减轻带宽压力，业界采用eCPRI切分方案，将部分BBU基带处理部署在AAU上，从而降低BBU与AAU之间的带宽需求。以100MHz空口带宽、64T/64R为例，5G前传单接口带宽需求下降至25Gb/s量级，可复用以太网成熟产业链来有效支撑。
5G部署初期，三大运营商将BBU集中，降低机房资源需求，从而实现快速规模部署。但集中式无线接入网（CRAN）场景对主干光纤消耗较大，业界相应提出基于25Gb/s的6波CWDM、12波LWDM/MWDM、48波DWDM等波分复用方案以收敛节约光纤资源。随着5G演进，后续版本（Rel17/Rel 18）的重点将在Sub 10GHz、毫米波等频段上展开，若天线数和空口带宽进一步增加，将需要50Gb/s及更高速率的光模块来满足前传带宽需求。
图2 5G前传承载需求演进
前传光模块主要包括25Gb/s和100Gb/s两大速率类 型，支持数百m到20km的典型传输距离，具体 技术现状如表2所示。
表2 5G前传光模块技术现状
目前，业界正在积极探索高速率、高性价比、满足前传工业级温度要求、并可保证十年以上长期可靠的下一代前传光模块解决方案，潜在需求如表3所示。
表3 5G前传新型光模块潜在需求
5G中回传光模块主要包括25Gb/s 、50Gb/s、100Gb/s 、200Gb/s 、400Gb/s 等多种速率，典型传输距离从几km到数百km，支持CPRI 、eCPRI 、以太网、 OTN等多种接口协议，以及NRZ 、PAM4 、DMT等调制格式，具体 技术现状如表4所示。
表4 5G中回传光模块技术现状
5G中回传接入层通常以环形拓扑为主，分布式无线接入网（DRAN）典型带宽需求为10/25/50Gb/s，CRAN典型带宽需求为50/100Gb/s。随着400Gb/s 30/40km光模块技术方案的日益成熟和800Gb/s光模块的演进升级，下一阶段5G中回传光模块将面临更多新型方案的选择。
表5 5G中回传新型光模块潜在需求
更长远来看，随着6G技术研究和应用探索的不断推进，6G前传容量可能出现大幅度提升。根据《6G无线热点技术研究白皮书（2020）》，6G将与云计算、大数据和人工智能进一步集成，在无线连接维度与广度方面存在巨大提升，可支持超大带宽视频传输、超低延时工业物联网、空天地一体互联等应用场景，系统性能需支持1Tb/s峰值速率和1Gb/s用户体验速率、0.1ms超低延时和高移速通信、超高频谱利用率等。6G无线接入网传输需求相比于5G空口峰值速率或将有百倍提升，加之空天地一体互联等新型需求，预计前传容量将需要数十倍提升。
