我國(guó)光纖通信產(chǎn)業(yè)面臨挑戰(zhàn)

中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)新疆有限公司阿克蘇地區(qū)分公司，新疆 843000

*通訊作者：李濤，1977年12月，男，漢族，山東莒縣人，現(xiàn)就職于中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)新疆有限公司阿克蘇地區(qū)分公司，通信工程師，本科。研究方向：通信工程傳輸與接入專業(yè)。

摘? ? 要：當(dāng)今信息社會(huì)，光纖通信由于其傳輸容量大，成本相對(duì)低廉，信號(hào)穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)，在信息傳輸網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮著絕對(duì)主力的作用。對(duì)光纖通信技術(shù)的研究具有重要的科學(xué)技術(shù)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)社會(huì)價(jià)值。

關(guān)鍵詞：光纖;通信系統(tǒng);通信技術(shù)

一、引言

光纖通信屬于一種新興的信息傳輸技術(shù)，在推出之后便立即獲得了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，其發(fā)展也被國(guó)家與行業(yè)給予了充足的重視。就目前情況來(lái)看，光纖通信標(biāo)志著全球信息技術(shù)的改革創(chuàng)新，經(jīng)過(guò)幾年發(fā)展后，光纖通信技術(shù)也變得更加復(fù)雜多樣，可以為信息網(wǎng)架構(gòu)面貌的改善提供助力，同時(shí)還能很好地促進(jìn)現(xiàn)代信息社會(huì)通信的進(jìn)一步發(fā)展，有著非常廣闊的發(fā)展前景。

二、我國(guó)光纖通信產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

在2021中國(guó)光網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)上，中國(guó)通信學(xué)會(huì)光通信專業(yè)委員會(huì)榮譽(yù)主任毛謙分享了我國(guó)光通信產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀。他表示，“我國(guó)現(xiàn)已敷設(shè)光纜總長(zhǎng)度為5249萬(wàn)千米，其中長(zhǎng)途光纜為112.9萬(wàn)千米，占比2.25%;已敷設(shè)光纖總長(zhǎng)度約為24億芯千米，占全球已敷設(shè)光纖的48%左右。”與此同時(shí)，我國(guó)FTTH/O用戶數(shù)為4.63億戶，占全球光接入用戶數(shù)的42%左右;百兆及以上速率用戶數(shù)達(dá)4.5億戶，占總用戶數(shù)的90.4%;千兆用戶數(shù)達(dá)803萬(wàn)戶;光纖（FTTH/O）端口8.7977億個(gè)。我國(guó)光纖通信市場(chǎng)的總規(guī)模約為1500億元（約230億美元）。光纖光纜2020年產(chǎn)量約2.9億芯千米，占全球份額從63%下降到44%，光纖光纜年產(chǎn)值約73億美元（RMB470億元）。光器件市場(chǎng)約占全球37.5%，達(dá)40億美元（RMB260億元）;光傳輸設(shè)備市場(chǎng)占全球40%，達(dá)120億美元（RMB760億元）。自2015年起，光纖光纜行業(yè)持續(xù)保持高景氣狀態(tài)。

截至目前，我國(guó)的光纖光纜企業(yè)已有150多家，其中規(guī)模以上的約40家，龍頭企業(yè)5家，占全國(guó)市場(chǎng)80%以上。我國(guó)目前光棒產(chǎn)能超過(guò)11000噸，光纖產(chǎn)能3.8～4億芯千米，光纜的產(chǎn)能3.5億芯千米。2020年，我國(guó)光纜產(chǎn)量2.89億芯千米，比2019年的2.65億芯千米增長(zhǎng)9%，比2018年的3.17芯千米下滑9%。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)電信信息研究院的數(shù)據(jù)顯示，長(zhǎng)飛（市場(chǎng)份額9.14%）、亨通（7.94%）、烽火通信（6.48%）、中天（8.28%）、富通（7.49%）五家公司，進(jìn)入《2020年全球光纖光纜最具競(jìng)爭(zhēng)力企業(yè)10強(qiáng)》榜單[1]。

三、我國(guó)光纖通信產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

（一）光纖通信面臨的挑戰(zhàn)

1. 超大容量

光纖通信系統(tǒng)光纖通信技術(shù)已基本上到了頻譜效率極限，要想再進(jìn)一步增大光纖傳輸容量，一是增加帶寬B（線性方式擴(kuò)容），二是提高信噪比SNR（增加功率，對(duì)數(shù)方式擴(kuò)容）。

（1）增加光源帶寬

EDFA對(duì)帶寬范圍有一定的限制，增加帶寬能夠突破這種限制，C、L、S波段均可采用半導(dǎo)體光放大器（SOA）或拉曼放大器（RFA）進(jìn)行信號(hào)放大。新型光纖研制的一個(gè)方向就是減少光信號(hào)的損耗，以適應(yīng)更廣的光譜用于信號(hào)傳輸。

（2）增加發(fā)射功率

纖芯截面的適當(dāng)增大可以減少光纖的非線性效應(yīng)，因此采用少模取代單模光纖是一種辦法。采用數(shù)字背向傳輸（DBP）算法是目前最流行的解決辦法，最初的DBP算法不能解決帶間的交叉相位調(diào)制（XPM）等的問(wèn)題，算法會(huì)隨性能改善變復(fù)雜?，F(xiàn)在多芯少模光纖（MC-FMF）是一個(gè)發(fā)展方向，信道數(shù)多達(dá)100多個(gè)的多芯少模光纖具有超大容量，最大容量已經(jīng)達(dá)10 Pb/s[2]。

2. 低損耗和低時(shí)延光纖

理論研究提出，光子晶體光纖（PCF）、空心光纖（HCF）具有更低的損耗。PCF/HCF利用把光子限制在低折射率的空氣中，傳輸速度更快，減少傳輸時(shí)延。嵌套反諧振無(wú)節(jié)點(diǎn)光纖（NANF）是一種光子晶體光纖，其傳輸損耗在1510～1600 nm波長(zhǎng)范圍已經(jīng)降至了0.28 dB/km[3]，該光纖的損耗極限理論預(yù)測(cè)值為0.1 dB/km[4]，優(yōu)于石英光纖損耗0.145 dB/km的極限[3]。

3. 空分復(fù)用相關(guān)技術(shù)

空分復(fù)用技術(shù)是可以實(shí)現(xiàn)單纖容量增大，更高效率的光放大器是關(guān)鍵，不然只是另一種形式的單芯光纖組合;采用的模分復(fù)用技術(shù)有線偏振模式（LP mode）、基于偏振奇點(diǎn)的柱矢量光束（CVB）等。

（二）光通信器件產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

光通信器件產(chǎn)業(yè)本身的產(chǎn)業(yè)集中度不高，國(guó)外寡頭財(cái)大氣粗、實(shí)力雄厚，占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢(shì)，把控產(chǎn)業(yè)鏈高端，擠壓國(guó)內(nèi)廠商的市場(chǎng)空間。光纖光纜企業(yè)和設(shè)備制造企業(yè)都向器件方面擴(kuò)展，使原有實(shí)力不強(qiáng)的器件廠商受到四面圍攻，難以為繼。國(guó)內(nèi)的研發(fā)，生產(chǎn)配套裝備制造能力低下，工藝線建設(shè)嚴(yán)重依賴國(guó)外，材料、儀表和軟件等也靠進(jìn)口維持，難以突破。缺乏知識(shí)產(chǎn)權(quán)優(yōu)勢(shì)，缺乏原創(chuàng)、基礎(chǔ)性的專利和產(chǎn)品，多數(shù)產(chǎn)品跟隨國(guó)外步伐，缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)內(nèi)沒(méi)有特別強(qiáng)勢(shì)的一流核心企業(yè)，而高端產(chǎn)品又要求特別高的技術(shù)和工藝水平，高校在培養(yǎng)高端工藝人才方面欠缺，企業(yè)好不容易培養(yǎng)出來(lái)的人才又極易流失。

為此，毛謙給出了光通信器件產(chǎn)業(yè)的破局之道：完善產(chǎn)業(yè)布局，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)重組，集中人才、技術(shù)和財(cái)力優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)規(guī)模和實(shí)力，培育中國(guó)的旗艦企業(yè);增大科研投入，鼓勵(lì)創(chuàng)新，使產(chǎn)業(yè)向高端、核心產(chǎn)品發(fā)展，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力;加大政府支持力度，在產(chǎn)業(yè)政策、環(huán)境、稅收、人才和進(jìn)出口等方面，采取相應(yīng)惠企措施，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展;全國(guó)一盤棋，組織產(chǎn)業(yè)鏈上短板的合作攻關(guān)，使材料、精密加工、工藝設(shè)備、設(shè)計(jì)軟件和測(cè)試儀表等各個(gè)環(huán)節(jié)都能擺脫國(guó)外的控制和擠壓;加大基礎(chǔ)理論、技術(shù)和工藝人才培養(yǎng)/引進(jìn)力度[4]。

（三）光通信設(shè)備產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

雖然光通信設(shè)備產(chǎn)業(yè)集中度比較高，研發(fā)和生產(chǎn)能力都較強(qiáng)，但在許多環(huán)節(jié)仍然存在短板。如系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計(jì)仿真工具還依賴國(guó)外，SMT生產(chǎn)線上的主要裝備也是進(jìn)口的，國(guó)產(chǎn)設(shè)備焊接稱雄、貼片機(jī)困難。高速貼片機(jī)達(dá)到20～25萬(wàn)片每小時(shí)的速度（IC等速度約4千片每小時(shí)），國(guó)產(chǎn)設(shè)備差距甚遠(yuǎn)。測(cè)試儀表基本上依賴進(jìn)口，連高端的元器件如電阻、電容也需要進(jìn)口。更核心的問(wèn)題是ASIC芯片，ASIC是信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心，更是光傳輸設(shè)備不可或缺的。主流傳輸設(shè)備廠商都有自己的芯片設(shè)計(jì)公司，但是流片加工大部分依然在外[1]。

四、光纖通信的應(yīng)用

（一）軍事領(lǐng)域中的應(yīng)用

在當(dāng)前信息爆炸的時(shí)代背景下，信息的傳遞是各個(gè)領(lǐng)域都不能脫離的關(guān)鍵所在，軍事領(lǐng)域同樣如此。例如先進(jìn)的軍事武器、軍事設(shè)備等現(xiàn)代化國(guó)防事業(yè)，都離不開信息的有效支撐。而對(duì)于光線通信來(lái)說(shuō)，因?yàn)槠渚邆浜軓?qiáng)的抗干擾能力與較大的傳輸信息容量等，再加上良好的安全性，可以有效避免信息泄露，從而被廣泛應(yīng)用至軍事領(lǐng)域中。除此之外，即便只有一條光纜，光纖通信數(shù)據(jù)也能夠?qū)崿F(xiàn)多路傳輸，所以在軍事通信、戰(zhàn)略交流等方面可以發(fā)揮出非常顯著的作用[2]。

（二）傳統(tǒng)通信領(lǐng)域中的應(yīng)用

就目前的通信領(lǐng)域來(lái)看，光纖通信技術(shù)的應(yīng)用具體就是借助光導(dǎo)纖維這一介質(zhì)，所以光導(dǎo)纖維在光纖通信中有著非常重要的地位。同時(shí)，在一些地位非常顯著的通信行業(yè)中，光纖通信技術(shù)的應(yīng)用比例也是非常大的。此外，在科技飛速發(fā)展時(shí)代下，光纖通信技術(shù)的發(fā)展空間也得到了很大的拓展，并且地位也更為重要，能夠?yàn)檎麄€(gè)通信行業(yè)的發(fā)展提供很大的推動(dòng)力[3]。

（三）有線電視網(wǎng)絡(luò)方面的應(yīng)用

就目前情況來(lái)看，中國(guó)光纖通信技術(shù)已經(jīng)趨于完善了，在社會(huì)多個(gè)領(lǐng)域都得到了非常廣泛的應(yīng)用。再加上光纖技術(shù)不斷的發(fā)展進(jìn)步，進(jìn)而給有線電視網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。在這種背景下，廣電綜合信息網(wǎng)發(fā)展規(guī)模獲得了顯著的提高，而信息則變得越來(lái)越復(fù)雜，這樣便在很大程度上影響到針對(duì)廣電綜合信息網(wǎng)開展的一系列工作，極大增加了難度，而合理應(yīng)用光纖通信技術(shù)則能很好地解決這些問(wèn)題[4]。

（四）電力通信領(lǐng)域的應(yīng)用

從整體情況來(lái)看，電力通信網(wǎng)構(gòu)建的主要目的就是有效保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，給廣大人民群眾提供更為優(yōu)質(zhì)的電力服務(wù)。之前的單一電力線載波、同心電纜等方式在中國(guó)科技發(fā)展促進(jìn)下，也獲得了顯著的進(jìn)步，發(fā)展成為數(shù)字微波、衛(wèi)星等多種手段相結(jié)合的一種全新通信技術(shù)。目前，電力通信可以為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)提供很大的助力，而且在其領(lǐng)域中，光纖技術(shù)的應(yīng)用空間非常廣闊[1]。

五、結(jié)束語(yǔ)

隨著光纖通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，面臨的各種技術(shù)難題將得到解決，各種新工藝新技術(shù)將應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)。未來(lái)，光纖通信技術(shù)將會(huì)迎來(lái)高速發(fā)展機(jī)會(huì)。光纖技術(shù)的進(jìn)步將進(jìn)一步推動(dòng)信息社會(huì)的前進(jìn)。

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