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连接器如何与“双千兆”网络齐头并进?
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连接器如何与“双千兆”网络齐头并进?

2021-08-06 09:59:56 来源:连接器世界网 作者:国际线缆与连接 点击:4096

【哔哥哔特导读】三月底,工信部出台了《“双千兆”》计划后,双千兆网络建设便按下了加速键。“双千兆”网络的发展赋能千行百业,也为连接器行业注入了新动能。

建设一张“千兆光宽+千兆5G网”的双千兆基础网络,向下联百业,向上入专云,为数字经济发展和行业数字化转型提供肥沃土壤。三月底,工信部出台了《“双千兆”网络协同发展行动计划(2021-2023年)》,为“双千兆”网络的建设蓝图提供了明确指导。

以千兆宽带为主的千兆光网具有超大带宽、超低时延、先进可靠等特征,是5G、数据中心、物联网等通信基础设施的“承载底座”。千兆光网与千兆5G网络共同构成了支撑我国新型基础设施发展、助力数字经济和数字化转型的“双轮”和“两翼”。

双千兆”网络的建设与发展按下快进键的同时,也给连接器行业带来了新的机遇和挑战。

双千兆

“双千兆”网络如何为连接器行业赋能?

1、“双轮”“双翼”正加速构筑

《“双千兆”计划》显示,预计到2021年年底,新增5G基站超过 60 万个、千兆光纤网络具备覆盖 2 亿户家庭的能力、万兆无源光网络(10G-PON)及以上端口规模超过 500 万个、千兆宽带用户突破 1000 万户。

预计到2023年底,5G 网络基本实现乡镇级以上区域和重点行政村覆盖、千兆光纤网络具备覆盖 4 亿户家庭的能力、10G-PON 及以上端口规模超过 1000 万个、千兆宽带用户突破 3000万户。实现建成 100个千兆城市和打造 100个千兆行业虚拟专网标杆工程的“双百”目标。

而“双千兆”网络的实现需要建设大量5G基站、数据中心和千兆光纤设施等,通讯连接器作为通信设备的关键部件之一,市场需求也将不断增长,主要包括射频同轴连接器、高速背板连接器和高速 I/O 连接器、光模块等。据广发证券发布的通信行业报告预测,连接器在一般通信设备中的价值量占比约为3-5%,而在一些大型设备中的价值占比则超过了10%。

移动通信技术的发展经历了GSM(2G)、3G、LTE(4G)阶段,正逐步在向5G演进,5G 的传输速度相比4G高100倍左右,其对连接系统的传输速度和通道功能要求大幅增加。比如:4G 单一基站基本是 4-8通道传输,而 5G 基站基本为32-64 通道传输,对连接器的需求数量呈几何级的增加。

以基站用的射频连接器为例,与4G时期相比,5G时期天线列阵通道数增加,每个基站设立3个天线扇面,目前主流的天线方案为64通道,即会用到64个射频连接器。按《“双千兆”计划》中提到的2021年将建设超60万个基站算,2021年基站需要的射频连接器超3900万个,市场增长空间过亿元。

板对板连接器方面,根据当前 5G 通信基站的主流架构,每座宏基站需要板对板连接器192套(采用介质滤波器的结构)或 384 套(采用金属滤波器的结构)。

此外,还有高速背板连接器、光纤连接器等。如《“双千兆”计划》中提到的到2023年底,10G-PON 及以上端口规模超过 1000 万个、千兆宽带用户突破 3000 万户。根据工信部数据显示,2020年千兆宽带用户为640万户,《“双千兆”计划》定下的时间表将极大地提升近两年对光纤接入网应用连接器的用量需求。

2、网通设备“换新潮”

《“双千兆”计划》显示,预计到2021年底,千兆光纤网络具备覆盖2亿户家庭的能力,这意味着千兆光网入户速度加快,全屋千兆全覆盖时代即将到来。

全屋千兆覆盖首先带来的是速率的提升,用户从室外流量环境无缝转换到室内WiFi环境时能继续保持高速通畅用网,数据吞吐量朝着理论值10Gbps前进。这些的实现需要光猫、网线、路由器、网卡等网络通信设备进行升级换代,而连接器作为数据传输的主要载体,在通信设备换新潮下,也给连接器行业带来了新一轮的市场增量。

网络通信设备机内及接口处均会使用到连接器,包括D-sub连接器、线对板连接器、BTB连接器、RJ45连接器、光纤连接器、SFP接口、SIM卡座连接器、DC电源接口、PCIe接口、USB接口等连接器随着网络通信设备的更新换代也将带来一轮换新潮。

以路由器为例,根据IDC发布的2021年第一季度报告,全球企业和服务提供商(SP)路由器市场同比增长14.4%至34亿美元。而在路由器设备中,使用到的连接器种类繁多,这无疑会给各类连接器厂商带来巨大的市场增量。

路由器

3、更多应用入户

过去一年里,在线教育、在家办公、视频交流在过去一年已成为新常态,家庭从娱乐中心逐步转化为娱乐和生产中心,这对家庭网络的性能提出了更高的要求。

随着“双千兆”网络广泛的应用,高速便捷、万物互联的宽带网络和由此催生的新的业务、新的应用,将会给我们生产和生活带来更多想像的空间。

自新冠肺炎疫情发生以来,大带宽、低时延的光纤网络,有力支撑了广大人民居家隔离期间远程办公、在线教育、远程医疗等业务应用的需求。同时,现实/虚拟现(AR/VR)、超高清视频等高带宽应用进一步融入生产生活。无处不在的“双千兆”网络和由此带来的新业务、新应用也必将为连接器行业带来新的机遇。

连接器与千兆网络如何齐头并进?

“双千兆”网络具有“高速、低时延、大规模数据通信”的特性,能够支持海量的消费级应用实现“实时、高可靠性”的通信需求,从而推动新型终端设备的大幅增长。随着消费级应用的增加,数据量激增,相应的设备及通信基础设施的数据处理能力也需要大幅提升,对带宽和数据传输能力均提出了更高要求。同时,终端设备也在往小型化的方向发展,对应用在设备内的器件的集成度和尺寸也有了更高的要求。

1、高速率、高集成、小型化

千兆网络需要加大对过流的承载能力和数据传输的速度,这无疑会给通信连接器带来技术上的改变,体现在传输速率提高、体积缩小、精细度上升、散热性能提升等。

连接器为支持更高速率,技术上也相应的创新。广东国昌科技有限公司光通信/传感器产品线总经理陈兴宇告诉《国际线缆与连接》记者,《“双千兆”计划》的实施只是未来IOT领域建设的其中一段,该计划对电/光连接器的配套需求是几何级的增长;其次对电/光连接器的集成化、小型化需求会进一步增多,对电/光连接器各种性能指标要求更高,对材料、工艺结构和防护性能要求也更高。

以RJ45连接器为例,千兆网络需要用到的RJ45连接器的具体大小规格、结构都有所不同,千兆网络应用中的RJ45连接器所需要的线圈层数更多,可传输速率也更高。

传统网络连接器模组主要采用分离式方案,将RJ45 连接器、高频变压器、共模扼流圈以及周边电子元器件分别组装在系统主板上。而分离式方案占用较大主板尺寸及设备空间,无法充分满足客户对于设备高集成、小型化的要求,且由于主板及相关零部件线路较长,不利于阻抗平衡及电磁兼容设计,在工作频率及传输速率较高时很难满足网络特性要求。

而集成网络连接器模组集成了变压器、共模扼流圈、去耦电容、线路保护元器件的 RJ45 网络连接器。“这在降低生产成本、提升RJ45连接器的通信宽带、降低内部空间的同时还可以满足下游企业对连接器小尺寸的要求。”四川经纬达科技集团有限公司连接器负责人宋明锐说到。

连接器接口

2、电口向光口发展

随着网络技术的发展,无线传输将是未来的趋势。其中,宽带入户设备也正由百兆向千兆甚至是万兆发展,而目前的宽带入户设备基本都在有线的功能上添加了无线功能,即拥有两个通道,有线或无线两种方式。相应地,连接器连接的网口也由电口向光口发展。

“以后RJ45连接器会被光纤连接器或高速连接器逐渐替代,因为随着高速率、高宽带的发展,依靠铜介质的RJ45连接器存在局限。像现在千兆宽带入户会接一个无线的光猫,RJ45连接器的数量正在逐渐减少,直接通过光连接转成无线的信号(WiFi)传输。”温州意华股份有限公司总工耿道杰说到。

此外,在一些网络通信设备中的网络信号传输接口也将由电口向光口方向转变。以路由器举例,无线化的发展也就意味着RJ45接口也将用SFP光口替代。

值得注意的是,这并不是说RJ45连接器会被替代掉,只是用量会逐渐减少,目前的有线的连接器仍是主要的连接方式。

3、对高稳定性、抗干扰提出更高要求

网络的传输速率由100Mbps提升到了1Gbps甚至是10Gbps,对连接器的要求传输速率要求更高的同时也对信号的稳定性有了新的要求,传输高速数据信号则要求电路阻抗连续性好、串扰小、时延低、信号完整性高。

因为内部信号通路之间距离越来越近,相互间信号的抗干扰需求也因此不断上升,通信高频连接器在微波信号传输过程中,容易产生损耗衰减、波形干扰等影响通信质量的情况。为了减少信号失真及降低信号传输延迟,连接器产品需要做到较好的信号屏蔽以及可靠的连接。

“网络接口RJ45连接器在信号稳定性的保护上,千兆网络的连接器的要求更高,难度更大。”深圳市兴万联电子有限公司总经理李根土说,因此开发连接器时要先进行应力模拟分析、信号完整性模拟分析、公差分析等,选材要选用优质的铜合金及高温工程塑胶料以保证质量可靠。

乐清市华信电子有限公司深圳办解中华说:“保证信号稳定性,首先产品品质结构合理,其次就是镀金要足,一般都是30u,15u,万兆要求50u”。

此外,对连接器性能要求的提高会使得产品品种逐渐减少、市场逐渐向具有研发能力的企业集中。市场虽大,但是这个领域的“玩家”会逐渐减少。

总结

随着“双千兆”网络广泛的应用,高速便捷、万物互联的宽带网络和由此催生的新的业务、新的应用,将会连接器行业带来更多想像的空间。

同时,在“双千兆”网络的快速建设下,大容量的数据传输,不仅要求器件的高集成度,还要面临通过更高功率实现更广覆盖面带来的其他挑战,对连接器的传输速率、结构设计、尺寸、信号稳定性等提出了新要求。

此外,因为高端市场对连接器的质量要求越来越高,而利润越来越低,导致成本压力大,生产厂商就会更加集中,因此连接器厂商必须自修内功,方能在竞争激烈的通信市场占据自己的一席之地。

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