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随着光通信的高速发展，现在我们工作和生活中很多场景都已经实现了“光进铜退”。也就是说，以同轴电缆、网线为代表的金属介质通信，逐渐被光纤介质所取代。 光模块，英文名叫Optical Module。Optical，意思是“视力的，视觉的，光学的”。 准确来说，光模块是多种模块类别的统称，具体包括：光接收模块，光发送模块，光收发一体模块和光转发模块等。 光模块工作在物理层，也就是OSI模型中的最底层。它的作用说起来很简单，就是实现光电转换。把光信号变成电信号，把电信号变成光信号，这样子。 一个光模块，通常由光发射器件（TOSA，含激光器）、光接收器件（ROSA，含光探测器）、功能电路和光（电）接口等部分组成。 在发射端，驱动芯片对原始电信号进行处理，然后驱动半导体激光器（LD）或发光二极管（LED）发射出调制光信号。 之所以光模块会存在如此之多的不同封装标准，究其原因，主要是因为光纤通信技术的发展速度实在太快。 光模块的速率不断提升，体积也在不断缩小，以至于每隔几年，就会出新的封装标准。新旧封装标准之间，通常也很难兼容通用。 此外，光模块的应用场景存在多样性，也是导致封装标准变多的一个原因。不同的传输距离、带宽需求、使用场所，对应使用的光纤类型就不同，光模块也随之不同。 在讲解封装和分类之前，我们先介绍一下光通信的标准化组织。因为这些封装，都是标准化组织确定的。 目前全球对光通信进行标准化的组织有好几个，例如大家都很熟悉的IEEE（电气和电子工程师协会）、ITU-T（国际电联），还有MSA（多源协议）、OIF（光互联论坛）、CCSA（中国通信标准化协会）等。 MSA大家可能不怎么熟悉，它的英文名是Multi Source Agreement（多源协议）。它是一种多供应商规范，相比IEEE算是一个民间的非官方组织形式，可以理解是产业内企业联盟行为。 SFP的体积比GBIC模块减少一半，可以在相同的面板上配置多出一倍以上的端口数量。在功能上，两者差别不大，都支持热插拔。SFP支持最大带宽是4Gbps。 XFP采用一条XFI（10Gb串行接口）连接的全速单通道串行模块，可替代Xenpak及其派生产品。 SFP+的尺寸和SFP一致，比XFP更紧凑（缩小了30%左右），功耗也更小（减少了一些信号控制功能）。 速率达到25Gbps的SFP，主要是因为当时40G和100G光模块价格太贵，所以搞了这么个折衷过渡方案。 以QSFP28为例，它适用于4x25GE接入端口。使用QSFP28可以不经过40G直接从25G升级到100G，大幅简化布线难度以及降低成本。 QSFP-DD，成立于2016年3月，DD指的是“Double Density（双倍密度）”。将QSFP的4通道增加了一排通道，变为了8通道。 它可以与QSFP方案兼容，原先的QSFP28模块仍可以使用，只需再插入一个模块即可。QSFP-DD的电口金手指数量是QSFP28的2倍。 传统的数字信号最多采用的是NRZ（Non-Return-to-Zero）信号，即采用高、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。 而PAM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信号两倍的信息量，从而实现速率的倍增。 CFP是在SFP接口基础上设计的，尺寸更大，支持100Gbps数据传输。CFP可以支持单个100G信号，一个或多个40G信号。 CFP、CFP2、CFP4的区别在于体积。CFP2的体积是CFP的二分之一，CFP4是CFP的四分之一。 CFP8是专门针对400G提出的封装形式，其尺寸与CFP2相当。支持25Gbps和50Gbps的通道速率，通过16x25G或8x50电接口实现400Gbps模块速率。 它被设计为使用8个电气通道来实现400GbE（8*56GbE，但56GbE的信号由25G的DML激光器在PAM4的调制下形成），尺寸略大于QSFP-DD，更高瓦数的光学引擎和收发器，散热性能稍好。 大家注意到，刚才介绍封装的时候，小枣君一共提到了3种支持400Gbps的光模块，分别是QSFP-DD、CFP8和OSFP。 众所周知，因为5G网络建设的大规模启动，加上云计算迅猛发展、大规模数据中心批量建设，ICT行业对400G的需求变得越发迫切。 早期的400G光模块，使用的是16路25Gbps NRZ的实现方式，采用CDFP或CFP8的封装。 这种实现方式的优点是可以借用在100G光模块上成熟的25G NRZ技术。但缺点是需要16路信号进行并行传输，功耗和体积都比较大，不太适合数据中心的应用。 相比较来说，QSFP-DD封装尺寸更小（和传统100G光模块的QSFP28封装类似），更适合数据中心应用。OSFP封装尺寸稍大一些，由于可以提供更多的功耗，所以更适合电信应用。 目前的400G光模块，不管是哪种封装，价格都很昂贵，离用户的期望值还有很大差距。所以，暂时还无法快速进行全面普及。 如上图所示：100GBASE-LR4名称中，LR表示long reach，即10Km，4表示四通道，即4*25G，组合在一起为可以传输10Km的100G光模块。其中-R的命名规则如下： 之所以有了IEEE的100GBASE，还会有MSA的PSM4和CWDM4，是因为当时100GBASE-SR4支持的距离太短，不能满足所有的互联需求，而100GBASE-LR4成本太高。PSM4和CWDM4提供了中距离更好的解决方案。 光的波长，直接决定了它的物理特性。目前我们在光纤里使用的光，中心波长主要分为850nm、1310nm和1550nm（nm就是纳米）。 WDM，就是Wavelength Division Multiplexing（波分复用）。简单来说，就是把不同波长的光信号复用到同一根光纤中进行传输。 波分复用和频分复用其实，波分复用就是一种频分复用。波长×频率=光速（固定值），所以按波长分其实就是按频率分。而光通信里面，人们习惯按波长命名。 BiDi（BiDirectional）就是单纤双向，一根光纤，双向收发。工作原理如下图所示，其实就是加了一个滤波器，发送和接收的波长不同，可以实现同时收发。 输出光功率指光模块发送端光源的输出光功率。可以理解为光的强度，单位为W或mW或dBm。其中W或mW为线性单位，dBm为对数单位。在通信中，我们通常使用dBm来表示光功率。 一般情况下，速率越高接收灵敏度越差，即最小接收光功率越大，对于光模块接收端器件的要求也越高。 它是指全调制条件下信号平均光功率与空号平均光功率比值的最小值，表示0、1信号的区别能力。光模块中影响消光比的两个因素：偏置电流（bias）与调制电流（Mod），姑且看成ER=Bias/Mod。 又称饱和光功率，指的是在一定的传输速率下，维持一定的误码率（10-10～10-12）时的最大输入光功率，单位：dBm。 需要注意的是，光探测器在强光照射下会出现光电流饱和现象，当出现此现象后，探测器需要一定的时间恢复，此时接收灵敏度下降，接收到的信号有可能出现误判而造成误码现象，而且还非常容易损坏接收端探测器，在使用操作中应尽量避免超出其饱和光功率。 整个5G网络建设，最花钱的地方有两个，一个是基站，还有一个就是光承载网。光承载网里面，光纤的水份不多，但是光模块比较让人头大。 而芯片这块，目前的现状是：国外厂商在高端芯片上占据优势，国内厂商在中低端芯片占有优势。但国内厂商在不断向高端市场进行突破。高端芯片的利润率高于低端，这个是显然的。 从整体上来看，中国光通信企业有超过1000家，但利润率都非常低。而且，在产业链格局上，面对设备商（华为、中兴），光通信企业也比较“卑微”，没有什么议价能力。 关于产业链的具体情况，因为5G的原因，现在券商们非常关注，也输出了很多的相关报告，大家可以自行搜索阅读一下。 广告声明：文内含有的对外跳转链接（包括不限于超链接、二维码、口令等形式），用于传递更多信息，节省甄选时间，结果仅供参考，IT之家所有文章均包含本声明。 竞技宝官网app |
