（报告出品方/作者：中信证券，丁奇、黄亚元）
光通信产业构成、价值及产业一览
通信的网络结构：光网络承上启下，分为光设备、光缆、光模块三个环节
21世纪，信息科技得到极大的发展，互联网、大数据、人工智能，极大地丰富了人们的沟通和生活。而信息科技的底座便是通信网络，正是因为通信网络近二十年来的传输效率以指数级提升，每比特成本大幅下降，使得海量数据远距离传输，集中处理成为可能，海量的数据集中到一起，才引发云计算和大数据的革命。每比特传输成本为什么能大幅下降，传输效率为什么能大幅提升呢？除了以3G、4G、5G为代表的空口效率革命以外，另一个关键就是在传输环节光对电的替代，以及光自身传输效率的不断提升。
我们先看通信网络的架构，理解光在其中所处的位置，然后再分析产业后续的发展变化。通信网络从网络构架上来看可以简单地分为信息的采集部分、信息的传送部分和信息的转发、处理和存储部分，如图1所示。而光通信主要处于信息的传送部分，具体又可以分为光通信设备（OTN和WDM）、光纤光缆和光模块。接下来我们就这三个环节分别进行简单的介绍，然后在下一章节进行展开论述。
我们首先介绍下光纤光缆，最早，我们的通信方式也叫电话，这个“电”，其中一部分指的是中间是用电缆在传输信号。由于电子的趋肤效应，电缆的传输损耗特别大，常用的75-12同轴电缆（MHz）的衰减值为79dB/km，而光纤通信的每公里衰减比目前容量最大的通信同轴电缆要低几个数量级，目前业内普遍使用的普通光纤衰减为0.20dB/km左右，而超低衰减光纤衰减程度可小于0.17dB/km，这使得远距离通信的承载介质很早就开始转变为光缆。而在接入端，过去十多年来，“光进铜退”工程稳步推进，在年5月17日的世界电信和信息社会日大会上，工信部副部长陈肇雄透露，截止年5月，我国光纤用户渗透率已达93%，大幅领先于欧美和全球平均水平。
然后，我们介绍下光模块，光模块的存在，本质上是为了解决光电转换问题。由于光目前还无法存储，当前数字世界的处理其实是依赖电路板或者PCB的。而如果我们直接用电信号进行传输，则只需要水晶头就可以了，当年PC机连交换机就是通过水晶头加网线的方式进行连接。但如上文所述，距离稍微一拉长，用电缆不仅价格贵，信号的损耗更是惊人，因此需要把电信号转化成光信号，光模块的作用就在于将电信号通过激光器来转换成光信号，然后通过光缆进行长距离传输。
最后介绍下光传输设备（OTN、WDM）。光传输设备的价值有两个，一个是对抗损耗，放大信号，另一个是复用介质，提升传输效率。为什么光传输设备需要这两个特性呢，因为光在光纤中进行长距离的传送也不可避免地会有衰减、色散等问题，需要有一个设备对其进行再放大、重生；另外，只传输一路波对骨干和城域的光纤资源是一种浪费，需要设备将多路光进行波分复用后再传送，同时，波分复用也是提升单光纤容量的一种有效方式。
光通信产业价值：跨越信息鸿沟，迎接智能时代
随着人工智能、大数据等技术手段的发展，数据的价值越来越凸显。然而，随着采集数据的传感器数量大增，精度不断提高，维度不断扩展，数据量呈现急剧增长的态势。如何才能低成本、高效率地去采集、传输和处理数据是一个非常重要的课题。我们认为，中国光网络过去十数年的快速发展，使得每比特传输成本大幅降低，为中国的数字经济发展奠定了良好的基础。首先从信息的采集角度而言，光网络有力地支撑了FTTH和4/5G网络，使得中国的互联网和移动互联网迎来了极大发展。
从FTTH来看，截止年底，中国光纤接入FTTH/O用户5.06亿，仅中国移动一家用户数量就达到2.4亿。中国FTTH/FTTO的用户比率达到93%，相较于全球30%的平均水平遥遥领先。FTTH的高速发展，一方面与中国的人口基数有关，另一方面与中国的劳动力成本和土地政策也密不可分。据中国电信集团公司科技委主任韦乐平，中国FTTH的单户成本年已降到美元，仅为欧美日等发达国家的1/10。较低的接入成本加上庞大的市场规模，使中国FTTH用户数量突飞猛进，根据工信部数据，到年底中国FTTH端口数约9.18亿个。同时，中国也在不断推进4/5G的建设，-年，中国共新建5G站点.5万。在FTTH和基站的大规模建设共同推进下，根据《年通信业统计公报》，年底中国光缆总长度万公里，其中年新建万公里。
随着数据量井喷式发展，以及对网络品质要求的不断提高，除了接入网以外，传送网也在迎来大发展，主要源于以下几点：1、从家庭业务来看：4K/8K直播、云VR、自由视角视频等新型的家庭业务正在蓬勃涌现，这些新业务不仅需要简单的大带宽，还需要更低时延、更小丢包率等指标以保障良好体验，这些都需要高品质的网络来满足和支撑。2、从企业来看：业务泛视频化、数据集中化、生产办公系统云化成为鲜明特点，企业数字化转型一方面产生大量数据，需要集中存储在云端，同时生产办公的云化也要求企业总部与分支之间的数据交互更安全、更及时，这也需要大带宽、低时延、安全隔离的网络保障。
产业地图：中国具备最完整产业链，关键环节待突破
中国对信息技术发展极度重视，是全球最大的光通信市场，也是全球最大的制造基地。光通信产业链完整，从光电芯片、器件、光纤预制棒、光纤光缆到系统设备制造一应俱全，根据韦乐平在全球光纤光缆大会上的发言，中国光传输设备发货量占全球的40%、光接入设备占70%、数通设备25%、光纤60+%、光器件约15%。
中国虽然有全球最大的市场和最完备的产业链，但并不意味着每个环节上都有非常强的竞争力。以光设备为例，华为、中兴通讯、烽火通信已占据最大份额，但在产业链高端部分还存在短板，例如，光系统环节：WSS开关、OXC等关键器件还依赖于进口；光模块环节，G以上的高端相干光模块由欧美公司主导；光芯片环节，10Gbps基本实现国产，25G激光器芯片、PIN和APD器件开始小规模发货，25Gbps电芯片基本依赖进口，相干oDSP高端芯片主要由欧美公司主导；光纤光缆环节，在超低损光纤、光纤预制棒套管、光纤涂覆层等环节依赖进口，同时光纤销售依赖于国内市场，国际化拓展还有待进一步加强。
光通信设备：整机份额市占率超五成，部分核心元器件仍有瓶颈
光通信以光纤作为传输介质，其传输的信号就是光信号。但电脑、手机、光通信设备等终端，都是通过电信号“0和1”来处理信息的，所以终端设备在信息处理时必须进行光电转换。因此，光通信系统由“将电信号转成光信号的发送单元”、“将光信号转成电信号的接收单元”及“传输通道光纤”构成。光通信网络主要分为核心层、骨干层、汇聚层和接入层。
光通信网络从接入层来看主要有PON网络，从汇聚、骨干和核心层来看，主要设备有WDM、OTN等。
接入层：PON市场中国厂商占据七成份额，核心环节PLC占五成份额
PON（无源光网络）是指（光配线网中）不含有任何有源电子设备，ODN全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。该技术由20世纪90年代的BPON，发展到21世纪初期且沿用至今的GPON和EPON，又到后来的10GPON、XG-PON等等。
全球和中国PON市场空间料将保持稳定增速，根据市场研究公司DellOroGroup的最新报告，预计年至年，用于FTTH部署的PON设备、有线宽带接入设备和固定无线CPE的销售额将会增加，因为服务提供商希望扩大其固定宽带服务的覆盖范围和速率。得益于光纤建设和补贴措施，相关市场收入有望在年达到亿美元的峰值。这份宽带接入五年期预测报告的其他重要内容包括：预计PON设备收入将从年的83亿美元增长到年的98亿美元，主要得益于XGS-PON在北美、EMEA（欧洲、中东和非洲）和CALA（加勒比海和拉美地区）的部署；到年，固定无线CPE的收入预计将达到28亿美元，其中5GSub-6GHz和5G毫米波的出货量将会领先；随着运营商加大DOCSIS4.0的部署力度，到年，有线分布式接入设备（虚拟CCAP、远程PHY设备和远程MACPHY设备）的收入预计将接近9亿美元。
PON网络结构中包含OLT设备、ONU设备及ODN，PON的核心设备、器件包括芯片均已实现国产化，并占据了很高的全球市场份额。首先分析OLT设备，OLT设备是重要的局端设备，可以与前端（汇聚层）交换机用网线相连，转化成光信号，用单根光纤与用户端的分光器互联；实现对用户端设备ONU的控制、管理、测距。
ODN环节，PLC光分路器是ODN设备的重要组成器件，其工作原理是对光功率在每个分支点进行平均分光。PLC光分路器属于无源光器件，其核心芯片为PLC半导体光分路器芯片。根据仕佳光子的招股说明书，全球PLC分路器封装业务80%以上集中在国内，PLC光分路器的芯片仕佳光子占有全球50%的市场份额。
汇聚核心层：OTN/WDM两分天下有其一，WSS、高端相干模块是短板
接入层基站和宽带的数据传送上来后，需要通过路由器以及波分设备将其传送至核心网或者IDC中加以处理。如前文所述，WDM和OTN的主要价值在于长距离传输以及通过波分复用提供单纤的大容量。
WDM（波分复用）技术是在光纤上进行信道复用的技术。波分多路复用的原理是整个波长频带被划分为若干个波长范围，每路信号占用一个波长范围来进行传输。WDM可分为粗波分复用（CWDM）和密集波分复用（DWDM）。粗波分复用技术一般应用于短距离的城域网中，它的波长数目一般为4波或8波，最多16波。密集波分复用技术一般应用于长距离、大容量长途干线网，或超大容量的城域网核心节点，通过波分复用技术，其单根光纤可以传输的数据流量高达16Tbit/s，未来随着单波速率和频谱的提升，可以演进到32Tbit/s，甚至Tbit/s。这其中CWDM因为无需选择成本昂贵的密集波分解复用器和光放大器（EDFA），只需采用便宜的多通道激光收发器作为中继器，因而相较于DWDM的成本大大下降。
OTN是以波分复用技术（WDM）为基础、在光层组织网络的传送网。纯WDM的调度依赖于在ODF架手工进行光纤的配置，在接入层因为组网结构相对固定问题不大。对于汇聚、城域、骨干这种经常需要进行业务变动的，人工调度的工作量和错误率显然是一个问题，而OTN则是在WDM的基础上增加了光调度单元OXC，从而实现了光波上下的自动配置。市场空间层面，市场研究公司DellOroGroup在年7月更新了其《光传输网络市场五年期预测报告》，全球光传输市场到年将达亿美元。根据中国产业信息网预测，年全球密集波分复用（DWDM）器件市场规模将达45万只，这主要是得益于电信运营商的骨干网和城域网升级，波分下沉及波分下乡的积极推进，加之数据中心间的互联也要用到G和G的DWDM端。
市场格局层面，据Dell’oro统计，全球主要的波分设备生产商包括华为、诺基亚、Ciena和中兴通讯等。年，华为、中兴通讯、烽火通信的市占率分别为30%、12%、6%，中国厂商占据半壁江山。
我们接下来分析下波分产品核心元器件的国产化情况。DWDM主要组成部分有线路侧的OTU、波分复用和解复用器、光放大器、光监控单元OSC。其中OTU作用为将线路侧携带业务的、nm等波长光信号转换成WDM特定波长光信号后输出，国内华为、中兴通讯、烽火通信、光路科技等可自主生产；光放大器主要有EDFA放大器和Raman放大器，其作用在于解决光长距离传输衰耗再生的问题，国内光迅科技、昂纳科技、锐科激光等均可以生产；光监控单元OSC的作用在于对设备进行管理，华为、中兴通讯、烽火通信等厂家均可生产。
这里面比较复杂的是波分复用和解复用器，其主要作用是将多路光合为一路，以及将一路彩光分解成多路光，就是利用不同波长的波在光纤中相位延时的不同，形成相消型干涉，在某个特定的端口只输出特定的光，从而实现将其解复用为多路信号的目的，目前国内厂家尚不具备能力进行生产。
波分复用器件均为有源光器件，常见的波分复用解复用器包括薄膜滤波器（一般用于8路以下的WDM）、阵列波导光栅（AWG，用于16波以上）和可调光功率波分复用器（VMUX）等。其中，薄膜滤波器是基于薄膜滤光片的器件，主要应用于低通道粗波分（CWDM）市场；AWG可将40个以上波长的光合波或将已合的光波分解成独立光波传输，广泛应用于密集波分复用（DWDM）系统中；VMUX则由AWG和硅基可调衰减器（VOA，对于特定的波长的光进行衰减，降低光功率，以保持更好的性能）构成，并加以控制电路，实现光纤通信骨干网和城域网DWDM网络的信道预均衡分复用。
现阶段，我国在AWG芯片与VOA芯片实力较弱，多采用进口后加工。AWG芯片主要掌握在欧美电子器件厂商手中，如美国的VIAVI、NeoPhotonics和Kaiam（前Gemfire），加拿大的Enablence和日本的NEL；硅基电吸收式PLC-VOA芯片为美国的Mellanox（前Kotura）公司独家生产供应。AWG和PLC-VOA这两类芯片技术门槛较高，可供选择的供应商相对较少，国内主要有仕佳光子、光迅科技和博创科技在这一块有小批量生产。ROADM/OXC主要是在DWDM上叠加了波长级的调度的能力，其中波长选择光开关（WSS）是组成OXC及ROADM的核心器件。目前，光开关在光通信系统，尤其是在波分复用系统及全光网中有着重要的应用。
在光开关器件中，波长选择光开关（WSS）尤其值得