「喜迎二十大」“光进铜退”这十年：宽带中国 数智未来
2022年是党的二十大召开之年，也是实施“十四五”规划、全面建设社会主义现代化国家的重要一年。党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央，以伟大的历史主动精神、巨大的政治勇气、强烈的责任担当，统筹国内国际两个大局，推动党和国家事业取得历史性成就、发生历史性变革，中华民族伟大复兴进入不可逆转的历史进程。
10年间，在党中央的领导下，在科技领域全体同仁的共同拼搏下，我国科技事业发生了历史性、整体性、格局性重大变化，成功进入创新型国家行列，走出了一条从人才强、科技强，到产业强、经济强、国家强的发展道路。如今，世界百年未有之大变局正加速演进，我国正处在实现中华民族伟大复兴的关键时期。信息通信业需以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，心系“国之大者”，在新征程上奋力谱写高质量发展壮丽篇章。 回望过往奋斗路，扬帆未来笃行时。通信世界全媒体特别策划“‘奋进新征程 建功新时代’喜迎二十大——信息通信业非凡十年”专题报道，全面展现新时代信息通信业创新奋斗的辉煌成就。今天发布专题系列报道第八篇——“光进铜退”这十年：宽带中国 数智未来
文 | 张鹏
十年砥砺奋进，中国“光进铜退”已全面完成，信息基础设施取得跨越式发展。2012—2021年间，固定宽带接入用户规模稳步增长，千兆用户数持续增加。工信部数据显示：截至2022年7月底，三大基础电信企业的固定互联网宽带接入用户总数达5.66亿，其中，百兆及以上宽带用户数达到5.31亿，占总用户数93.8%；千兆及以上宽带接入用户数达6570万，占总用户数的11.6%。
工信部信息通信发展司司长谢存在8月19日举行的“打通经济社会信息大动脉”主题新闻发布会上表示：我国已经建成全球规模最大的光纤和移动宽带网络，固定网络逐步实现从十兆到百兆、再到千兆的跃升。
从“铜线接入”到“光纤到家”，技术的升级迭代不仅为宽带用户带来了全新的业务体验，也带动了光通信产业的重大变革。在用户价值层面，光纤链路带来了更高的带宽承载能力、更稳定的传输速率、更丰富的应用场景。从电话线DSL上网的“兆”时代，跃迁到现在千兆宽带的“吉”时代，原先只能“标清”的ITV发展为高清、4K，视频娱乐、网络游戏、视频会议、在线教育类等应用也不断丰富。在社会价值层面，“光进铜退”带动了通信设备制造、光纤光缆制造、电子元器件、电信运营、互联网内容、文化创意、计算机及外围设备等相关产业链的发展壮大，培育了一批卓越的中国通信设备及光纤光缆厂商，大幅度降低了光纤光缆以及相关仪表、工具、设备的成本。
政策发力 确保“光进铜退”“光改”攻坚这十年间，为了确保“光进铜退”的全面顺利进行，国家也从政策层面给予了大力扶持。
在“十二五”规划中，首次将宽带网络建设正式纳入国家发展战略规划纲要；2013年8月，“宽带中国”战略实施方案正式发布，这意味着宽带建设不再是运营商的企业行为，而是关乎发展大局的“国家意志”；在2016年3月出台的《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》中，更是进一步明确了下一代信息网络产业中的光通信设备和光纤宽带网络运营服务的重要性。
2013年4月1日，《住宅区和住宅建筑内光纤到户通信设施工程设计规范》《住宅区和住宅建筑内光纤到户通信设施工程施工及验收规范》两项国家标准正式实施，其主要目的就是彻底解决光纤入户难、施工难、进场难等问题。
而这一系列的国家政策和战略规划构成了“光进铜退”的核心驱动力，正是有了政策的保障，“光改”才得以顺利推行。十多年前的上海弄堂里，有不少老旧房屋和违章建筑，在这种环境下实施“光改”绝非易事。徐珺及他所在的上海电信在光纤入户的施工过程中，遇到了来自街道、物业及小区用户等层面的重重压力，正是有赖于国家相关政策措施的推出，才得以全力以赴推进“光进铜退”。如今已是中国电信上海公司高级专家（装维）、高级技师的徐珺告诉《通信世界》记者：“过去十年间，国家高度重视宽带的基础性作用，将其从运营商业务逐步提升至国家战略层面，希望通过国家政策引导宽带建设，推动中国向信息社会加速转型发展。”
对于如何解决在“光纤入户”过程中遇到的困难，电信运营商经过长期实践总结出了许多宝贵经验。徐珺将其归纳为以下3条：
首先
与政府、社区合作破解“成片改造难”问题，通过政府、企业联合推动光网建设的举措，从发展规划到建设规范，从顶层的政策制定到中层的建设标准设定，为光网的规模化建设奠定政策基础，同时建立运营商与区、街道、居委会、物业等相关部门的沟通协调推进机制。
其次
运营商前后端联动，解决“用户接受难”问题：一是规范光网工程施工，提高用户满意度；二是开展“免费体验”“速率倍增”等活动，提升用户感知。满意度和感知提升之后，大多数用户乐于接受“光改”。
最后
创新标准，解决“标准实施难”问题，制定ODN建设、工程设计、施工验收、家庭网络安装、家庭布线和终端选型、既有住宅光纤入户方法和工艺等一系列标准，同时研发全系列ODN产品并统一产品标准。
架桥拓路 向千行百业赋能有了国家政策的保驾护航，加之数字经济的高速发展以及城市化进程逐渐加快，运营商基础网络不断“架桥拓路”，一场关于“光进铜退”的革命在全国各地轮番上演。
2016年冬末春初，北方的天气乍暖还寒，河北电信装维队的李师傅没等上班就接到了紧急任务：高校开学在即，当地一所大学的宿舍楼亟需光纤改造，由于原先的线路条件实在太差，学生们上网课、写论文经常是彻夜“抢带宽”，校方希望赶在开学前完成校内所有宿舍楼近2000户宽带的光纤改造工作。
“时间紧，任务重”是李师傅的第一反应，他来到公司第一时间制定施工计划、调集工程物料，在公司整体协调下从附近区县公司调派人手，经过近一周的昼夜奋战，终于赶在开学前完成了所有宿舍楼的光纤改造任务。出色的表现让李师傅及其团队获得了校方的高度赞誉，而改造后的校园网络也从之前饱受诟病的“龟速”，一跃升至10M带宽。
这只是光改过程中的“冰山一角”。过去十年间，伴随网络最后“一公里”逐渐从铜缆替换为光纤，电信业务结构也在发生深刻变化，从最初的话音、短信逐渐升级为移动数据、物联网以及信息融合服务，这些不断涌现的行业增长点，快速推动了信息通信行业的发展与转型，使其逐步开始向千行百业赋能。
如今，宽带网络正在与垂直行业进行深度融合，推动实体经济数字化、网络化、智能化转型升级。在石化行业，茂名石化推动感知设备、生产装置、控制系统与管理系统等广泛互联，劳动生产率提高182%，万元产值能耗降低10%。在工程机械行业，徐工集团基于工业互联网平台对设备全生命周期状态进行预测，使设备故障率降低50%以上，成本降低40%。在电子政务方面，政府大力推动疫情防控、就业、社保、教育、医疗、助残、营商等功能统一接入的电子政务信息平台建设，实现让数据多“跑路”、百姓少“跑腿”。在线教育方面，中国电信与数字海南有限公司共同搭建“海南云课堂”，为海南华侨中学、海南省农垦中学、观澜湖学校等6所中小学的4500多名师生提供在线教学服务。
产业升级，宽带网络成就数字中国进入21世纪，全球主要国家纷纷加快宽带战略布局。中国运营商也在过去十年间加速推进宽带中国建设，针对光纤光缆、光模块等进行了多次大规模的集采，不仅繁荣了国内光网络产业链，也培养起了一批硬实力和创新力兼具的光企业，华为、中兴通讯、烽火通信等成为全球光网络设备的领头羊。中国成为了全球规模最大的光通信市场、全球最大的光网络设备制造基地，从芯片模组、电子器件，到光纤光缆乃至光纤预制棒等产品及系统设备一应俱全。
徐珺清晰地记得，当年他的师傅仅靠“一把钳子打天下”。经验丰富的老装维师傅在没有查线机（听筒）的情况下，就可以通过电缆碰触钳子打火花来判断线缆是否有电话电流。而对于当时刚入行的徐珺来说，随身携带查线机已经相当难得，至于昂贵的光纤接续工具和测试仪表，则只在教科书中看过。
如今我国的光通信产业发生了天翻地覆的变化，原先依赖于价格昂贵的进口工具装备，经过国内企业的奋力赶超，如今国产设备的成本价格已大幅降低。一线装维线务员的随身装备也不断升级，熔接机、光功率计、短距离OTDR等配置一应俱全，那个“一把钳子打天下”的时代一去不返。
当前，以数字化、网络化、智能化 为主要特征的第四次工业革命方兴未艾。宽带网络加速融入实体经济方方面面，颠覆传统制造模式、生产组织方式和产业体系，推动传统产业加快转型升级，充分释放经济社会数字化发展新动能。宝剑锋从磨砺出，以“光进铜退”为始，信息通信网络持续“光改”提速，为我国的数字经济发展奠定了坚实基础，成为了信息通信行业实现高质量发展的“新动能”。
系列报道作者：张鹏
责编/版式：黄杨洋
审核：申晴
监制：刘启诚
2022年通信系统与光电子关键期刊论文评述（一）
2022年1月出版的PTL主要刊登了以下一些方向的文章，包括：波束跟踪技术、5G前传系统、光子技术、光纤环衰减系统、光纤激光器、微波光子学等，笔者将逐一评析。
评述作者包含邵宇丰，王安蓉，于妮，田青，伊林芳，杨骐铭，左仁杰，李冲，袁杰，李彦霖，刘栓凡，陈鹏。
1、 波束跟踪技术
香港中文大学的Yujie Di等研究人员设计了一种用于减缓湍流引起的水-空光无线通信（W2A-OWC）信道性能下降的波束跟踪技术，并采用电子控制反射式空间光调制器（SLM）建立了UOWC链路，如图1所示。研究人员通过控制光束落在雪崩光电二极管（APD）接收器、角锥棱镜（CCR）、微机电系统（MEMS）反射镜和PD阵列的中心后，分析了湍流引起的激光束偏转对OOK、PAM4和PAM6调制格式的影响。研究结果表明，该系统中OOK、PAM4和PAM6信号的最大吞吐量可达到920Mb/s、1248Mb/s和990Mb/s（分别提高了130%、350%和486%）[1]。该技术可在全球气候监测、军事应用和海洋生物学等相关研究领域具备潜在应用价值。
图1 W2A-UOWC波束跟踪系统
2、 5G前传系统
布拉格捷克技术大学的J.Bohata等研究人员采用光纤融合自由空间光通信（FSO）技术设计了一种毫米波频段5G前传系统（采用10km的标准单模光纤（SMF）、50m的室外FSO和1m的室内射频（RF）链路），如图2所示。研究人员在RF/光前传系统中成功传输了QPSK/400MHz、64-QAM/400MHz和256-QAM/90MHz信号，并评估了误差向量幅度（EVM）和信噪比（SNR）之间的关系。研究结果表明，EVM值为4.5、9和18.5%时，256-QAM、64-QAM和QPSK的最小SBR分别为29、23.5和17.5dB，光插入损耗（IL）裕度分别为10、11和17dB[2]。研究结果表明：采用较高EVM限（即低信噪比）的低阶调制信号可以有效提高系统的传输性能。因此，该方案在未来的小型蜂窝网络（微微波或毫微波）室内通信系统中具有一定的应用价值。
图2 5G前传系统实验
3、 光子技术
中国科学院大学Xu Hua Cao等研究人员设计了一种测量微波信号的多普勒频移（DFS）及到达角（AOA）的光子学解决方案，如图3所示。他们在发射端采用激光二极管（LD）驱动双偏振马赫-曾德尔调制器（DPol-MZM）（由两个正交偏振态单驱动MZM、90°偏振旋转器（PR）和偏振合束器（PBC）组成），并将两个天线接收到的回波信号与参考信号合并，加载到两个子MZM（x-MZM和y-MZM）射频端口以产生4路载波抑制双边带（CS-DSB）调制光信号；同时在接收端采用偏振控制器（PC）和偏振器（Pol）将光信号组合成线性偏振态。其中，微波信号的DFS通过低速光电探测器（PD）拍频生成的低频电信号进行测算，AOA则由下变频电信号的峰值功率测定。实验结果表明，频偏为±100kHz的15GHz回波信号其DFS误差在±0.5Hz以内（同时可观察到正、负DFS）；AOA测量误差在±1°以内（16°-82°）[3]。毫无疑问，该方案将在智能驾驶、雷达探测等工业应用领域具有潜在的发展价值。
图3 DFS和AOA测量系统
4、 光纤环衰减系统
南京师范大学的Xiaoyan Wu等研究人员分析了微波光子技术辅助的光纤环衰荡（FLRD）多功能传感系统，并研究了该系统的温度和曲率传感特性，如图4所示。他们对微波光子滤波器（MPF）的频率响应实施傅里叶逆变换（IFFT）获得了时域衰荡曲线，依据衰荡曲线评估温度和曲率信息[4]。研究结果表明，在30~70°C感应范围内，温度灵敏度为0.425μs/℃；在0.8696~1.0526cm-1感应范围内，曲率灵敏度为0.1553μs/cm-1；与传统时域测量技术相比，该系统采用频域微波光子测量技术不但降低了光源配置要求，而且具有响应速度快、组网方便等应用特点。
图4 FLRD多功能传感系统
5、光纤激光器
中国科学院上海光学精密机械研究所的Jiaqi Zhou等研究人员设计了一种新型锁模掺铒光纤激光器，如图5所示。该器件在121.3MHz的重复频率下，可实现0.30nJ脉冲能量、128fs脉冲宽度的自启动、稳定的锁模工作；支持的重复频率锁定在20小时以上，波动标准偏差值为192.5μHz[5]。该器件的结构紧凑且高度可靠，因此能在实验室之外为下述实际应用提供技术支持（包括双梳光谱、测距和频率校准等）。
图5 新型锁模掺铒光纤激光器
6、微波光子学
浙江大学的Chongyin Yi等研究人员采用双驱动马赫-曾德尔调制器（DDMZM），设计了具有抗色散的可切换多格式啁啾波形的微波光子系统方案，如图6所示；通过控制调制器中的偏置电压来实现上、下或双啁啾波形之间的切换。在背对背条件下，以4.5GHz和4.8GHz为中心，实现了带宽率为0.4GHz/µs啁啾波形的产生和切换，并提高了输出信号的切换速度；研究人员对生成的4.8GHz信号经色散光纤传输进行了实验研究，证明了色散引起的功率衰落可以被有效消除[6]。由于商用继电器可以使信号的切换速度达到毫秒量级，因此，方案在采用光纤传输信号的分布式多功能雷达网络中具有潜在的应用前景。
图6 可切换多格式啁啾波形的微波光子系统
参考文献：
[1] Y. Di, Y. Shao and L. -K. Chen, "Real-Time Wave Mitigation for Water-Air OWC Systems via Beam Tracking," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 1, pp. 47-50, 1 Jan.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2021.3135419.
[2] J. Bohata et al., "Performance Evaluation of Seamless 5G Outdoor RoFSO Transmission at 39 GHz," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 1, pp. 7-10, 1 Jan.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2021.3134559.
[3] X. H. Cao, X. J. Fan, G. Y. Li, M. Li, N. H. Zhu and W. Li, "A Filterless Photonic Approach for DFS and AOA Measurement Using a Push-Pull DPol-MZM," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 1, pp. 19-22, 1 Jan.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2021.3132423.
[4] Y. Di, Y. Shao and L. -K. Chen, "Real-Time Wave Mitigation for Water-Air OWC Systems via Beam Tracking," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 1, pp. 47-50, 1 Jan.1, 2022, doi: 10.1109/LPT.2021.3135419.
[5] X. Wu, Y. Wang, J. Shi and D. Zhu, "A Microwave Photonic-Assisted Fiber Loop Ring Down System with Multi-Sensing Function," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 2, pp. 117-120, 15 Jan.15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2022.3140757.
[6] J. Zhou et al., "All-Polarization-Maintaining, Ultra-Compact Tm-Doped Fiber Laser Designed for Mid-Infrared Comb," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 2, pp. 89-92, 15 Jan.15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2021.3138858.
[7] C. Yi, B. Yang, T. Jin and S. Yang, "Photonic Generation and Switching of Multi-Format Chirp Waveforms With Anti-Dispersion Transmission," in IEEE Photonics Technology Letters, vol. 34, no. 2, pp. 137-140, 15 Jan.15, 2022, doi: 10.1109/LPT.2021.3133881.
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