光纤通信：40Gb/s光模块的研究与开发
2019-11-04 22:47:47
供稿：网友
随着光通信产业的全面回升，光器件市场需求也不断回升。武汉电信器件有限公司（WTD）与日本兼松株式会社成功了签署出口日本FTTH项目的光器件的合同，价值2900万美元的“光谷”最大的海外定单将进一步促进公司实力的壮大；加上国内最大的光电器件供给商的重要地位，WTD走进了万象更新、阳光明媚的2004年春天。
10Gb/s光收发模块的研发成功、产品的多样化、生产的批量化等一系列成果以及迅速占领的国内高端模块市场份额，促使WTD一路高歌猛进，果断、果断地追击40Gb/s模块市场，义无反顾地继续领跑国内模块高端产品的研发。40Gb/s光收发模块这一项目同时也取得了国家“十五”攻关重点项目和武汉市科技局光电子重大专项项目的资金资助。
40Gb/s光收发模块的研发曾经经历了几度磨难、几度艰辛。主要的问题有三点：一是资金投入太大，二是技术难度很高，三是市场需求严重不足。换句话说，就是“能不能做、做不做得出来、做出来后有没有人要”的问题。这些一直是光通信学术界和产业界争论不休、悬而未决的几个问题。但随着时间的推移，这些问题现在看起来都将迎刃而解。本文将就这几个问题作具体的探讨。
首先是资金投入的问题，40Gb/s误码仪和40Gb/s超高速示波器是主要的研发设备。近一百万美元的40Gb/s误码仪设备报价，使很多野心勃勃、试图开发40Gb/s光收发模块的国外小公司望而却步。非凡是在泡沫经济情况下，纷纷上马40Gb/s研发项目的美国和欧洲的一些小公司，由于极昂贵的设备投入费用、较高的光器件和IC芯片费用以及相对不菲的研发费用，使得这些小公司债务缠身，被迫关闭。而在中国，由于采取了比较谨慎和务实的研发策略和技术路线，在国外一哄而上开发40Gb/s项目的时候，采取了预研分析、稳健跟随的方法，等待和捕捉最佳研发时机和市场切入点。40Gb/s模块项目假如过早开发，由于所需的芯片、器件技术还不成熟，测试设备尚未完善；研发的技术难度非常大，很多问题是研发人员无法自己控制的，即使是花费了九牛二虎之力开发出样机来，也往往由于成本过高、体积太大、功耗过高、性能不佳等原因，不能很好地适应市场的需要，等到市场有较大的模块需求时，面对新一代产品的物美价廉的挑战，将面临着旧产品方案不忍放弃、新产品方案无力启动的问题，颇有些“食之无肉、弃之可惜”的鸡肋味道。另一方面，假如在研发条件相对成熟，芯片、器件、设备技术相对完善的条件下，没有积极地开展研发工作，又将丧失技术主导权，失去能“吃到第一口饭”的高利润时机，只能被动地满足市场需要，并与国际国内众多厂商拼成本价格战。因此，40Gb/s光收发模块项目的研发时机的选择是至关重要的。根据我们的调研情况来看，目前是40Gb/s光收发模块研发的最佳时机。在40Gb/s模块的研发的前期过程中，完全可以采用2.5Gb/s模块测试仪表和10Gb/s模块测试仪表来做模拟分析，只是在最后的40Gb/s模块总体验证时需要40Gb/s 误码仪和超高速示波器。
其次是技术难度的问题。由于WTD在2.5Gb/s和10Gb/s模块研发和批量生产过程中，积累了丰富的测试设备和雄厚的技术资源，在此基础上开展40Gb/s模块研发工作，将起到事半功倍的作用。40Gb/s光收发模块将采用Transponder模块的形式，设计成与国际MSA协议(Multi-Source Agreement)兼容的标准样式，模块的电接口采用16X2.5Gb/s形式，光接口是39.8Gb/s~43.1Gb/s的光信号。这种设计方式将大大降低40Gb/s光收发模块研发的技术难度，主要体现在如下四个方面：
1、发射机和接收机集成封装在一个标准的管壳内，集成度高，从而使体积大大减小，稳定性提高；
2、40Gb/s（或40 GHz）的高速电信号全部在模块内处理，只需设计很短的微波传输线，易于实现。同时可降低模块的维护难度，提高可靠性；
3、外部高速接口为光信号接口，电接口全为2.5Gb/s（或2.5GHz）较低速度信号接口；与10Gb/s和40Gb/s信号相比，2.5Gb/s的信号速率明显降低，相应的辐射、衰减和反射大量减少和降低；由此也避免了系统开发商在线卡上设计长的40Gbit/s高速PCB传输线的难题，从而可提高模块的开发速度，缩短开发周期；
4、采用统一的Multi-Source外部光电接口（MSA）和封装尺寸标准，易于实现多厂商兼容和互换应用；
再次就是模块的市场需求的问题。客观地讲，目前40Gb/s光收发模块的市场需求确实很小，但从稍长远来看，40Gb/s的市场正在逐步提升。主要原因有以下两个方面：
1、在国际上，一些大的生产厂商正积极开发40Gb/s高速光纤传输设备，争取及早抢占市场。随着我国加入WTO,通信运营业和通信设备制造业所面临的竞争局势更加严重,40Gb/s SDH(STM_256)光纤通信设备和系统是光传输网的发展方向,是光纤通信的制高点,也是光通信技术实力的标志之一。40Gb/s SDH(STM_256)在国际上能够把握的国家不多，该技术的突破将使我国在光通信领域与国际水平的差距进一步缩小，对我国民族光通信产业的发展有重要意义。目前，参与40Gb/s光纤网络技术与产品市场角逐的供给商主要有LUCent、Alcatel、Cinea、Simens、Cisco等公司，日本的NEC、NTT公司也在致力于这一技术与相关产品的研发。目前，美国和日本的一些公司已经推出40Gb/s 1310nm 2km Transponder模块等。
2、在国内，烽火科技、中兴通讯等公司也正积极研究和开发40Gb/s高速光纤传输SDH系统，尤其是烽火科技还在开展单通道速率是40Gb/s的 WDM系统的研发工作。近年来，我国新铺设的主干网、城域网系统有很多是10Gb/s SDH系统和DWDM系统，随着带宽需求量的急剧增加，40Gb/s将是今后发展的必然趋势。因此，研究开发我国自主知识产权的40Gb/s高速大容量光纤传输系统具有重大而深远的意义。这其中要害的一点就是要研究开发40Gb/s光电收发模块，它是40Gb/s光纤传输系统的要害技术之一。
3、40Gb/s光收发模块还有其他应用领域，非凡是2km短距离的数据通信领域的应用，如超高速路由器等。还有超级计算机之间的通信，需要实时传输大量数据的领域等。
国际上，目前仅有少数厂家提供40Gb/s模块样品，尚未形成批量生产。国内尚无厂家提供样品。WTD及时猜测并把握机会，已立项开发40Gb/s 光收发模块，项目目前进展顺利，预计2004年下半年推出样品，并在开发成功后一年占据国内的主要市场，将产生明显的经济效益和社会效益，在平抑国外产品价格的同时，更将有力推动国产高速传输系统的发展。
作者简介：胡毅，男，1973年12月出生，华中师范大学无线电电子学专业硕士毕业。目前在武汉邮电科学研究院WTD从事高速光电模块的研究开发。长期从事2.5Gb/s、10Gb/s光传输收发模块等“863”项目和光模块自动测试系统等的研发工作，获得国家发明专利实用新型一项。现负责40Gb/s光收发模块项目的研究开发。
