全球FTTH大发展下的国内PLC产业现状

作者：万助军
1.国外FTTH发展现状
    光纤通信在经历了2000年的高峰期和之后大约三年的萧条期之后，因FTTH的发展，迎来了行业的第二个春天。光纤通信网分骨干网、城域网和接入网三级，FTTH隶属其中的接入网部分，在面对终端用户的“最后一公里”解决方案中，FTTH被认为是最好的解决方案，可以全面融合传统语音、数据、CATV、高清IPTV等几乎所有接入业务。
    基于PON技术的FTTH已经被提出十年，并于2004年首先在日本进入快速发展阶段，随后在韩国和北美开始大规模的部署，欧洲的部分国家也已启动FTTH建设。截至2007年9月底，日本的FTTH用户数已经达到1050万，成为仅次于ADSL的宽带接入技术，并将在未来的几个月内成为第一。FTTH在韩国的应用规模仅次于日本，截至2007年2月，用户数已经达到370万，普及率约为26%，预计到2010年普及率将超过70%。美国是当前FTTH建设的全球聚焦点，截至2007年9月底，用户数已达214万，较2006年增长112%。受网络开放政策的制约，欧洲对FTTH的反应一直很冷淡，截至2005年6月，欧盟18国仅有65万FTTB用户，覆盖了251万个家庭/建筑，但是在带宽需求的驱动下，也在近两年启动了FTTH的研究和部署，走在前列的是意大利、瑞典和法国等。
2.国内FTTH发展现状
    国内的FTTH试点在2005年开始，烽火通信与武汉电信合作建设了中国第一个FTTH商用工程—武汉紫菘花园小区FTTH工程，到目前为止，FTTH试点工程已经在全国遍地开花，但是这些试点工程仅限于高档小区和办公楼，用户数只有10多万。
    影响国内FTTH发展的主要因素有三个：
第一是成本因素，在国外部署FTTH，设备成本仅占25%左右，而人工成本占几乎一半；在国内部署FTTH，人工成本会少很多，采用成本和带宽折中的FTTB+LAN方案，每户的接入成本已经降到2000元，仍然远高于目前的ADSL接入。而目前最消耗带宽的P2P应用，并不能给网络运营商带来高收益，这在一定程度上挫伤了他们推动FTTH的积极性。
第二是政策因素，FTTH发展的最大驱动力是带宽需求，而其中的杀手级应用是IPTV，由于国家对网络视频仍存在一些政策约束，这在一定程度上抑制了带宽需求的增长。
第三是产业协调问题，FTTH提供的宽带接入，最终是为了满足用户日益增长的信息需求，其中被称为带宽杀手的IPTV业务，其版权属于广电系统，而位于信息产业链顶端的网络运营商，长期处于强势地位，不甘偏居网络业务的承载方，必然存在网络运营商与广电系统之间的协调和利益分配问题。
    虽然存在以上不利因素，国内运营商仍然在大力推动FTTH，因为：
第一，传统的语音业务已经充分发展，很难再有增长，宽带接入是固网运营商业务中的亮点，目前的ADSL对带宽的挖掘也似乎走到了尽头，而FTTH最有希望实现三网融合，产生新的业务增长点。
第二，国际铜原料价格大幅上涨，而光纤价格大幅下跌，已经降到80元/公里，“铜退光进”是大势所趋。
第三，目前的FTTH接入成本已经降到每户2000元，与早期的ADSL接入成本相仿，已经初步具备了大规模部署的基础，而规模效应又会促进成本的进一步下降，在成本与应用这个“鸡生蛋，蛋生鸡”的怪圈中，只有迈出第一步，才有可能进入良性循环。
    2007年8月，中国电信完成了对4万线EPON设备的集中采购；2007年11月8日，中国网通宣布将在未来3-5年内投资150亿元进行大规模的“铜退光进”工程。预计到2008年底，国内FTTH用户将突破百万大关；到2010年，将产生井喷效应，进入大发展阶段
3.FTTH发展与PLC产业
    全光通信网的结构如图1所示，用户的带宽需求驱动FTTH的发展，而FTTH的发展又为新的网络业务提供良好的平台，网络信息流量迅速增长，促进城域网和接入网大发展。基于PLC技术的AWG，其传统应用领域是广域网（即长途网），为了满足FTTH引发的新一轮的带宽需求，AWG已经被引入到城域网建设中，在GPON和EPON之外，已有许多公司和研究机构对WDM-PON展开研究并推出相应产品线，其中的核心器件就是大通道数（32、40和48通道）的AWG器件。
    从图1还可以看到，FTTH网络中的核心光器件是分路器，实现从局端到用户的1×N连接。日本早期的FTTH建设中，以1×16分路器为主；而EPON标准IEEE 802.3ah中规定的端口数为1×32，美国的FTTH建设，即以1×32端口为主；具有更高传输效率的GPON，其标准ITU-T G.984中规定的端口数为1×32和1×64，并在规划1×128端口数。
    FTTH在全球的大发展，使基于PLC技术的AWG和分路器的市场需求迅速增长。
     
                图1. 全光通信网结构

4.国内PLC产业发展现状
基于PLC技术的光器件结构和封装形式如图2所示，其生产链可分为三个主要环节：PLC芯片、光纤阵列和器件封装。
    
           图2. PLC器件结构和封装形式
1)PLC芯片
    AWG芯片主要以硅基二氧化硅光波导制作，而分路器芯片可以在硅基二氧化硅波导或者玻璃波导上制作，后者因设备成本低和耦合损耗小的优点，占领了绝大部分分路器市场。
    目前国内已有两条硅基二氧化硅光波导工艺线，分别属于中科院北京半导体研究所和武汉光讯公司，后者的工艺线已经正常运转，对国内科研院所提供了一些研究用途的PLC芯片代工服务，而其自主设计的AWG芯片也正在商品化过程中。但是，到目前为止，国内企业尚无产品化的AWG芯片推出，均为进口芯片进行封装。国外主要的AWG器件供应商有NTT Electronics、Hitachi Cable、NeoPhotonics、JDS Uniphase、Ignis Photonyx、Avanex等公司。
    对于玻璃波导，国内已有多家科研院所进行研究，其中浙江大学的王明华教授与南方通信集团进行合作，其研究的基于离子交换光波导的分路器最接近实用化。但是，到目前为止，国内企业也都是进口芯片进行封装。国外主要的分路器芯片供应商有法国Teem、韩国Wooriro、PPI和美国ANDevices等公司，前三家采用玻璃波导，后一家采用硅基二氧化硅波导，以色列ColorChip公司曾经供应基于玻璃波导的分路器芯片，后来开始自己封装，因此不再出售芯片。
2)光纤阵列
    不同于PLC芯片，光纤阵列属于劳动密集型产品，其生产环节正在逐步向国内转移，如日本公司出售的光纤阵列，很多都是由国内OEM工厂代工的，或者直接在国内设厂生产。国内的光纤阵列供应商有上海博创、深圳富创、东莞东源、中山波诺威、中山奥康、泰科光纤等公司。
    光纤阵列中的关键技术有两个：高精度的V型槽和高可靠性的胶水。高精度的V型槽一般采用石英玻璃材料，通过机械精加工制作，能够自行生产V型槽的国内公司有深圳富创、东莞东源和浙江同星等公司，国外主要供应商有日本Hataken和AIDI等公司。武汉海博光技术有限公司开发了一种高精度的U型槽，采用自主知识产权的刻蚀工艺制作，在通道数较大时具有精度和成本优势。AWG和分路器中往往需要一个单通道的光纤阵列，深圳迈特诺公司开发了一种方形毛细管，使得单通道光纤阵列的制作如光纤头一样容易。用于光纤阵列的胶水应具有耐高温高湿特性，而且需要足够的硬度以便于光纤阵列的端面研磨，日本NTT-¬AT公司针对光纤阵列的封装开发了系列胶水。
3)器件封装
    与光纤阵列相比，PLC器件封装的劳动力成本相对较低，但是也属于劳动密集型工作，其生产环节也在逐步向国内转移。国内从事PLC器件封装的公司有上海博创、深圳富创、中山波诺威、中山奥康、东莞东源、东莞新科、武汉光讯、珠海隆宇、上海美弗信、无锡爱沃富等，另外，有不下10家公司正在筹备PLC器件封装项目。
    PLC器件封装中的关键技术有两个：高精度的PLC自动对准系统和高可靠性的胶水。用于PLC器件对准的调节架，应具有六个调节维度，精度要求为亚微米级，日本骏河精机（Suruga）最早推出这种六维自动对准系统，加上用于功率监控的光源、功率计，用于监视的冷光源、CCD、监视器和用于封装的点胶机、UV光源等辅助设备，一套设备的投资约为人民币160万元。日本久下精机（Kuge）也在最近推出一套PLC器件自动对准系统，如图3所示。一套自动对准系统，以每日八小时计，月产能大约为500只。
    
            图3. 久下精机的PLC器件自动对准系统

    不同于传统光无源器件中胶水，用于PLC器件封装的胶水，存在于光纤阵列和PLC芯片之间的光路中，因此必须是膨胀系数和折射率均匹配较好的，而且具有很好的耐高温高湿特性，日本NTT¬-AT公司也针对性的开发了系列胶水。
5.对国内PLC产业的一些思考
    国内FTTH市场尚处于试点阶段，大规模的部署尚需时日，而国外市场对可靠性的要求较高，因此除少数公司已经将产品推向国际市场，多数国内厂商在PLC项目上还比较保守，仅仅停留在技术储备阶段，如收集相关技术资料，了解设备和原材料渠道，等等。整体来说，国内PLC产业尚处于起步阶段。
    开发AWG芯片需要大规模的设备投资，一般公司难以承受，而武汉光讯现有一条4寸硅片的PLC工艺线，希望他们能够早日开发出商品化的AWG芯片。分路器芯片需要长期的技术积累和工艺经验，希望在这个项目上投入多年的王明华教授和南方通信集团能够早日推出实用产品。
    光纤阵列对胶水的工艺要求很高，而其中所用V型槽和胶水价格昂贵，使得工艺开发过程中的投入较大，这也是很多公司外购光纤阵列而优先上马PLC器件封装的原因。到目前为止，多数国内公司仍然是外购光纤阵列以进行器件封装，或者进口日本的V型槽以制作光纤阵列。武汉海博自主开发的U型槽已经证明具有很好的精度，以U型槽制作的光纤阵列也已接近实用化，技术一旦突破，将大幅降低光纤阵列的成本，并为PLC器件封装提供更多的利润空间。
    PLC器件封装的设备投入也非常大，如果芯片和光纤阵列均外购，则利润空间非常有限，这也是很多国内厂商在PLC项目上踯躅不前的原因之一。但是，为了面对两年后的国内FTTH市场（将远超日本和美国市场），技术储备是必须的。这些厂商可以采取折中方案，如购买高精度的手动调节架以进行工艺摸索和可靠性试验，待市场到来时再购置自动对准系统。
    对于光纤阵列和PLC器件封装中所用胶水，在开发初期，最好采用NTT-AT公司提供的成熟产品，待工艺摸索成熟，再考虑试用其他胶水以降低成本。实际上，国外其他几家胶水供应商也已开始此类胶水的开发，一旦成功，国内PLC产业将受益不少。