工信部毛謙：光纖通信歷經(jīng)55年 仍將繼續(xù)為人類造福

5月14日消息（顏翊）昨日，在中國(guó)國(guó)際光電博覽會(huì)聯(lián)合C114通信網(wǎng)舉辦的“2021中國(guó)光通信高質(zhì)量發(fā)展論壇”上，工信部通信科技委專職常委、亞太光通信委員會(huì)主任毛謙帶來了《光纖通信55年的發(fā)展》的主題演講，介紹了從光纖通信這55年的歷程到我國(guó)的光纖通信的現(xiàn)狀。此外，他還介紹了當(dāng)前光纖通信熱點(diǎn)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r。

毛謙表示，1966年英籍華人科學(xué)家高錕博士的論文揭開了光纖通信的序幕，經(jīng)過55年的發(fā)展，光纖通信已經(jīng)成為全球最主要的信息傳送技術(shù)。目前全球已經(jīng)敷設(shè)了約50億芯公里的光纖，98%以上的信息都是通過光纖通信傳遞。從1G到5G，甚至是未來的6G，都離不開光纖通信。自2020年開始的我國(guó)乃至全球的新冠抗疫，凸顯了光纖通信的重要性。

光纖是否會(huì)被新工具取代？毛謙引用高錕接受《文匯報(bào)》采訪時(shí)的回答稱：“我相信在一千年內(nèi)不會(huì)。”他認(rèn)為，人類離不開光纖。未來，光纖通信技術(shù)仍將繼續(xù)發(fā)展，為人類造福。

光纖通信55年 實(shí)現(xiàn)飛躍發(fā)展

毛謙表示，光纖通信的發(fā)展建立在三大要素下，包括半導(dǎo)體激光器、數(shù)字通信系統(tǒng)以及低損耗光纖的出現(xiàn)。

光纖通信體系包括準(zhǔn)同步數(shù)字體系（PDH）、同步數(shù)字體系（SDH）、多業(yè)務(wù)體系（MST）、分組傳送體系（POTN）、軟件定義分組傳送（SDPOTN）。

光纖類型的發(fā)展則從多模光纖、標(biāo)準(zhǔn)單模光纖、色散位移光纖、非零色散位移光纖、寬帶光纖、超低損耗光纖發(fā)展到光子晶體光纖、多芯光纖、少模光纖等。

從光纖通信應(yīng)用來看，通信系統(tǒng)從首個(gè)市內(nèi)局間中繼（城域網(wǎng)）開始，歷經(jīng)省內(nèi)長(zhǎng)途干線、省際長(zhǎng)途干線、國(guó)際長(zhǎng)途、數(shù)據(jù)中心間，并向市內(nèi)接入、數(shù)據(jù)中心間以及室內(nèi)延伸覆蓋。

光通信的速率從首個(gè)武漢八二工程通信系統(tǒng)的8Mb/s提升至如今的800Gb/s，甚至1Tb/s、10Tb/s、100Tb/s……

光器件發(fā)展也實(shí)現(xiàn)了技術(shù)飛躍，最早的激光器的壽命只有半個(gè)小時(shí)，沒有辦法做試驗(yàn)，為了延長(zhǎng)壽命，早期需要把激光器放進(jìn)賣冰棍的保溫瓶，里面再放上冰。如今的激光器模塊壽命已經(jīng)高達(dá)100萬小時(shí)以上。也正因如此，當(dāng)年八二工程12.4公里就設(shè)了四個(gè)站，而現(xiàn)在光通信跨距已經(jīng)是千公里、萬公里級(jí)別。

我國(guó)光纖通信發(fā)展迅速 光通信企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力領(lǐng)先

我國(guó)光纖通信經(jīng)過多年的快速發(fā)展，現(xiàn)已敷設(shè)光纜5249萬公里，其中長(zhǎng)途光纜為112.9萬km，占比2.15%；已敷設(shè)光纖約24億芯公里，占全球已敷設(shè)光纖的48%左右；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)803萬戶；光纖（FTTH/O）端口8.7977億個(gè)。

目前我國(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2.9億芯公里，占全球份額從63%下降到44%，光纖光纜年產(chǎn)值約73億美元；光器件市場(chǎng)約占全球37.5%，達(dá)40億美元；光傳輸設(shè)備市場(chǎng)占全球42%，達(dá)120億美元。

毛謙指出，當(dāng)前，我國(guó)光通信產(chǎn)業(yè)在國(guó)際上的地位舉足親重。在傳輸/接入設(shè)備產(chǎn)品方面，華為占據(jù)光傳輸產(chǎn)品全球市場(chǎng)份額第一，華為、烽火和中興三家企業(yè)合計(jì)全球市場(chǎng)份額占比39.59%。

在光纖光纜產(chǎn)品方面，我國(guó)光通信企業(yè)更是競(jìng)爭(zhēng)力雄厚，長(zhǎng)飛、亨通，烽火、中天和富通五家企業(yè)全球市場(chǎng)份額占比39.33%。

在光器件產(chǎn)品方面，我國(guó)光迅、旭創(chuàng)、海信和昂納等企業(yè)市場(chǎng)份額不斷提升，四家企業(yè)共占據(jù)全球市場(chǎng)份額的21.94%。

當(dāng)前光纖通信熱點(diǎn)技術(shù)盤點(diǎn)

雖然光通信已經(jīng)發(fā)展了55年，但是依然有著旺盛的生命力和發(fā)展?jié)摿?，技術(shù)水平不斷提升。對(duì)于當(dāng)下熱點(diǎn)的光通信技術(shù)，毛謙一一做了介紹。如模擬ROF鏈路傳1048576-QAM信號(hào)通常用的是4QAM、8QAM、16QAM，而目前已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)256QAM；單波單光源IM-DD 700Gb/s用結(jié)構(gòu)調(diào)制已經(jīng)可以達(dá)到700公里；用于數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的1.6Tb/s IM/DD傳輸，通過強(qiáng)度調(diào)制，直接檢測(cè)，8個(gè)波的MWDM實(shí)現(xiàn)每波200Gb/s；以及世界首個(gè)100Gb/s靈活PON現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等。

此外，還有傳輸16856km的多芯光纖CC-4CF、把1.2Tb/s信號(hào)通過MMF傳送130km的多模光纖、以及目前單根光纖速率容量最大的光纖，能夠?qū)崿F(xiàn)凈速率10.66Pb/s傳輸13km。

在光纖通信中利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的端到端深度機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，是以強(qiáng)度調(diào)制/直接檢測(cè)(IM/DD)為例考證光纖通信系統(tǒng)性能，然后采用前饋人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（FFNN）和雙向遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（BRNN）反向傳播算法來設(shè)計(jì)光收發(fā)模塊。

可編程集成光子芯片具備類似于電芯片的FPGA的性能，運(yùn)用軟件和電調(diào)的方式配置該光芯片的功能，可實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用，對(duì)于還未成熟的技術(shù)來說，這一特點(diǎn)非常重要。

神經(jīng)形態(tài)光子學(xué)技術(shù)是利用AI和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立光子神經(jīng)形態(tài)處理器內(nèi)核，使光學(xué)芯片模擬大腦中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。目前該技術(shù)還面臨不少高難度的挑戰(zhàn)，如需要O/E/O，無法直接利用電芯片中的處理器、存儲(chǔ)器等，使其體積大、功耗大、成本高，以及如何建立硬件描述語言HDL、光子處理器和計(jì)算芯片的接口、算法等問題。

如何減小光纖衰減系數(shù)是光通信行業(yè)面臨的重要挑戰(zhàn)，目前光纖衰減每2~3年才減小0.01dB/km。由于瑞利散射對(duì)光纖衰減的貢獻(xiàn)因素達(dá)到80%，而經(jīng)過壓力淬火可減小光纖的瑞利散射衰減。如果把空隙看作散射粒子，以氬氣為介質(zhì)，通過熱等靜壓機(jī)上施加壓力，快速淬火，等效散射衰減系數(shù)可降低為0.07dB/km，遠(yuǎn)低于目前的世界記錄0.1419dB/km。

毛謙認(rèn)為，當(dāng)前的量子通信只是量子密鑰傳遞，而客戶信息仍然在普通的光纖傳輸系統(tǒng)里傳輸，效率很低，如果實(shí)現(xiàn)一個(gè)光子可以傳輸一個(gè)比特，光纖通信的容量就可以成億倍地增加，那才是真正的光纖通信。而每比特1個(gè)光子的10.5Gb/s全光通信的技術(shù)試驗(yàn)打下了很好的基礎(chǔ)，或許可以實(shí)現(xiàn)光量子通信。

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