日本光纤向6G进化 领跑世界 独占“多芯”专利(组图)

​ 日本NEC和NTT正在推进开发传输容量达到目前4倍的光纤。随着新一代通信标准“6G”及“互联网汽车”等技术逐步实用化，预计未来全球的通信量将会急剧增大。日本企业在新一代光纤的开发领域处于领先地位。在新一代光纤有望成为新的通信服务背后主角的情况下，美国谷歌等大型科技企业来向日本企业洽谈的情况也不断增加。



“谷歌和美国Meta（原Facebook）对我们提出要求，希望进一步增加海底光缆的容量”，NEC的经理鹿岛崇宏表示。

2021年秋季，NEC与住友电气工业等企业共同开发的海底光缆可容纳32根称为“多芯光纤（multicore）”的新一代光纤。以往的光纤都是单芯，只有一个光信号通道，而NEC等开发的新一代光纤有4根纤芯。

预计每根光纤的传输容量将达到目前的4倍，即每秒80太比特（Terabit）左右。相同时间内的通信信息量可增至4倍。用报纸来换算的话，每秒可传输的信息量相当于约3000万天的报纸。

新一代光纤的粗细程度只有0.125毫米，和头发丝差不多。以前由于会和旁边通道泄漏出来的光信号发生干扰，无法进行准确传输。现在通过改进通道周边使用的玻璃材料，可防止光信号泄漏，NEC一直在以实用化为目标推进开发。预计2020年代中期推向实用化。



新一代光纤将主要用于海底光缆，全球目前共有约500条，总长度达到130万公里，可以绕地球30圈以上。海底光缆是承担着99％国际通信的通信基础设施的核心部分，谷歌等美国科技企业正在自行推进构建工作。在海底光缆的生产和铺设领域，NEC掌握着3成世界份额，排名全球第二，仅次于占有4成份额的美国SubCom。

使用新一代光纤的海底光缆有望为今后被期待走向实用化的新通信服务发挥背后支撑的作用。其中一项服务就是6G，其速度被认为将达到目前的主流通信技术4G的1000倍，也相当于高速通信标准“5G”的10倍。

比如，使用海外企业的网络服务或者用智能手机与居住在外国的人相互发送视频时，携带着视频等信息的光信号会通过海底光缆从海外传输到日本。然后，经由日本国内的主干网及移动基站等传送到用户的智能手机上。6G只能提高智能手机和基站之间的传输速度。要实现高速度、大容量通信，必须提升连接日美等国家之间的海底光缆的性能。

NTT为了实现使用自主光技术、被称为“IOWN”的新一代通信平台构想，正在讨论将具备4个通道的新一代光纤推向实用化。设想2025年确立相关技术，2030年代将其引入连接东京及大阪等主要城市的主干网和数据中心。

NTT为了方便与现有的光纤置换，将设计同样粗的新一代光纤。该公司尖端媒体部门负责人中岛和秀表示“将从2025年左右开始推进国际标准化”。



充分利用作为IOWN优势的大容量和低延迟的案例之一是与网络实时连接的互联网汽车。美国大型网络设备企业思科系统（CISCO）预测，互联网汽车的数量今后将以每年30％的速度增长。NTT正与丰田开发面向互联网汽车的通信平台。瞄准自动驾驶的互联网汽车要求毫无延迟地检测并躲避周围的危险，要实现这一点，新一代光纤将发挥重要作用。

在互联网汽车以外，虚拟空间“元宇宙”为了通过虚拟现实（VR）等交换更多信息，也需要大容量通信。在普及远程医疗上，新一代光纤也被期待做出贡献。

日本情报通信研究机构（NICT）成功使用拥有38个通道的新一代光纤，实现了每秒10拍比特（Petabit）的大容量通信实验，是现行通信速度的500倍。通过将光纤的粗细程度增至2倍以上，可以容纳下很多通道。设想在数据中心精简光纤大幅减少条数。

一直以来，光纤的性能在新一代光纤问世前就不断提高。美国调查公司TeleGeography的数据显示，2020年每条光纤的容量为每秒20太比特，达到20年前的30倍以上。



不过，现行的光纤已经越来越难以进一步增加容量。原因是，如果进一步增加容量，通信使用的激光会变得过强，恐怕会导致光纤溶化或无法识别信号。关于提高现行光纤性能的余地，住友电工的光通信研究所所长斋藤达男指出“对于1000公里以上距离的数据传输而言，30～40太比特（现在的1.5～2倍）可能是极限”。

日企独占“多芯”光纤专利世界前四

据日本电子情报技术产业协会（JEITA）统计，2030年世界通信量预计增至2020年的15倍。NEC的董事西原基夫强调“为了增加世界的传输容量，多芯（的新一代光纤）是非常重要的技术”。

在新一代光纤的研究开发方面，目前日本企业领先。日本负责专利事务的特许厅2018年发布的报告显示，关于被称为“多芯”的新一代光纤，在全球申请的专利件数的前4家企业是藤仓（Fujikura）、住友电气工业、NTT和古河电气工业，均为日本企业。

在着眼于实用化的验证试验方面，住友电工2019年在意大利铺设了嵌入新一代光纤的长6公里的陆上电缆，属于世界首次。2020年，通过让光信号在电缆内循环，确认可在4000公里距离以最多每秒120太比特(Terabit)进行传输。

日本以外的企业也开始推进新一代光纤的开发。中国的长飞光纤光缆（YOFC）以研究用途，提供具备多于NEC等的7条通路的新一代光纤。美国特殊玻璃大型企业康宁大量持有基于另一种方式的新一代光纤的专利。

据NEC推算，2020年代世界海底光缆市场将达到3000亿日元左右，扩大至2010年代的2～3倍。另一方面，美国Research Nester预测称，5G基站的世界市场到2028年将达到1794亿美元。虽然重要度更高，但作为新一代光纤主要用途的海底光缆的市场规模小于无线通信相关市场。用于基站的通信设备是中国华为技术等日本以外企业的“城池”，日本企业缺乏存在感。

对日本企业来说，将新一代光纤的优势应用于海底光缆以外产品等也变得重要。 阅读原文