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F5G赋能千行百业 推动数字经济转型升级 2021年 1月 全球光通信产业白皮书 目录 全球光通信产业白皮书 | 1 致读者 2 第三章：政策与需求的双重利好：中国光通信市场展望 65 政策驱动要素及其利好场景识别 . 市场需求及其利好场景识别 . 67 73 第五章：产业启示 91 产业的发展离不开政府的宏观支持 . 产业生态的建立离不开资产学研体系的供血 . 关键应用场景的投资将为产业发展提供养分 . 93 96 100 第二章：技术与应用的相互推进：全球光通信新兴应用场景展望 8 技术场景升级 助力全球领先技术的跃进，打造激活新时代的“有机养分” . 光通信应用场景升级 驱动万物互联的落地，链接迎合新时代的“播种途径” . 基建场景升级 升级网络架构、软硬件性能，培育适合新时代的“健康土壤” . 10 12 59 第一章：光通信产业发展历程 3 回溯历史：人类文明的发展离不开科技的进步 . 放眼未来：光通信赋能“光联时代”迈入人类文明新纪元 . 4 7 第四章：产业展望和资本市场洞察 79 全球固网光通信市场规模测算 . 资本助力光通信产业发展 . 81 85 致读者 与移动网络的演进一样，在前几代固定网络基础上， F5G在 联接容量、带宽和用户体验三个方面均有飞跃式提升。在技 术驱动光网络代际演进、市场拉动企业网络变革升级的双重 作用下，全光连接的 F5G网络正在掀起新一轮的基础设施建 设与应用场景发展机遇。 第一章 光通信产业发展历程 回溯历史：人类文明的发展离不开科技的进步 人类社会面临的第二个趋势是泛智能化 我们身边的电子 设备将不仅变得越来越多，也将持续变得更加智能并且能 够实现更广泛的功能，而这些功能当中，有相当一部分是 需要远程联网才能实现的。例如数字孪生，通过模拟数字 实物进行动态仿真，从而达到提高效率、节约成本的目的。 所有这些操作的实现，都需要相关信号从人类的大脑到设 备的处理器之间精准且及时地传递，而光通信“网络”正 是这个信号的桥梁。随着未来智能设备的进一步增加以及 联网化，越来越多更具有未来感和充满想象力的功能将逐 一实现，甚至部分的作业指令能够在执行中途进行灵活编 辑，而另一部分的指令则可以包含许多复杂的步骤与指示。 这些智能设备和我们的生活息息相关，也因此，泛智能化 的趋势对于光通信网络提出了更强的稳定性、可靠性以及 更大规模终端互联的要求。 第三种趋势是感官的极限化 众所周知人类的欲望是无穷 的，对于 更好感受 的追求也是无止境的。而本质上阻碍这 种追求的是现实的制约，所以在过去的现实中我们可以看 到，消费者们可以忍受标清视频，也可以忍受预先把视频 下载到硬盘里或者 U盘中再行观看。但是随着网络能力的 提升，这些古老的用户习惯早已经烟消云散，不再复回。 现在，苛刻的消费者们已经不可能再忍受这样的娱乐方式， 相反其所追求的是 8K视频、互动的超清 VR体验以及几乎没 有延时的大型云游戏等。 8k电视上市后，全球出货量年复 合增长率预期高达 134%，而 4k电视出货量的增速放缓至约 18%。由此可见，新技术的出现会提升人们的消费需求， 从而推动技术不断升级，提供更极致的体验。从实现要素 来看，显示设备技术的提升也逐渐使得分辨率能够几乎达 到肉眼没法分辨的精度，互动的时延也将逐渐低到大脑难 以察觉的边界。因此，以后我们的娱乐生活将是一种超清、 沉浸、实时及互联式的体验。有趣的是，随着消费者习惯 的快速改变以及媒体的大肆宣传，面对这一轮新的感官体 验升级，消费者比以往都要更加期待与迫切，也因此我们 的光通信网络需要能够尽快升级以提供更大的带宽，甚至 直接通过光信号实现娱乐内容的传递与展现，从而真正消 除消费者们追求感官极限的现实制约因素。 全球光通信产业白皮书 | 4 纵观古今，人类文明的发展离不开科技的进步。伴随着瓦特 发明蒸汽机，以机器生产代替手工劳动，极大地提高了生产 力，人类历史从农耕文明向工业文明过渡，进入了“蒸汽时 代”；电力的发明与应用，促使劳动效率不断提升，电力取 代蒸汽深入生产与生活领域，人类居住环境获得全面改善， 人类文明从“蒸汽时代”进入了“电力时代”；伴随着电子 计算机的发明与网络的普及，人们逐渐开始利用网络作为交 互手段，人类文明打破物理空间限制，全面迈向“信息时 代”。 而纵观人类信息化和全球数字化的进程，此刻的我们正处在 全新一轮变革的风口之上，数据、通信与算力的可获得性正 在以指数级的速度增长，与此同时，企业、机构和消费者对 于数字化世界的要求也在以前所未有的速度提升。我们认为， 在此时间节点上，未来人类社会及数字世界将共同受到五种 大趋势的综合影响，催生出新的技术、场景与基础设施。这 五种趋势分别是，联接场景化、泛智能化、感官极限化、需 求峰谷化与网络两极化。 受到疫情的影响，无论是为了居家隔离，或是为了避免传染， 全球人类的移动性正在大打折扣，人们也开始反思自己是否 真的需要物理上的移动，例如去公司、去医院或是去学校。 假如存在一种更好的技术，能够实现几乎所有事务的远程化 交互与处理，那么“亲临现场”的重要性将有所下降。 这是我们认为的第一大趋势：联接场景化 越来越多的线下 场景，被互联网赋能，人们将不再需要亲临现场，就能接收 到现场的所有信息，甚至远程与现场完成交互。而这种“现 场”的定义可能非常广泛 ，包括 了学校、医院、办公室、银 行、政府事务中心、体育馆、演唱会现场、健身房等一系列 场所。这些地方可能集中，也可能分散，或存在于市中心， 也可能非常偏远，而同样的，网络另一端所连接的用户，也 可能分散在各个角落。以联接场景化最为深入的购物场景为 例， 2015-2021年全球电商销售额在全球零售总额当中所占 份额由 7.4%上升到 17.5%。因此，为了实现更多场景的互联 互通，提供现场与用户的实时连接，势必会需要一张足够强 大的光通信网络，其能够连接足够多的终端，并且支撑特定 场景下的实时网络互联及超大带宽等要求。 为满足以上五种趋势，传统的 F1G、 F2G、 F3G已经难以为 继，甚至 F4G的通信网络也显得力不从心，人类数字世界 的光通信网络迫切地需要进行一轮新的升级 以往，我们经历了从 F1G到 F4G的代际演进。伴随着通信技 术的高速发展，网络通信速率从 F1G时代的 64Kbps， 提升 至目前的 100-500Mbps。带宽的提升，使得网络能够承载 更多的信息，为应用的丰富提供了可能（见图 1）。 F1G通过电话铜线传输模拟信号，满足了语音通话需求， 也提供了非常基础的拨号上网服务。 F2G使用宽带接入了互联网，数据传输速度的提高，使 互联网网站和门户网站得到普及。电子邮件在企业中变 得更加普遍，得到更广的应用；个人用户也可以开始使 用简单的在线通信工具。 F3G进一步推动多媒体成为重心，支持高清电视、电话 和在线游戏等应用。 F4G时代超过 100Mbps的数据传输速率，大大 提高 了 用 户 通过互联网访问多媒体的速度，高清电视、视频直播、 超清视频会议 等逐渐 普及。 到 F5G时代， VR/AR、智能电网、智慧医疗 /互联网 +医 院、智慧农业、智能交通、智慧校园等新兴场景如雨后 春笋般不断涌现，并从此逐渐融入我们的日常生活之中。 随着技术的不断升级，以铜线为基础的通信材料劣势逐渐 显露。原本的铜线受限于传输速率与传输质量的问题，已 无法满足人们对于传输速率的需求，逐渐成为通信传播的 瓶颈。而光纤则完美地解决了其在传输上的弊端，以光纤 为代表的光通信技术应运而生，其在传输速率与传输质量 上的提升，完美地契合了人们对于高 带宽的需求 。伴随着 光通信的逐步普及， 也预示 着人类文明将步入又一新阶段 光联时代 。 第四种趋势可以称作网络需求的波动化 回顾历史，我们可 以发现直到 10年前，消费者们对于家庭网络的投资仍然是以 需求驱动为主。但是，随着光通信能力的提升，通信网络的 提速、增效和降本不断为消费者带来了切实的好处，运营商 也更加积极地响应政策，持续进行大规模的宽带家庭入户建 设，终于，人们开始在一些闲余时光开始享受到了宽带的冗 余。但与此同时，需求的波动性却也正变得越来越高，随着 互联网巨头们创造了一个又一个的消费狂欢节，掀起了一场 又一场全民观看的直播，社会新闻与事件的爆炸与传播也变 得更加快捷，所有这些信息的传播不再依赖于传统的文字和 图片，而是通过超清视频、甚至实时互动的方式。因此，这 种需求的波动性也为我们的光通信网络提出了更高的要求， 从而避免 2012-2019年微博由于突发性高国民度新闻话题， 经历共计“九次”短暂性崩溃导致用户刷新不出页面的情况。 而集中爆发的上下行需求就需要更灵活的网络资源调用能力、 以及高峰时段的并发处理能力，这都对于光网络的持续升级 提出了要求与挑战。 第五种趋势是网络的两极化 ，这种两极化主要存在于三个方 面，其一是全球网络部署升级的进度鸿沟，中国已经领先全 球开始部署以 10G-PON为代表的 F5G网络，而在某些欠发达 地区却依然在部署 F3G的网络。据尼日利亚政府国家宽带五 年计划（ 2020-2025），尼日利亚 2019年的 F2G、 F3G、 F4G触网率分别为 89%、 75%和 37%， F4G光纤渗透率很低， F5G的部署尚未开始。第二个方面是硬件设施的两极化，以 大型互联网公司为代表的企业纷纷部署大型数据中心，而小 型企业则主要通过企业上云以及少量的园区网络部署满足其 业务需求。第三方面则是网络要求的两极化，以远程手术与 自动驾驶为代表的场景要求更大的带宽、更低的时延以及近 乎于绝对的可靠性，相反，以远程监护、智能抄表等应用相 对应的场景则更偏向于对光通信网络提出基本性的要求。以 上三个方面的两极化趋势使得我们的数字世界的网络资源需 要得到更加合理的重新分配，从而优先保障需求密集型以及 对网络质量要求更高的地区和场景的用户需求。 全球光通信产业白皮书 | 5 相较于 5G， F5G拥有更高的带宽，同时网络延时比移动宽带 降低 90%，安全稳定性高达 99.999%。所以 5G与 F5G的交织， 构成了光联时代的天上与地上的双网并行。 F5G技术更适应光网络迭代升级。从技术角度看，光纤频 谱比射频宽 1,000倍，光纤网络寿命最长可达 30年，支 持不同代际光技术平滑升级。 5G与 F5G的应用互为补充。 5G虽然在网络带宽方面有所 不足，但在移动性、多联接方面更为见长，因而更加适 用于无人机、车载物联网等移动网络；而 F5G的固定连接， 由于大带宽、低时延和高可靠性的特点，尤其在工业园 区和数据中心互联等方面表现更为优异，同时受 Wi-Fi 6 的加持，使 F5G同时适用于室内的众多应用场景。 F5G千兆超宽带时代 （ 1Gbps） F4G超百兆时代 （ 100-500Mbps） F3G超宽带时代 （ 20-300Mbps） F1G窄带时代 （ 64Kbps） F2G宽带时代 （ 10Mbps） POTS技术提供语音服务 PSTN/ISDN技术拨号上网 2.5G/技术 基础通话上网需求 VDSL技术 40G/技术 高清视频、联机游戏 高清观感、流畅体验 ADSL技术 10G/技术 互联网连接、图片视频 稳定传输、无卡顿 GPON/EPON技术 100G/技术 4K高清视频、直播 实时沟通、品质生活 目前进展 10G-PON技术 200G/ / 400G/技术 360度 Cloud VR、云游戏 万物互联、极致体验 图 1：固定网络代际演进示意图 F5G为 5G提供基础支撑。 5G主要应用于终端，通过无 线连接到基站；而基站与接入网、汇聚网和传输网之间 仍需要依靠固定光网络连接，因而 F5G是 5G蓬勃发展的 重要基础之一。 全球光通信产业白皮书 | 6 资料来源： ETSI，安永分析 放眼未来：光通信赋能“光联时代”迈入人类文明新纪元 有别于“信息时代”，“光联时代”通过庞大体量的数据传 输，突破本体限制实现万物互联互通。光通信通过赋能三大 核心场景，即基建场景、技术场景、应用场景，打造“光联 万物”的智慧生态。 技术升级 技术作为“光联时代”的养分，为“光联时代”的全面实现 提供了有力支撑。从 5G/F5G的通信迭代升级，到光器件的 衍生场景，前沿科技的不断革新从带宽、稳定性、延时性、 可靠性等不同维度对光通信提出了严格要求。光通信助力全 球领先技术的跃进，打造激活新时代的“有机养分”。 应用场景升级 应用场景作为“光联时代”的成果，丰富了时代的内涵。光 通信的出现满足了应用场景对于强算力、大带宽、低延时、 高可靠性的需求，使用户可以获得更加无缝的用户体验，使 超高清视频、 VR/AR等泛娱乐应用、工业互联网、智慧医疗 等新兴商用场景和智慧教育、智能家居等新兴生活场景成为 可能。光通信驱动万物互联的落地，链接迎合新时代的“播 种途径”。 基建升级 基建作为“光联时代”的基础，承载了“光联时代”的庞大 数据体量。通过光通信对于基建的全面升级 骨干网、城域 网的不断扩容、基站的紧锣密鼓建设，为 F5G的增强型固定 宽带（ eFBB）、全光纤连接（ FFC）和保证可靠体验（ GRE） 和 5G的增强型移动宽带（ eMBB）、大规模机器型通信 （ mMTC）和超可靠低延迟通信（ URLLC）提供了坚实的基 础。光通信升级了网络架构和软硬件性能，培育了适合新时 代的“健康土壤”。 全球光通信产业白皮书 | 7 第二章 技术与应用的相互推进： 全球光通信新兴应用场景展望 技术孕育场景，场景驱动新基建 伴随人类的通信迈入新的时代，我们在通信技术上也取得了长足的进步。 自 2019年 12月，欧洲电信标准协会（ ETSI）成立 F5G行业规范工作组（ Industry Specification Group, ISG），进一步定义第五代固定网络技术（ ISG F5G），明确了 F5G的 三大特征：增强型固定宽带（ eFBB）、全光纤连接（ FFC）和保证可靠体验（ GRE）。 F5G 以全光网络为目标，以 10GPON、 Wi-Fi 6、 200G/400G、下一代 OTN等为代表技术。 F5G 千兆光纤的技术支撑，将全人类推向“极速互联”与“光联万物”的崭新时代。 与此同时， F5G技术驱动光网络的代际演进，为众多新兴场景提供了落地的可能，从而将人 类推向“万物互联”时代。无所不在的 F5G网络，将成为人工智能、自动驾驶、云计算、区 块链、传统产业赋能等应用场景的坚实支撑，对中国乃至世界政治、经济、科学、教育、 民生等领域产生深刻变革，全面深化“数字经济革命”。 与此同时，新兴应用场景的蓬勃发展对于网络能力也提出了更高的要求，从基础设施逻辑 来看，光传输链路需要进一步承载指数级增长的数据流量，而光接入端也需要以更低的时 延、可靠性来保障网络的体验，这些均对于相关的支撑技术提出了更高的要求。此外，不 同的应用场景对于网络服务的要求也存在越来越分化的需求，这就要求相关网络资源的灵 活调度技术（如网络切片），从而保障终端接入数量、带宽、时延和 QoS（ Quality of Service）等能力的智能按需分配。这些要求也相应地催生并推动了诸如 Wi-Fi 6、 10G-PON、 200G/400G 超高速传输技术、下一代 OSU-OTN等技术的发展。 全球光通信产业白皮书 | 9 技术场景升级 助力全球领先技术的跃进，打造激活新时代的“有机养分” 采用 OFDMA技术。 Wi-Fi 6在上一代 OFDM基础上升级采 用 OFDMA，将不同类光传输信息综合为同光缆传输。 所以， Wi-Fi 6进一步 提高了频谱 资源的利用率， 提升了 传输 效率和传输速度。 更完整的上下行 MU-MIMO。 为提升速率和系统性能， Wi-Fi 6在 Wi-Fi 5 wave 2中支持下行 MU-MIMO基础上采 用更完整的上下行 MU-MIMO。所以， Wi-Fi 6能够让 8个 终端共享上行、下行 MU-MIMO数据包，从而实现多终端 连接。 支持“ TWT”技术，更省电。 Wi-Fi 6突破性采用目标唤 醒时间（ Target Wake-up Time, TWT）技术，允许终端 设备非数据传输时段进入休眠状态，可节省 85%的电 池功耗。所以， Wi-Fi 6相比于第五代网络技术还具有更 节能的优势。 支持空间复用技术，更抗干扰。 空间复用技术让 Wi-Fi 6 在手机收到来自同频段、相同无线局域网络的信号时， 能够及时识别并停止信号干扰。所以， Wi-Fi 6具有更强 的抗干扰性。 纵观光通信的整个传输链路，从传统的骨干网城域网的带宽 升级，到接入网的光通信设备引入，到最后 FTTH进入千家万 户 “光联万物”正在加速向我们靠近。 Wi-Fi 6、 10G-PON、 200G/400G 超高速传输技术、下一代 OSU-OTN等新技术的 涌现，也推动着全产业链更快地向全光网迈进。我们将帮助 本文的读者明确技术的相关定义、了解特点与代际优势，并 明确其对于光通信产业的显著提升作用（见图 2）。 Wi-Fi 6 Wi-Fi 6，即第 6代无线技术 IEEE 802.11 ax，是 2019年推 出的新一代无线网络技术。 Wi-Fi经过 20年的发展，最新的 Wi-Fi 6已可达到最高 9.6 Gbps传输速率，是初代 Wi-Fi 1的 900倍（见图 3）。 传输速度的腾飞离不开光通信技术的迭代升级，相较于上一 代的 Wi-Fi 5， Wi-Fi 6有以下特性： 支持 1024QAM调制。 相较于 Wi-Fi 5 wave 2的 256QAM 调制， Wi-Fi 6所采用的 1024QAM对带宽的利用率更高， 其传输数据量更大；此外，相比于 Wi-Fi 5时代 160MHz频 宽仅作为可选项， Wi-Fi 6真正实现了稳定高频宽落地。所 以， Wi-Fi 6有更大的传输速率。 图 2：光通信传输链路示意图 Wi-Fi 6 10G-PON 200G/400G传输下一代 OTN 传输承载网 核心网接入网 ONU ONU ONU ONU ONU OLT 全球光通信产业白皮书 | 10 资料来源： ETSI，安永分析 54 54 60011 Wi-Fi 5 最高传输速率 （ Mbps） Wi-Fi 6Wi-Fi 1 Wi-Fi 2 Wi-Fi 3 Wi-Fi 4 6,930 9,600 发布时间 1999 1999 2003 2009 2013 2019 图 3： WiFi代际演进示意图 10G-PON与更高速光传输 网络速度需求的不断增长催生了全新高速网络技术，其中 10G-PON是继 GPON的下一代超高带宽网络接入技术，促进 网络的平滑升级与带宽提速，以达到“千兆传输”。相较于 GPON， 10G-PON具有以下优势： 千兆宽带提升速率。 相较于目前基于 EPON和 GPON的 PON 网络提供的有效极限带宽 100Mbps，基于 10G- PON的 OLT可以提供 10Gbit/s下行接入速率。所以，通 信速率提升是 10G-PON的显著 优势。 “假寐”与“周期性睡眠”技术，更节能。 FSAN决定采 用假寐（ doze mode）与周期性睡眠（ cyclic sleep）技 术，并在此基础上设备商可自由扩展，以实现低传输需 求时降低能耗。所以， 10G-PON具有更节能的优势。 随着 10G-PON大规模商用促进应用场景升级，从而使得末端 流量和骨干流量大幅增加，进而在需求端促进 200G/400G 网络技术的落地 。未来骨干与城域传输 网络将在 技术上跨越 式提升，以实现 200G甚至 400G 带宽超大 提升，如光 模块 技术 升级，区别 于传统 NRZ信号 传输，采用 双数字逻辑信号 传输， 200G/400G传输采用 4种不同信号电平传输，每周期 可以传输 2bit的逻辑信息，成倍提升传输效率，有利于通信 速率的大幅度 提升 。 新一代 OTN技术 新一代光传送网（ Optical Transport Network, OTN）将以 更高的资源利用效率和更经济的方式，推动“随需带宽”网 络发展。作为 F5G网络的核心技术， OSU-OTN是推动 FTTH 向光联万物演进的关键支点。相较于传统 OTN，下一代 OTN 具有多重显著优势： 泛在全光联接。 灵活弹性的新容器 OSU flex助力下一代 OTN，实现网络硬切片的颗粒度提升至 2Mbps，网络联 接数提升 500倍。所以，下一代 OTN具有更大规模连接 的优点。 带宽无损调整。 下一代 OTN支持 2Mbit/s - 100Gbit/s无 极无损带宽调整，支持用户在不中断业务的情况下随时 按需调整网络。所以，新一代 OTN具有灵活性高、网络 资源利用率 100%的优势。 超低传输时延。 新一代 OTN通过简化网络传输层次、提 供差异化分级时延，将单站时延降低 70%，达到毫秒级 甚至微秒级超低时延。所以，新一代 OTN相较于传统 OTN具有大幅降低 F5G网络时延的优点。 小结： 技术的快速成熟与落地亟待产业合力的推动 上述技术虽然为光通信产业带来了广阔的想象空间，却也 存在快速成熟以及产业化方面的瓶颈，例如 Wi-Fi 6技术对 于路由设备及终端接收设备的要求较高，价格也较高，同 样 10G-PON也存在部署成本较高的问题。而其他技术也或 多或少存在阻碍其发展与应用的障碍，例如 OSU-OTN相关 的标准化进程还需专网通信各行业用户共同进一步推动等。 很显然，只有通过产业界整体的合力，才能有效推动相关 技术群的落地发展，本文将在后续章节对于产业如何形成 合力提供参考建议。 全球光通信产业白皮书 | 11 资料来源： ETSI， IEEE，安永分析 新技术使能新场景 随着 智能化、数字化 的深入人心， “人”与“人”、“人”与“物”和“物”与“物”之间原 有的互联互通模式将被颠覆，所有的个体都将汇聚在一个庞 大且高度融合的数字生态系统里。数据或者信息将通过最优 化的方式进行传递，由此，技术将 对人们 需求的 满足 产生 各 种 潜移默化的影响。而对于这种需求全新的实现方式，无疑 酝酿了所谓新兴“应用场景”的落地 例如智慧医疗、智 慧工厂、智慧电网、无人机自动驾驶，超高清视频以及 AR/VR等应用场景纷纷孕育而生。 新兴应用场景的识别及其方法 我们认为， F5G与 5G所带来的数据传输速度及低时延造就 了各类新兴应用场景，其主要存在于以下方面： 泛娱乐的持续赋能 （如超清视频、 AR/VR、云游戏、直 播等场景） 商用场景的智能与网联化 （如智能制造、智能电网、智 慧矿山、智慧医疗、智慧农业等场景） 智慧办公场景的蓬勃发展 （如企业上云、智慧政务等 场景） 生活化场景的逐步落地 （如智能家居、智慧交通、智能 警务 /安防、智慧教育等场景） 我们将基于对通信能力的要求及行业 成熟的时间对场景 做进 一步的筛选，具体方法论如下（见图 4、图 5）。 一级 维度 二级 维度 三级 维度 对通信能力的要求 （ F5G/5G） 行业成熟时间 对网络性能的要求 云计算能力 产业链成熟度 可规模化商用的 时机 带宽、时延、能支持同步连接的设备数量 对多接入边缘计算 (MEC1) ) 能力的要求 相关内容 /IP的 丰富度、硬件 成熟度 商业模式 /运营 模式达到成熟期的所 需时间 政策法规推行时间表 完善的政策法规提供推动发展的支持基础 图 4：光通信核心应用场景识别方法论 光通信应用场景升级 驱动万物互联的落地，链接迎合新时代的“播种途径” 全球光通信产业白皮书 | 12 注释： 1） MEC: Multi-access Edge Computing 资料来源：安永分析 图 5：光通信关键应用场景识别结果 泛娱乐场景 ： 商用场景 ： 智慧办公场景 ： 生活化场景 ： AR/VR 智能制造 企业上云 智能家居 超清视频 智能电网 智慧政务 智能交通 云游戏 智慧矿山 智慧警务 直播 智慧医疗 智慧教育 智慧农业 全球光通信产业白皮书 | 13 校园办公 行业 /场景成熟时间 对 通 信 能 力 的 要 求 低 高 远程设备控制 数据中心 高清视频 /传感器监控 4K 8K 8K+ 初级沉浸 部分沉浸 深度沉浸 完全沉浸 起步云游 舒适云游 理想云游 高清直播 超高清 全景 远程控制 机器视觉 精准控制 远程监护 远程会诊 远程影像 远程手术 小型企业 中型企业 大型企业 无人农机 农业物联网 交通监控 车流调配 L4自动驾驶 智慧安防 无人巡逻 超清监控 AR/VR课堂 分析网络 智慧抄表 故障诊断 动态平衡 数字家居 互联家居 AI家居 智慧监察 智慧服务 智慧管理 20252020 资料来源：安永分析 不同场景与 5G/F5G网络相关度测算逻辑 本文结合 5G/F5G性能与应用场景网络需求，为各个场景进 行 5G/F5G相关度分析。具体来说， F5G在高带宽、低时延、 低抖动、抗干扰性与高可靠性的表现优于 5G，而 5G在可移 动性与多连接数方面相较于 F5G更具优势。所以，可以为每 种网络性能进行 5G/F5G匹配权重，结合不同应用场景对性 能的需求，计算出每个场景的 5G与 F5G相关度。 根据 5G与 F5G相关度得分差值，可将应用场景分为 F5G主导 场景、 F5G潜力场景与 F5G/5G混合场景。 （见图 6） 关于 F5G主导场景，智能制造、智慧医疗、云游戏和智慧金 融，对于时延及抖动非常敏感， 5G不足以满足。此外，如 电网的强电磁干扰和矿山的地下 5G信号较弱且较易发生爆 炸等特点， F5G也更为适合于智能电网和智慧矿山场景。 关于 F5G潜力场景，智慧农业、企业上云、智慧政务、智 能家居、智慧教育、智慧油田等场景是 F5G有潜力逐渐替 换 5G的场景。这类 场景连接 的设备具有一定的移动性，但 通常只活动在固定区域，伴随着 F5G+Wi-Fi 6技术逐渐 普及， 将 逐渐替换 5G。 关于 F5G/5G混合场景，超清视频、 AR/VR、直播智慧、智 慧物流等，根据终端及接入方式不同，属于 F5G和 5G混合 场景。 F5G与 5G互相协同，而非互相替代，只是适用于不 同场合，如：在居家及各类室内场景下，通常使用 Wi-Fi接 入网络，因此其对于 F5G同样具有较大的推动作用。本白 皮书重点聚焦 F5G，因此后文有关场景的展开都将聚焦该 场景在 F5G下的应用。 全球光通信产业白皮书 | 14 图 6： F5G相关度识别 云游 戏 超清 视频 智能 制造AR/V R 智慧 医疗 直播 智慧 金融 企业 上云 智能 电网 智慧 矿山 智慧 农业 智慧 政务 智能 家居 智能 交通 智慧 警务 智慧 教育 智慧 油田 智慧 物流 1 F5G主导场景 2 3 F5G/5G混合场景 5G F5G 相关度差值 F5G潜力场景 资料来源：安永分析 光通信市场在该应用场景中的规模测算逻辑（示例） 本文有关于光通信市场规模测算的口径为“运营商在固定通 信服务方面的收入”及相关“局域网建设供应商在 POL建设 上的收入”； 换言之，从 下游客户的成本角度而言，包括了 个人用户的网费支出及企业类用户的专网、传统网及 POL建 设的相关 费用（见图 7）。 以智慧医疗为例： 个人用户端（ 2C端）计算逻辑： 基于国家人口基数、触 网率以及光纤普及率得到该国使用光纤到户的用户底数。 再结合平均家庭人口数、平均每户的家庭光纤费用，得 到该国 2C端的网费综合。综合考虑 2C端的所有应用场景， 结合不同场景的渗透率、对于带宽等网络性能的要求和 平均使用时长等，得到不同场景的加权占比。通过 2C端 的总网费和加权占比，得到在智慧医疗场景下， 2C端光 通信市场的规模。 企业用户端（ 2B端）计算逻辑： 基于不同等级医院的数 量乘以其分别的智慧医疗场景渗透率（远程影像与远程 手术为代表），再乘以用于通信网络建设的费用，得到 智慧医疗场景在 2B端光通信市场的规模。 注释： 1) POL： Passive Optical LAN，无源全光局域网 资料来源：安永分析 下游企业网络成本结构 B端网络 成本结构 C端网络 成本结构 专网费用 传统网费用 POL建设费用 FTTH网费 运营商 收入结 构 局域网 建设供 应商 收入结 构 通信服务收入 （主营业务） 设备及其他销售 收入（其他业务） 传统 LAN建设 收入 POL建设收入 移动通信服务收入 固定通信服务收入 其他创新业务收入 （如园区网络建设 等） 运营商及局域网建设供应商收入结构 光通信 -固定通信市场规模计算口径 固定通信服务收入 POL1)建设收入 图 7：光通信市场在该应用场景中的规模测算口径 全球光通信产业白皮书 | 15 结合我们对于场景的分析， C端相关的场景相对而言将更快 落地，而 B端场景 则将一定程度上晚于 C端场景进入成熟期。 例如，受新型冠状病毒肺炎疫情影响，家居隔离、保持社交 距离、尽量减少外出已成为 2020年的全球常态。众多企业 （ 尤其是科技 类型公司）对此作出响应，安排员工在家进行 远程办公 餐桌、沙发、厨房成为新的办公场所。电邮、实 时通信软件、线上办公共享软件系统（例如微软 Teams）等 工具使得远程办公变成可能。同时，各国的出入境管制使得 商务差旅停滞，多数沟通只能通过在线视频会议系统（例如 Zoom、思科 Webex、微软 Skype）进行。此外，学校为免 人群聚集，学生和老师只能通过视频交流，进行在线学习。 同时，户外康乐活动也相应减少，相反，在家观看视频、游 戏、进行 /观看直播的人数大幅上升。线上外卖、买菜、购 物消费亦受到大幅推动。 简言之，疫情带来了 生命与经济 损失，造成众多不便，却因 而推动了高清直播、云游戏、在线办公、在线教育、在线医 疗等场景的进程加快，提前达到较为成熟的时期。 与 C端相关，偏消费类、娱乐类的场景成熟度相对较高，且 受疫情影响得到了一定的加速。超高清视频点播、超高清直 播、 AR/VR、云游戏等应用场景已逐渐与人们的日常生活进 行挂钩并逐渐普及。 与 B端相关的商用场景主要受政策驱动，如企业上云、智能 制造等。其中，车联网、远程驾驶、智能制造、智能物流等 场景对技术的 要求（包括 数据传输量、速度、时延、同步连 接设备数量的 负荷）相对 较高，综合而言进入成熟期的时间 会相对较长。对于智慧医疗中远程手术的场景，讲求精准细 致的操作，任何误差都足以致命，因此远程进行手术必须规 避信号误差、时延、网络不稳、甚至断网等的风险。由此可 见，远程手术对通信 能力的要求 极高，技术设备和产业链发 展成熟还需时日。 后文中，我们将对十五个关键场景的定义、 对利益 相关方的 益处、 对光通信 产业的拉动作用进行详细阐述，并 对光通信 在该场景下的市场规模进行分析与预测。 全球光通信产业白皮书 | 16 关键下游应用场景分析 超清视频推动下一代光网络的全面部署 目前对于超清视频，在主流的编码格式 H.265下，要求全高 清视频的传输速率最少为 4-8 Mbps， 4K视频 最低传输速率 为 8-30Mbps， 8K视频最低传输速率为 48-160Mbps。 而根据产业的一般标准， 4K视频传输速率至少为 40- 60Mbps， 8K视频普遍需要 135Mbps以上的 带宽来保证 传 输质量 。根据测试，随着 画质帧数的提升，对于带宽的要求 将更高，若帧数达到 120帧， 8K超清视频至少需要 200Mbps以上带宽的支持；而 120帧的 8K/VR视频，带宽需 求 甚至在 1Gbps以上。超清视频对带宽的需求随画质的提升 呈指数级增长，而多用户同传等新兴应用场景对 带宽更是 提 出了更高的需求，当前 4G网络的平均用户体验速率仅为 20- 30Mbps，现有 F4G或 Wi-Fi网络环境同样也已无法承载。 在大型活动举行期间，会产生数以万计的连接 需求和大量 的 高清摄像头或者终端录屏的视频传输需求，此时 F5G网络超 高网速、超低时延、超多 连接的三 大特点可以 较好地承载这 些需求 。在超高清视频直播的基础上，基站光模块和数据中 心的需求量大大增加， 加速了光纤 光缆的部署与升级换代。 全球光通信产业白皮书 | 17 泛娱乐的持续赋能 超清视频 “重返 万园之园”数字圆明园光影感映展，由清华 大学研究设计， 通过 8K高清 影像、 AI+AR等技术， 重现圆明园消失的 50余处美景，参观者可感受到全 视域联动影像和全沉浸感官体验。 英国政府于 2019年 投资了 1900万英镑用于“未来 博物馆”项目建设与 改造，从 2020年 开始，伦敦科 学博物馆 和国立科学与工业博物馆将提供超清 3D互 动性展览。 案例 超清视频将是受众广泛的“基础型”应用 视频产业发展可划分为四个阶段：高清时代、 4K时代、 8K 时代和超 8K时代（见图 8）。 视频技术经历了由模拟向数字 标清、 高清、超 清的演进，正在向超高清跨越式发展。超高 清视频作为高清技术的延伸，一般包括 4K、 8K等分辨率标 准，技术标准上的全面提升将为观众提供真实逼真的临场视 听场景，强有力地驱动了超高清视频产业生态体系的拓展。 超高清视频在 亮度、颜色 、 帧 速率和色深方面提供了全面的 改进。从消费者的角度来看，最直观的感觉是显著提高的 清 晰度、更 宽的 视野、更 宽的色域空间和高帧频。超高清为观 众带来了非常清晰的图像体验，并且图像质量得到了极大的 提高。 4K超高清电视的标准观看距离是屏幕高度的 1.5倍， 而 8K超高清电视的观看距离是屏幕高度的 0.75倍。视角大 大改善，获得更好的现场感。与高清电视系统的色域覆盖率 33%相比，其色域覆盖率达到 57%，帧频可以达到 120Hz， 与 50Hz高清晰度隔行扫描相比，有了很大的提高。 随着超高清视频与 F5G技术结合的场景不断出现。 4K/8K视 频将全方位覆盖未来的广播电视、大型赛事、文物考古、远 程医疗、安防监控、商业性远程现场实时展示等领域，成为 市场前景广阔的基础应用。 4K/8K视频对于网络有着颠覆性要求 人人处于大数据时代的当下，人们通过各类终端设备汲取信 息。超高清可以满足用户们对于大屏幕、高分辨、低延迟的 视觉感官需求，而消费者需求的升级正是超高清视频 行业的 驱动力 。 同样长度的视频， 4K视频传输对于带宽的需求远高于 1080P视频，与此同时，大体积视频对后期处理及数据存储 传输时的硬件设备同样产生巨大 考验，对处理 技术、存储空 间构成很大的挑战。随着 F5G时代的来临， F5G高速率、大 容量、低时延的特点不仅解决了传输速率问题，还可以满足 AR/VR这类应用对画质和 时延的 较高要求，超高清视频产业 全面普及有望加速实现。 伴随着超高清视频资源和观看终端供给数量的逐步提升，用 户对超高清视频的使用度也随之攀升， F5G为大量数据流通 提供了有力 支持。 超清视频的市场容量可观 考虑到韩国的娱乐传媒体系相对成熟，国内超清视频渗透率 高，故选取韩国作为超清视频未来发展的代表性国家，从超 清视频用户 数 和 带宽 升级光通信器件投资角度对该领域光通 信市场需求进行预测。 按照分别为 2%和 12%的复合年均增长率，预测 2020年韩国 人均智能手机保有量 约为 95万部 /百万人，人均网络电视保 有量 约为 50万台 /百万人。并且随着经济水平的发展与人民 生活质量的提升，人均超清视频观看设备仍会逐年增加。 随着 4K、 8K视频的渐渐普及，人民对生活品质的逐渐重视， 相应的视频传输网络需求也会逐渐增大，从而带动整个光通 信产业的投入。 推算至整个 韩国市场， 2020年超清视频带 动光通信市场规模约为 357亿人民币（见图 9）。 分辨率： 1280 720 像素以上 帧数： 60 帧 分辨率： 3840 2160 像素 帧数： 60帧 分辨率： 7680 4320 像素 帧数： 120帧 分辨率： 11520 2160像素及以上 （以 12K为例） 高清时代 4K时代 8K时代 超