光纤光缆行业专题报告:三大需求拉动行业重迎增长机遇

光纤光缆是传统通信制造业,利用光的全反射原理,在由塑料或者玻璃制成的纤维之中传输信号,是当代社会信息传输的基础。因此,每一代通信设施的建设会拉动光纤光缆需求,推动产业繁荣。

2009年-2018年行业经历黄金十年,需求显著增加。3G到4G时期网络的迭代、基站的升级推升光纤光缆需求量,行业发展迎来黄金十年。其中,从2015年开始,受FTTX建设推动,光纤光缆需求进一步放量。CRU显示,2015至2017年,我国光纤需求量分别为20000万芯公里、24000万芯公里、30000万芯公里,而其中中国移动需求量由6000余万芯公里增加到15000万芯公里,用于接入网的建设,在较大程度上影响整体产业的需求。根据CRU的测算,国内光缆需求从2009年的0.6亿芯公里持续高速增长,至2017年达到将近3亿芯公里,年复合增长率高达19.58%。

黄金十年产业产能大幅提升。3G建设周期的开启大幅增加光纤产量,由2009年的8427.8万芯增加到2013年的22726.6万芯千米,年复合增长率高达21.85%;2013年4G牌照下发,进一步催化市场供应,光缆产量于2015年见顶,达到34947.2万芯千米,年复合增长率为24%,2017年迎来另一高峰,达34211.1万芯千米,2015-2018年供给持续维持高位。

2009-2018十年间光纤价格经历先跌后涨。随着行业产能的增加,光纤集采价格从2009年至2015年进入下行趋势,由82元/芯公里下降至52元/芯公里;2015年,运营商开始加速扩张光纤宽带接入网,尤其在中国移动放量需求的刺激下,光纤光缆市场供需情况改变,光纤价格由2015年的52元/芯公里上涨至2018年的65元/芯公里,市场热度再现。

估值冲高回落,修复可期。光纤光缆行业相较A股有较高的估值比价,属于较高成长性产业。受益于3G、4G建设以及2015年牛市行情,行业自2011年至2015年估值持续上涨,随后由于产能过剩以及市场逐步恢复理性调整至平均线年有所回暖,随着5G建设的推进,行业估值有较大修复空间。

2019年光纤产业遇冷,但5G周期已带来转机。2019年光纤光缆量价皆出现下滑情况。用量方面,2019年中国移动普通光缆招标用量为1.05亿芯公里,同比下降4.5%。全年光缆产量为2.65亿芯千米,较2018年大幅下滑16.45%。价格方面,中国移动招标结果显示最终光缆价格区间为54.40-63.27元/芯公里,而去年同期为110-120元/芯公里区间,平均下滑50%;中国电信方面,室内光缆最低报价为71元/芯公里,同比大幅下滑61%。我们认为造成产业遇冷的主要原因有二。需求端方面,4G建设进入尾声,需求增长放缓,而彼时5G建设还未正式开启,行业发展逐步进入空窗期。供给端方面,受前期3G、4G建设刺激,光纤光缆企业不断增加产能。光纤需求的低迷和产能的不断上涨导致产能需求比在2019年大幅上涨,供过于求。根据光电通信平台以及知乎的统计显示,2019年光纤的产能需求比已经超过1.8倍,供过于求程度较为严重,导致光纤价格大幅下跌,相比起2018年65元/芯公里的价格,2019年估计仅有35元/芯公里左右。2019年光纤光缆行业严重遇冷。但受益于5G建设步伐的加快,新基建政策的加码、运营商资本开支增加,基站建设数量激增,预计1000万站宏基站与逾1200万站微基站将在5G周期内建成,结合国际市场需求,光纤光缆的需求有望提振。

TMT行业成为新基建的核心,5G与数据中心发展将得到大力支持,提振光纤光缆需求。中证公司根据行业情况和政策内容修订了中证新型基础设施建设主题指数(新基建)与中证新型基础设施建设50指数(新基建50)。其中,新基建指数前5大行业(申万二级行业)分别是:计算机应用、通信设备、电子制造II、半导体、元件Ⅱ,合计占比59.87%。新基建50指数前5大行业分别是:计算机应用、通信设备、电子制造II、元件Ⅱ,计算机设备Ⅱ,合计占比63.45%。在两只指数中,TMT领域中的计算机、通信设备和电子均位列前三,是市场将其视为新基建主要组成部分的体现。在新基建,IDC产业会大量运用计算机,为满足用户访问计算资源、存储资源和网络资源的需求;通信设备则主要应用于5G。资本的大量入场以及顶层政策的倾斜,新基所建涉及产业将得以快速发展,通信板块在2020上半年加速进入高景气发展阶段,尤其是5G和IDC两个产业领域。5G通信以及IDC架构信息传输是光纤光缆两大主要应用场景,新基建的政策将自上而下传导,率先利好产业链上游产业,光纤光缆需求得以提振,扭转2019年行业颓势,并在中短期持续利好。

自2019年6月5G牌照正式发放以来,顶层政策不断强调加快新型基础设施建设。5G作为新基建的重要组成部分之一,将总共接受约7.5万亿元的投资。设备商及运营商在国内疫情得到控制后逐步发力,将5G建设大规模落地。行业利好将根据建设进度自上而下传导,2020年属于5G基础设施发力建设的关键节点,5G产业链上游将重点受益,光纤光缆是其中重要一环。

三大运营商在3月公布今年资本开支计划,中国移动、联通、电信分别计划开支1798亿、700亿以及850亿,全年总额约3348亿元,较去年大幅增长12%。自2018年,运营商资本开支已连续两年增加,显著回暖。5G牌照于去年正式发放,根据4G周期建设经验来看,运营商将持续加码5G建设,资本开支或在2021年底、2022年达到峰值。

5G建设方面,根据运营商年报披露,移动、联通、电信2020年分别拟投资1000亿、350亿及453亿,约合1800亿元,相较2019年(240亿、79亿、93亿)大幅提升。建设初期,上游基础设施率先落地,光纤光缆作为有线网传输介质,需求将得到大幅提振。

5G网络搭建,基站先行,催化光纤光缆行业再繁荣。从我国频谱的规划来看,从3G到4G再到5G,使用的频谱不断向高频迭代,其中3.5GHz为连续覆盖频段,26GHz和40GHz毫米波段则用于热点核心区域的覆盖。随着通信使用频率的提升,基站覆盖面积随之下降,覆盖相同面积所需的基站数将大幅提升。根据市场需求和规划,2020年,中国移动将独立新建30万座5G基站,联通、电信将在前三季度联合建造25万座5G基站,预计全年三大运营商合计建设50-60万站,比2019年增加近3倍,并按照“前期中频宏基站覆盖重点城市-中期中频宏基站完成城乡全覆盖-后期毫米波小站覆盖热点地区”的路径逐步落地。

边缘计算的发展是光纤光缆需求的有效补充。边缘计算与小基站方面。5G周期内互联网流量将大幅上涨,对传输网以及IDC的数据处理及访问的压力巨大,边缘计算能够较好地解决这一问题。MEC可根据用户需求将部分资源部署在网络边缘,提高用户体验感。另一方面,MEC可通过海量的互联网数据及大数据分析,提高网络智能化能力,从而衍生出新兴的商业、服务模式,包括智能视频加速、视频流分析、VR/AR、密集计算辅助、企业网与运营商网络协同、车联网与IoT网关等。为帮助用户落实生产生活网络信息化,实现5G低延时、广连接的功能,MEC发展势在必行。假定小基站主要覆盖高频段,则需要建设相当于宏基站数量的8-12倍才可实现相同的覆盖水平(使用Uma NCLOS方法),假设小基站覆盖10%的区域,估计整体建设量将达到800-1200万站。作为信息、数据传输媒介,宏基站与小基站的放量建设将在总量上提高对光纤光缆总需求。

从具体通信网络角度来看,光纤光缆需求由三大部分组成。(1)接入网:主要为固定接入网,FTTH,将单独在下一小节介绍;(2)承载网,用于整合接入网侧数据及信息并传输,在前、中、回传均有较大光纤光缆需求;(3)核心网,负责数据的集中处理和路由。

承载网方面,网络新架构从前、中传增加光纤需求。目前,5G基站的组成由传统4G的“BBU+RRU”演变成“AAU+CU+DU”模式。模式中AAU与DU之间的传输为前传,DU与CU之间为中传,CU往上为回传,其中前传、中传对光纤光缆需求产生积极影响。

光纤直连方案是前传光纤需求的主要来源。目前前传网络解决方案主要包括光纤直连、无源WDM、WDM-PON、有源WDM等。由于其他方案存在着成本高昂、故障定位较难等问题,在5G前传网络解决方案中光纤直连方式仍是主流方案之一:即每个AAU与DU全部采用光纤点到点直连组网,增大光纤使用量。基站数量的激增与直连前传方式的流行将刺激光纤的有效需求。预计平均单个宏基站前传光纤需求为2公里,光缆芯数为48,中传回传所需光纤为0.5公里,复用率为50%。

中传方面,CU/DU集中部署方式可打开光纤需求新空间。为满足5G不同场景速率以及延时性的需要,传统基带处理单元BBU分化为处理物理层协议和实施服务的DU以及处理非实时协议的CU。依据5G建设构想,AAU、CU、DU可以采取分离或者合设的方式,出现多种部署形态,包括①4G宏基站模式,CU/DU共硬件部署;②CU集中部署模式;③DU集中部署、CU高层次集中模式;④CU/DU共站集中部署。其中,CU集中部署以及DU/CU分别集中部署将在中传环节增加对于光纤光缆需求。

传输网、核心网的建设与维护持续利好光纤光缆。城域网是传输网的重要组成部分,其核心接点之间的网络结构主要为环网结构,主干光缆需求较大,在建设时需要考虑5年的适用情况。核心层方面,用于连接城域网的核心接点,核心层光缆(汇聚机房与核心机房间)一般情况下大于等于96芯,汇聚层光缆则不低于48芯。两大网络的搭建虽基本成熟,但新网络的建设以及旧网络的更新维护将持续地维持光纤光缆行业部分需求。

FTTX指光纤到终端,是接入网重要组成部分,其中X代表光纤线路目的地。常见的场景为FTTH以及FTTO,即光纤直接到家庭以及光纤到办公室。FTTX将光网络单元安装在住家用户或企业用户处,提供更大的带宽,增强网络对数据格式、速率、波长和协议的透明性,以实现更加快速与稳定的通信接入。

2015以来国内FTTH建设速度可观,渗透率逐步饱和。根据中国产业信息网,光 纤光缆最大的需求端在于FTTH,估计达到光纤光缆总量的45 。从2015年起,FTTX建设得到运营商大力推进,FTTH/O端口数由2014年的1.63亿个增加至2019年的8.36亿个,年度复合增长率高达38.58 ,是光纤光缆的主要需求来源。

海外FTTX与4G建设空间广阔,光纤光缆需求逐步向海外转移。至2018年末全球4G的渗透率仅为40%,远低于我国的76% 。全球多地区FTTX与4G/5G建设需求强烈。

国内光纤制造商竞相发展海外业务。目前国内光纤光缆生产厂商主要客户源于国内,随着国内FTTX建设区域饱和,国际业务份额成为兵家必争之地。2019年长飞光纤、亨通光电、通鼎互联、中天科技四大光纤光缆制造商总营收为809亿元,其中国际业务为159亿元,占比20 ,有较大上涨空间。具体来看,长飞光纤积极部署亚洲市场,在泰国、菲律宾、印尼、新加坡、香港设立子公司,并开始布局美国、秘鲁、以色列以及非洲市场。亨通光电多点位部署,涉及欧洲荷兰、西班牙、葡萄牙、俄罗斯, 亚太地区的澳洲、印尼、印度,并延伸至南非以及巴西。中天科技在亚洲涉足香港、泰国、印尼、印度,欧洲开拓俄罗斯、德国、摩洛哥市场,在南美发掘哥伦比亚及巴西的机会。受益于国际FTTX、4G/5G建设的推动,光纤光缆的海外需求增长潜力广阔, 结合龙头生产厂商海外分支机构逐步的设立,产业的海外发展空间得到有力开拓。

海底光缆是实现国际信息互联和传输的有效途径。国际光缆在国际通信中起到重要作用,随着云计算、大数据、物联网等产业的快速发展,全球数据交换和连接迫在眉睫。全球IDC互联以及通信、网络互联的需求提振国际光缆需求。而海底光缆由于具有高质量、高清晰度、大容量、安全性能好、性价比高等优点,成为国际光缆的主要形式。根据TeleGeography,目前全球95%以上的跨国数据传输通过海底光缆。海底光缆是传输能力和经济性超越卫星通讯等技术手段,也是当前最主要的跨洲通信技术。

海底电缆的核心是由高纯度光纤制作,通过内反射来引导光沿着光纤的路径前进。在海底光缆的制作中,光纤首先会被嵌入在类似果冻的化合物中,保护即使在与海水接触的情况下电缆也不会损坏。然后将光缆装入钢管中,防止水的压力将其破坏。接下来将其包裹在整体强度极高的钢丝之中,并套在铜管之中,最后套上聚乙烯材料的保护层。

带宽升级需求与海缆替换周期推动海底光缆建设开启成长新空间。我国互联网出口带宽以年均21%的速率增长,国内十三五规划要求出口带宽年符合增长近 40%, 计划到2020年达到20Tbps,其中海缆承载70%的出口带宽,“一带一路”倡议已将海底光缆网络定位为重要发展方向。到2021年全球海底光缆市场规模有望达到51.4亿美元。目前,全球投入使用的海底光缆中,2000年前的投资占40% ,根据海缆25年左右的使用周期推算,这些海底光缆已逐步进入周期末端,海底光缆进入到一个新旧更迭的过渡期。2019-2021年,共有五十五个海底光缆系统在全世界范围内筹划或建设, 估算将有35万公里的海底光缆需求。

目前我国拥有4个国际海缆登陆战和9条国际海缆可实现国际网络互连和通信, 但与美英等发达国家相比仍然存在较大的差距。根据中国信通院《中国国际光缆互联互通白皮书》,美国海底光缆数量是中国的8倍,人均带宽是中国的近10倍;英国方面, 海缆数量相当于中国的5倍有余,人均宽带是72倍;新加坡方面,海缆数量是我国两倍多,人均带宽则是中国的262倍。我国与美日欧相比,无论是海缆数量还是人均海底带宽都很低,未来发展空间广阔。目前中国企业在逐步打开欧洲、东南亚、非洲和南美洲的海缆市场,随着成功项目不断落地带来的示范效应,以及一带一路政策的推动,中国企业有望在全球海缆市场上占据更重要份额。

我国云计算规模持续上升,IaaS市场占主要份额。2019年下半年我国公有云服务市场规模达到69.6亿美元,约合492.7亿人民币,其中IaaS同比增长60.9%,PaaS市场增速同比增长76.3%。由于我国云计算市场处于相对初级阶段,仍较为依赖计算、存储等基础资源,IaaS的云服务形式占据更多份额:2018年,公有云IaaS市场规模达到270.4亿元,以61.82%的比例占据公有云市场的主导地位。根据IDC估计,2019-2023 年中国公有云IaaS市场将实现46 的年均复合增长率,到2023年将接近2087亿元规模。

国内市场份额方面,马太效应显著。就IaaS+PaaS来看,2019下半年阿里、腾讯、中国电信、华为以及亚马逊AWS占据市场前五,共计市场份额的76.3%,马太效应显著。

云计算产业头部梯队竞争激烈。目前国内云计算市场呈现一超多强态势,除了阿里云持续占据第一的位置,市场份额排名第二至第五位的企业所占份额差距并不明显,占有5%至10% 左右,每年的排名变化亦十分明显。如何加快产业部署以占有市场份额将成为头部梯队企业的主要目标。

头部竞争带动云计算市场繁荣。为进一步占有市场份额,云企业根据自身主营业务的特点因地制宜地加码云计算业务,将从两个方面促进云计算产业良性发展。一是市场竞争刺激大规模资本支出投入云计算建设,目前国内云计算两大巨头均表示将追加投资云计算产业,阿里拟在三年内投资2000亿用于数据中心建设和技术研发;腾讯则斥资5000亿投入布局新基建,其中数据中心是关键建设环节。大规模资本投入有助于产业的扩张与建设的落地。二是市场竞争推动云企业多角度布局应用场景,使下游用户切实享受云计算的便利。腾讯云在互联网、游戏、电商、民生等领域为用户提供有效服务;天翼云则深耕政企市场,并打开针对家庭的云服务;华为云在帮助企业上云、以及物联网云服务方面进行发力。云企业对于应用端的部署使云计算与社会生产生活相融合,产业功能得以有效实现,市场得以繁荣。

我国互联网流量保持快速增长,对云计算承载能力提出高要求。2020年Q1,我国移动互联网累计流量达到357亿GB,同比增长39%。从趋势上看,5G应用端、AI、工业互联网在新基建的支持下有较大发展前景,叠加疫情期间线上办公、线上教育与线上医疗等网络场景的广泛应用将大幅增加网络流量,对云计算的承载及运算能力提出高要求。

叶脊网络架构或取代3-Tier传统架构以应对海量计算需求。云计算的运算、存储、网络的功能由数据中心实现。目前,数据中心受制于网络架构的扩展及管理要求, 无法满足网络流量激增导致的需求。传统以接入层、汇聚层和核心层为主要组成的3- Tier架构会使网络压力集中负载于核心交换机,无法有效适应网络流量的需要,导致网络连接不再便捷。因此,扁平化、无阻塞的叶脊架构或逐渐演化并替代3-Tier架构。叶脊结构主要有叶层交换机和脊层交换机组成。叶交换机保持转发2层和3层的流量, 流量可分布在所有可用的链接上;脊交换机均衡分担了网络压力。在接入层压力剧增时,叶交换机可在接入层处理连接,脊交换机则保证在节点内任意两个端口之间提供延迟低的无阻塞性能,从而较为便捷地接入云平台。

400G光电互联方案渐成新宠。数据量的剧增对网络架构的升级提出要求,其中最重要的一环是要保证新架构中的交换网络设备转发能力(以及端口密度)能够满足用户的高速率需求。因此,光电互联方案逐渐从100G转化到400G。在IDC的光电互联中, 交换机共有4种:ToR交换机、叶交换机脊交换机和核心交换机,目前每种连接都朝着更高速率的方向发展。

数据中心的内部连接青睐使用多模光纤。400G光电互联方案中除了市场比较关注的光模块,光连接也是重要的一环。要实现两台交换机的连接,首先需要将光模块A的电口第一台交换机的电口,将其电信号通过转换成光信号,并将光模块的另一端光接口与光纤连接器相连实现光信号传输,再依次将光纤连接器的另一端与第二台交换机的光模块B的光口相连,光模块B的电口和第二台交换机的电口连接,最终实现两台交换机之间的连接。云计算的发展推动数据中心的建设,其内部连接的搭建将提高光纤连接器的需求。光纤连接器光纤模式分为单模和多模两种,相比起单模光纤,多模光纤传输距离短,采用低成本、低功耗的激光器,实现光纤和激光器之间快速高效的耦合,更加适用于数据中心此类设施的短距离数据传输。

OM5多模光纤在400G时代应用潜力巨大。光通信中“OM”是指光模式,是多模光纤中表示光纤等级的标准,分为0M1至0M5。其中,OM1支持最大值为1GB的以太网传输, OM3和OM4通常用于在数据中心的布线G高速以太网的传输。OM5 则在0M4的基础上拓宽带宽通道,为100Gb/s和400Gb/s波长提供解决方案。OM5光纤主要具有三大优势:(1)极强的扩展性。OM5光纤跳线可以将短波波分复用和并行传输技术结合在一起,并且只需要8芯宽带多模光纤,就能够支持200/400G以太网应用;(2)有效降低建设运营成本。OM5光纤跳线借鉴了单模光纤的波分复用技术,延展了网络传输时的可用波长范围,能够在1芯多模光纤上支持4个波长,很大程度上降低了网络的布线)在兼容性和互操作性方面优势明显。能够和OM3光纤跳线光纤跳线一样支持传统应用,和传统的OM3和OM4光纤跳线能够完全兼容,互操作性极强。在400G时代,OM5多模光纤应用前景广阔,即使在低速率设备向高速率设备升级迭代的过程中也能有不俗的表现。

光纤光缆产量回暖。根据国家统计局数据,虽然从2018年下半年开始光纤产量有所下滑,但5G发牌后产量有所回暖。今年年初由于疫情冲击,3月产量有所萎缩, 但随着企业复工复产,产量恢复情况良好。价格方面,根据中国移动2020-2021非骨架式袋装光缆集采情况来看,总需求量为589.68万芯公里,不含税限价为35326.63万元,约为59.91元/芯公里,相比2019年三十多元的价格已部分反弹,但仍处于相对低位。

主流厂商纷纷布局光棒赛道,市场供给增长空间较大。光纤预制棒是光纤光缆产业链中附加值最高的一环,随着5G渐行渐近,头部生产商纷纷加大光棒布局力度, 逐步释放产能以应对市场新需求。长飞光纤开展潜江二期项目,预计带动光棒年产能1500吨,带动光纤产能2000万芯公里。通鼎互联开展自主研发全合成光纤预制棒项目, 在2018年已投产,估计可新增光棒产能600吨/年。亨通光电开展新一代光纤预制棒扩能改造项目,于2018年中旬已完成投产,预估新增光棒800吨。富通鑫茂开展济南光棒项目,估算可带动500吨/年的光棒产能。龙头企业已基本完成光纤光缆产能改造, 随着光纤需求在5G周期的逐步回暖,供给增长空间可观。

光纤光缆属于传统通信制造业。其中,光纤是利用光的全反射原理,在由塑料或者玻璃制成的纤维之中传输信号的光传导介质;光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆芯,外包有护套或外护层,用以实现光信号传输的通信线路。光纤传输具有传输损耗低、频带宽、抗干扰能力较强的特点,可广泛应用到电信的接入网、承载网、核心网,以及数据中心内部互联等场景,成为当代社会人际交流不可或缺的基础设施。

光缆由缆芯和护套通组成:缆芯决定光缆的传输特性,根据所含有的光纤的数量可以分为单芯/多芯两种。护套通由聚乙烯/聚氯乙烯和铝带/钢带组成,起到保护缆芯的作用,具有较好的抗压能力、密封和防腐蚀的能力。

产业链方面,上游光纤预制棒毛利率最高。光纤光缆产业链上游为光纤预制棒, 通过四氯化锗、四氯化硅、特种气体等原材料制造,用于光纤的拉丝,毛利率约为50%; 中游为光纤,光纤制造厂家使用光纤预制棒拉丝加工制造光纤,包括了使用涂料以及拉丝等步骤,毛利率大约为25%;下游为光缆的制作,厂家对光纤进行护套成缆处理, 并最终销售给应用端客户,毛利率大约为6%。产业链中光纤预制棒成本在光纤中占比达80%以上,光纤成本在光缆中占比90% ,因此光纤预制棒的价格极大程度影响光纤光缆的价格走势,产业链价值最高,毛利率最大,是主流制造厂商力争的业务赛道。

光纤预制棒在产业链中附加值高,得技术者得市场。光纤预制棒是光纤光缆产业链上游产品,实为具有特定折射率剖面,用于制造光纤的石英玻璃棒,一般直径为几毫米至几十毫米,是光纤工艺中最重要的部分,占产业链利润约70%,且技术门槛高、需要较大资本投入。

MCVD技术折射率控制较好,便于操作。MCVD工艺为朗讯等公司所采用的方法。MCVD工艺是一种以氢氧焰为热源,发生在高纯度石英玻璃管内进行的气相沉积。MCVD 工艺的化学反应机理为高温氧化。MCVD工艺是由沉积和成棒两个工艺步骤组成。沉积是获得设计要求的光纤芯折射率分布,成棒是将已沉积好的空心高纯石英玻璃管熔缩成一根实心的光纤预制棒芯棒。现MCVD工艺采用大直径合成石英玻璃管和外包技术,例如用火焰水解外包和等离子外包技术来制作大预制棒。这些外包技术弥补了传统的MCVD工艺沉积速率低、几何尺寸精度差的缺点,提高了质量、降低了成本,增强了MCVD工艺的竞争力。

OVD沉积速度快,生产率高,对原料纯度要求低。OVD是1970年美国康宁公司的Kapron研发的简捷工艺。OVD工艺的化学反应机理为火焰水解,即所需的芯玻璃组成是通过氢氧焰或甲烷焰中携带的气态卤化物产生粉末逐渐地一层一层沉积而获得 的。OVD工艺有沉积和烧结两个具体工艺步骤:先按所设计的光纤折射分布要求进行多孔玻璃预制棒芯棒的沉积(预制棒生长方向是径向由里向外),再将沉积好的预制 棒芯棒进行烧结处理,除去残留水份,以求制得一根透明无水份的光纤预制棒芯棒, OVD工艺最新的发展经历从单喷灯沉积到多喷灯同时沉积,由一台设备一次沉积一根棒到一台设备一次沉积多根棒,从而大大提高了生产率,降低了成本。

VAD技术集成OVD优势,生长方向由径向改变为垂直向。VAD技术是1977年由日本电报电话公司的伊泽立男等人,为避免与康宁公司的OVD专利的纠纷所发明的连续工艺。VAD工艺的化学反应机理与OVD工艺相同,也是火焰水解。与OVD工艺不同的是, VAD工艺沉积获得的预制棒的生长方向是由下向上垂直轴向生长的。烧结和沉积是在同一台设备中不同空间同时完成的,即预制棒连续制造。VAD工艺的最新发展由上世纪70年代的芯、包同时沉积烧结,到上世纪80年代先沉积芯棒再套管的两步法,再到上世纪90年代的粉尘外包层代替套管制成光纤预制棒。

PCVD折射率控制良好,原料利用率高。是1975年由荷兰飞利浦公司的Koenings 提出的微波工艺。PCVD与MCVD的工艺相似之处是,它们都是在高纯石英玻璃管内进行气相沉积和高温氧化反应。所不同之处是热源和反应机理,PCVD工艺用的热源是微波,其反应机理为微波激活气体产生等离子使反应气体电离,电离的反应气体呈带电离子。带电离子重新结合时释放出的热能熔化气态反应物形成透明的石英玻璃沉积薄层。PCVD工艺制备芯棒的工艺有两个具体步骤,即沉积和成棒。沉积是借助低压等离子使流进高纯石英玻璃沉积管内气态卤化物和氧气在大约1000℃的高温下直接沉积成设计要求的光纤芯玻璃组成。成棒则是将沉积好的石英玻璃管移至成棒用的玻璃车床上,利用氢氧焰高温作用将该管熔缩成实心的光纤预制棒芯棒。PCVD工艺的最新发展是采用大直径合成石英玻璃管为沉积衬底管,沉积速率提高到了2~3g/min,沉积长度达到1.2~1.5m

VAD/OVD技术有助于成本控制,但5G周期或青睐PCVD技术。光纤预制棒是光纤光缆产业链中技术门槛最高,也是潜在利润最大的部分,由于从2018年下半年产业开始遇冷,光纤光缆价格走低,控制预制棒成本是行业中各公司实现利润的关键环节。VAD/OVD可提高光纤预制棒制造效率、对原材料纯度要求低的特点,可有效降低生产成本,并有助于生产厂商实现成本优势。而随着5G的推进,光纤光缆需求将放量增加, PCVD因其具备折射率分布控制更精确以及加工灵活性更大的优势,更符合市场发展需要,可抓住更多市场机遇,或成为5G周期主流光棒制造技术。

3G/4G建设推动光纤光缆产业繁荣,提振光纤预制棒需求。2015年开始中国移动大力推进FTTX建设,光棒需求量逐年增加,生产厂商跟随市场趋势大力布局光棒赛道, 并逐年增加供给量,促使光棒自给率由2014年64%上涨至2018年91%,已基本实现自给自足。

长飞光纤产能领头,龙头产商技术各有侧重。根据各主流生产产商公司公告显示,长飞光纤光棒产能最高,达到2600吨,技术主要采用PCVD及VAD/OVD;亨通光电位居第二,产能为2300吨,主流技术采用VAD+OVD。头部厂商大部分使用VAD+OVD技术, 成本控制为主要考量因素。

根据国际电信联盟ITU-T建议,通信光纤分为G.651-G.657七大类,其中G.651为多模光纤,G.652至G.657为单模光纤。

光纤由纤芯、包层和涂覆层构成的。包层的直径一般为125us,涂覆层的直径一般为250us;而纤芯直径并非固定,并由此产生了不同的传输性能。

G.651光纤可有效降低多模光纤模色散,增加宽带,低衰减性能适用千兆以太网。多模光纤的纤芯直径一般为50um~100um,使得光信号在光纤内的传输有多种模式。当纤芯直径变小时,光信号的传输模式也会变少,各传输模式间的干扰变少; 当光纤的纤芯直径小到一定值以下时,光信号的传输模式就只剩下了一种。相比起单模光纤, 多模光纤传输距离短,采用低成本、低功耗的激光器,实现光纤和激光器之间快速高效的耦合,更加适用于数据中心、局域网此类设施的短距离数据传输。

小衰耗优势推动G.652成为广泛应用光纤,适用于光纤到户、长途及城域网。影响光纤传输距离的最重要因素之一是衰耗,光纤的衰耗系数是和波长相关的。光纤在1310nm和1550nm处的衰耗较小。G.652光纤零色散(色散是指信号的不同频率成份或不同的模式分量以不同的速度传播,到达一定距离后产生的信号失线nm处衰减最小,因此此类光纤既可选择1310nm波长区域,又可选择1550nm波长区域,但它的最佳工作波长在1310nm区域。G.652光纤得到广泛应用,我国FTTX、长途以及城域网已铺设的大部分为此类光纤。

G.652光纤分为4种子类别,D类为市场主流。G.652光纤按照特性分为A、B、C、D四种主要类别,分别在宏弯损耗、衰减系数、PMD系数上有区别。G.652.A支持10Gbit/s 系统传输距离可达400km,10Gbit/s以太网的传输达40km,支持40Gbit/s系统的距离为2km。G.652.B型光纤,支持10Gbit/s系统传输距离可达3000km以上,40Gbit /s系统的传输距离为80km。G.652.C型光纤,基本属性与G.652A相同,但在1550nm的衰减系数更低,而且消除了1380nm附近的水吸收峰,即系统可以在1360~1530nm波段工作。

G.652D型光纤的属性与G.652B光纤基本相同,而衰减系数与G.652C光纤相同,即系统可以在1360~1530nm波段工作。G.652.D是所有G.652级别中指标最严格的,并且完全向下兼容,结构上与普通的G.652光纤基本相同,是目前最先进的城域网用非色散位移光纤,成为市场上主流使用品种。

G.657光纤是为了实现光纤到户的目标,在G.652光纤的基础上开发的最新的一个光纤品种。这类光纤最主要的特性是具有优异的耐弯曲特性,其弯曲半径可达到常规G.652光纤的弯曲半径的四分之一至二分之一。G.657光纤分A、B两个子类,其中G.657A 型光纤的性能及其应用环境和G.652D型光纤相近,可以在1260~1625nm的宽波长范围内工作;G.657B型光纤主要使用在1310nm、1550nm和1625nm3个波长窗口,更适用于实现FTTH的信息传送、适合安装在室内或大楼等狭窄的场所。

G.653光纤拟结合低衰耗及零色散,但不适用于波分复用。光通信系统速率提高之后,信号传输开始受到光纤色散影响,色散过大或可导致信号失线nm处衰耗系数最小,但是色散系数较大,为规避信号失线型光纤应运而生,使其在1550底衰耗处色散系数为0。但是,色散系数为0的光纤不适合波分复用, 信息传输效率较低,很快退出历史舞台。

G.655光纤后期或仅用于长途线路的维护。为解决G.653光纤无法适用波分复用的问题,在1550nm处色散微小但不为零的光纤被研制,是为G.655型光纤。G.655光纤在1550nm波长附近衰耗最小、色散较小且不为0,可以用于WDM系统。该特征促使G.655 光纤在2000年前后的20余年内应用于长途干线。但随着色散补偿技术的成熟,G.652 开始在长途干线后期几乎仅用于长途线路的维护。

S波段应用需求小,G.656光纤量产可能性低。G.655从衰耗特性来看,G.655光纤从1460nm~1625nm(S+C+L波段)的波长范围都可以用于通信,但由于1530nm波长以下光纤的色散系数太小,不适合波分复用,所以G.655光纤的可使用波长范围为1530nm~1525nm,即C+L波段。为了使光纤的1460nm~1530nm波长范围(S波段)也能用于通信,G.655光纤的色散斜率被降低,从而形成G.656光纤。由于光纤具有非线性效应,长途WDM系统波道数量没有大量增加的需求,光纤C+L波段可满足需要。在高速率系统对波道间隔有较大要求之前,G.656光纤需求或持续低迷。

3.2.4G.654光纤:5G承载网向400G迭代,或成为新周期“爆款”

承载网向高速率互联方案迭代,G.654.E光纤或成热捧。由于前、中、回传需要,5G承载网“AAU+CU+DU”模式对承载网的容量和传输速率的要求进一步提高。前传方面,组网以星形为主,环网为辅,4G时期主要采用6G和10G产品,5G时代则升级为25G 光模块。中传方面以环网结构为主,由于5G建设初期CU、DU为一体,待5G建设逐渐成熟,光模块需求才会逐渐释放,并由25/50G产品升级至50/100G产品。回传网络主要为环网或全互联结构,前期以100G光模块为主,后期会逐渐转向200G/400G产品。5G 建设的推进激发了电信光模块升级迭代的需求,承载网向高速率发展。就具体光纤种类而言,G.654.E光纤有效面积比常规G.652.D光纤增大约50 ,可有效降低高阶调制信号的非线性效应,提升光纤通信系统的信噪比;此外,该种光纤在1550nm波长的典型衰减值比常规G.652.D光纤降低了约20%。这两种优势叠加使该光纤比常规G.652.D 光纤的传输性能有大幅提升,可有效延长400G系统传输距离,同时避免干线网络结构的大规模改动,从而降低陆地传输系统的建设成本。由此,G.654.E光纤是400G周期最适合的品种,市场需求量广阔。

价格方面,中国联通在2019年5月首次集采G.654.E产品,由于限价过低而导致流标,在九月的二次招标限价由62元/芯公里调整至超过200元/芯公里,同期中国电信的“上海金华河源广州干线光缆线路工程光缆采购项目”最高投标限价达到340元/芯公里。随着对运营商对光纤传输性能要求的提高,G.654.E产品价格有望上浮,切入G.654.E市场的生产企业会在5G周期内持续受益。

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