我国光纤通信建设实现飞跃式发展,产业链实现全国产,未来技术突破点在哪儿?

微观人 2022-10-25
3205 字丨阅读本文需 8 分钟

近日,诺基亚宣布推出全球最先进的光纤宽带平台诺基亚Lightspan MF-14。该平台是全球首款第6代宽带平台,能够在单一光纤基础设施上融合所有服务。

Lightspan MF-14是世界上第一个第6代光纤线路终端(OLT),已经被欧洲、北美和亚太地区建设25Gb/秒网络的客户选用。该平台正在全球运营商中试用,计划在年底前部署。

MF-14专为大规模部署25G、50G和100G PON网络的光纤宽带新时代而设计,可满足运营商未来几十年的宽带需求。

诺基亚的宽带网络副总裁表示:“光纤到户正得到进一步的发展与推广,这得益于多项技术进步,尤其是支持所有新服务的高速PON技术,以及为网络带来更多智能的SDN。光纤上的大量连接点使得即时查看网络中发生的一切、完全自动化网络控制以及在不中断服务的情况下执行操作成为一项挑战。我们当前的产品组合在支持当今和未来服务的许多要求方面表现出色,但我们仍在不断优化。MF-14平台将适合正在同一环境中规划大规模25G PON、50G甚至100G PON的运营商。”

光纤光缆从生产制造到光网建设取得跨越式发展

光纤的高带宽、低衰减等诸多优势使得光纤通信技术在全球范围内取得了飞速的发展。中国光纤光缆制造业从无到有、从小到大、从弱到强的成长历程实践了科学发展之路。近年来的“宽带中国”“光进铜退”“双千兆”“网络强国”建设更是助推光纤光缆行业实现跨越式发展。

十年来,在基础网络建设、固定宽带接入与移动流量市场需求增长的共同驱动下,我国光纤市场获得大发展,已建成世界最大的光纤网络,是名副其实的光纤光缆生产大国。光缆年产量从2012年的1.85亿芯公里稳步增长到2021年的3.22亿芯公里,年产量增长了73.9%。2022年1至8月份光缆产量2.32亿芯公里,同比增长11.7%,保持较高增速。截至2022年8月,近十年累计生产光缆29.8亿芯公里,光缆产量居全球之首。

我国不仅是光纤光缆生产大国,还是贸易大国,光纤光缆出口量世界第一。2021年我国光纤光缆出口总量是2013年的4.9倍。其中,2021年光缆出口量为40.4万吨,出口额168.4亿元,出口量和出口额分别是2017年的2.2倍和1.7倍;光纤出口量为9314吨,出口额30.7亿元,分别是2017年的4.7倍和2.0倍。国内光纤光缆龙头企业积极布局海外,我国光纤光缆出口量稳步增长,2022年前8个月光纤光缆出口贸易额同比增长22.7%。

在光纤光缆行业大发展的同时,我国光纤网络建设取得新突破。光缆线路长度从2012年的1481万公里增长到2022年6月的5791万公里,增长了2.9倍,2012年至2021年光缆线路长度的年均复合增长率达15.7%。我国已经建成全球规模最大、技术领先的光纤化固定通信网络和移动通信网络,全国所有地级城市均建成光网城市,尤其是光缆的最后一公里建设在近十年得到快速发展。接入网光缆长度从2012年的669万公里增长到2022年6月的3625万公里,增加了4.4倍,年均复合增长率超过20%,接入网光缆长度占比也从十年前的45.2%提升到目前的62.6%。我国已经基本实现光纤入户,并逐步向“十四五”提出的光纤到房间(FTTR)、光纤到桌面(FTTD)目标发展。光纤光缆建设也有力地推动了我国农村宽带网络建设,我国已经历史性实现全国行政村“村村通宽带”,为缩小城乡“数字鸿沟”做出了重要贡献。

光纤光缆的发展使得固定互联网接入带宽实现指数级增长

十年来,在4G/5G 网络建设、宽带中国、新基建、双千兆等国家产业政策推动下,我国宽带网络加速建设,固定互联网接入用户的光纤化、高速化进程不断加快,固定互联网接入带宽实现从十兆到百兆再到千兆的指数级增长。

2012年全国1.75亿固定互联网接入用户中,81.2%的用户带宽在2M至8M之间,仅有13.1%的用户接入带宽在8M及以上。十年后的今天,截至2022年8月末,固定宽带接入用户规模已经达到5.71亿户,增加了2.3倍,其中95.0%是光纤接入(FTTH/O)用户。100M及以上的用户占比达到93.8%,其中更是有12.4%用户的接入带宽在1000M及以上。固定互联网用户的接入带宽实现指数级增长,并且近年来千兆带宽用户规模增长迅速,占比不断提升。

宽带用户规模和带宽快速增长的背后是光纤网络发展建设和覆盖能力的不断提升。2012年光纤接入(FTTH/O)端口1.15亿个,占互联网接入端口的比重为22.7%,到2022年8月,光纤接入(FTTH/O)端口达到9.85亿个,规模增加了7.7倍,占互联网接入端口的比重更是提升至95.5%,互联网宽带接入端口的技术类型发生根本性变化,接入端口基本实现全光纤化。截至2022年8月,我国具备千兆网络服务能力的10G无源光纤网络(PON)端口数达1214万个,千兆光纤宽带网络覆盖和服务能力快速提升。

光棒寡头垄断,但光纤光缆竞争充分

光纤光缆行业产业链三大环节为光纤预制棒-光纤-光缆,光纤预制棒利润占比 约 70%。上游光棒生产厂家对原材料进行芯棒制作和外包制作成光棒,下游光纤 光缆制造商通过拉丝等工艺将光棒制作成为光纤,再根据需求生产出一芯或多芯 光缆。根据中国工程院院士赵梓森,光纤预制棒由于生产技术壁垒较高,占据了产 业链 70%的利润,而光棒拉纤及光纤成缆环节由于技术、资金壁垒相对较低,市 场竞争充分,分别占据产业链利润的 20%和 10%。据 CRU 报告,全球仅有 20 家左右厂商掌握光纤预制棒制备工艺,国内光棒产能主要集中在长飞光纤、中天科技、 亨通光电、富通信息、烽火通信、永鼎股份、通鼎互联等几家龙头厂商。

全球各大型光纤光缆厂商为控制成本,均已自主掌握预制棒制备技术,不再外 购,因此光纤光缆行业集中度近年来持续提升。根据网络电信信息研究院的《全球 光通信最具竞争力企业10强》榜单,全球光纤光缆企业市场份额前十分别为康宁、 古河电工、长飞光纤、中天科技、亨通光电、富通信息、住友电工、普睿司曼、烽 火通信、藤仓,CR10 从 2019 年 86%升至 2021 年 98.59%,5 家国内企业上榜, 2021 年长飞光纤、中天科技、亨通光电以 12.18%、9.35%、8.84%的市占率分列 3-5 名。

国内来看,头部企业依靠光棒自产及外销占据更高份额,但光纤光缆整体市场 竞争较为充分。以中国移动 2019-2021 年三年集采中标情况为参考,长飞光纤、 中天科技、亨通光电、富通信息、烽火通信等龙头厂商由于拥有自产光棒,供货较 为稳定,中标份额也基本维持在行业领先水平。但同时,其他厂商以较为优惠的价 格折扣进行竞争,也在运营商集采中获得了一定份额,反映出光纤光缆较低的壁垒与较为充分竞争的市场格局。

未来技术发展展望

光纤通信技术从最初的低速传输发展到现在的高速传输,已成为支撑信息社会的骨干技术之一,并形成了一个庞大的学科与社会领域。今后随着社会对信息传递需求的不断增加,光纤通信系统及网络技术将向超大容量、智能化、集成化的方向演进,在提升传输性能的同时不断降低成本,为服务民生、助力国家构建信息社会发挥重要作用。

(一)智能化光网络

与无线通信系统相比,智能化光网络的光通信系统及网络在网络配置、网络维护及故障诊断方面仍处于初级阶段,智能化程度不足。由于单根光纤容量巨大(可能大于 100 Tbit/s),任一光纤故障的发生将给经济、社会带来很大影响,因此网络参数的监测对未来智能网络的发展至关重要。今后这方面需关注的研究方向有:基于简化相干技术与机器学习的系统参数监测系统、基于相干信号分析和相位敏感光时域反射(OTDR)的物理量监测技术。

(二)集成技术与系统

器件集成的核心目的是降低成本。在光纤通信技术中,通过不断的信号再生可以实现信号的短距离高速传输。但是由于相位和偏振态恢复的问题,目前相干系统的集成还较困难。另外,如果大规模集成的光 – 电 – 光(OEO)系统可以实现,也会显著提升系统容量。但是限于技术效率低、复杂度高、难以集成等因素,光通信领域不太可能广泛推广如全光 2R(再放大、再整形)、3R(再放大、再定时、再整形)等全光信号处理技术。因此,在集成技术与系统方面,今后研究的方向有:对空分复用系统的现有研究虽已较丰富,但学界、业界对空分复用系统关键器件尚未实现技术突破,需进一步加强研究,如集成激光器与调制器、二维的集成接收机、高能效的集成光放大器等;新型光纤可能会显著拓展系统带宽,但仍需深入研究以确保其综合性能与制造工艺能达到现有单模光纤的水平;研究通信链路中可与新型光纤搭配使用的各类器件。

(三)光通信器件

在光通信器件中,硅光器件的研发已初见成效。但目前国内相关研究多以无源器件为主,对有源器件的研究较为薄弱。在光通信器件方面,今后的研究方向有:有源器件与硅光器件的集成研究;非硅光器件集成技术的研究,如 III-V 族材料衬底集成技术的研究;新型器件研发的进一步跟进,如兼具高速与低功耗优点的集成铌酸锂光波导。

文章来源: 光电通信,中国工程院院刊,未来智库,通信产业报

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