摘要：基于多芯少模光纤的空分复用技术被认为是解决传统单模光纤通信容量危机的可行方案。本文以多芯少模光纤传输技术的中国发明专利为研究对象，对其专利申请状况进行分析，为了解该领域专利布局、技术重点提供参考。

 

关键词：多芯少模；光纤；光通信；专利申请；专利技术

 

一、引言

近年来随着大数据、人工智能、云计算等带宽需求型应用的飞速发展，光通信网络数据量剧增，标准单模光纤的传输容量已接近非线性香农极限。为解决通信容量危机，基于空分复用（Space Division Multiplexing，SDM）的多芯光纤（Multicore Fiber，MCF）、少模光纤（Few-mode Fiber，FMF）和多芯少模光纤（Multicore Few-mode Fiber，MC-FMF）充分利用空间维度，有望成为新一代光纤通信系统中的核心传输媒介。其中MC-FMF利用纤芯和模式两个维度扩大信道数，在通信容量扩展方面极具潜力。本文从专利申请趋势、区域布局、申请人、技术构成等多个角度进行分析，从专利角度探讨我国MC-FMF传输技术发展现状及重点研发方向，为行业内研发人员提供信息支撑。

 

二、MC-FMF传输技术中国发明专利申请概况

 

笔者在incopat专利数据库中进行检索，以关键词和IPC构建检索式获取专利信息。经检索，涉及MC-FMF传输技术的中国发明专利申请共485件（由于专利公开的滞后性等原因，近两年数据收录不全，仅供参考），本文以此作为分析的数据样本。检索时间截至2022年11月30日。

2.1 申请量和授权量的时间分布

 

 

 

图1  中国发明专利申请量和授权量的时间分布图（2003-2022年）

 

将MC-FMF传输技术领域中国发明专利申请量和授权量数据按时间进行统计，如图1所示。从该领域专利申请量的时间分布可以看出，近20年国内MC-FMF传输技术领域的专利申请呈现快速发展趋势。首先在2003-2012年的第一阶段，MC-FMF的概念还未被提出，每年发明专利申请量不超过20件，该阶段相关专利申请主要集中在同样适用于单模光纤的非线性补偿、纤芯折射率分布设计技术以及多模光纤技术领域；2012-2015年的第二阶段，随着MC-FMF概念的提出，伴随着国内光纤产能严重供过于求，国内部分生产厂商退出该领域的研究，使得该领域的专利申请数量下降，至2015年达到低谷；2015年至今，中国在该领域的专利申请数量快速上升，并在2021年快速增长至83件（以上数据仅考虑了已经公开的专利申请）。同时可以看到，该领域发明专利授权率一直处于较高水平。2021年我国发明专利授权率为55%，MC-FMF传输技术领域近20年来平均授权率达74%，2016年、2018年、2019年的授权率超80%，表明我国MC-FMF传输技术领域专利申请质量较高。

2.2 申请量的地区分布

 

 

 

图2  中国发明专利申请量的地区分布图

 

图2显示了2003年以来涉及MC-FMF传输技术的中国发明专利申请量地区分布情况，图中列出了申请量排名前10位的省份。北京申请的该领域中国发明专利申请量列第1位，共有62件。其次，江苏、广东申请量均超过50件，江苏省在光纤产业方面具有良好基础，已成立了江苏省光电缆及光通信产业知识产权联盟、苏州市光电缆业商会等多个协会联盟组织，形成了以江苏亨通光电股份有限公司、江苏中天科技股份有限公司、江苏永鼎股份有限公司等一批具备自主知识产权的骨干企业，广东聚集了华为、中兴等光通信设备领军企业。湖北、上海、天津的申请量紧随其后，是因为华中科技大学、武汉邮电科学研究院、上海交通大学、天津理工大学等高校、科研院所的申请量占较大比重。另外，浙江、广西申请量达20件以上。河北的申请量主要由燕山大学提供，四川的申请量主要由电子科技大学提供。

2.3 申请人分布

 

图3  中国发明专利申请的申请人类型分布图

 

由图3中国发明专利申请人的类型分布情况看：个人申请占比最少为0.40%；企业的申请占比27.89%；高校、科研院所的申请占比为71.71%。由此可以看出，在MC-FMF传输技术领域，高校、科研院所的研发占主导地位，具备较为扎实的理论研究基础。

 

 

图4  中国发明专利申请主要申请人排序

 

为明确该技术领域的主要申请人，笔者对于该领域的申请人按照申请量进行了排名，排名前十的申请人和申请量见图4，从中可以看出，前十名申请人中没有国外申请人，说明在该领域的专利申请中，中国申请人在专利数量上占有较大优势。从专利拥有数量来看，中国在MC-FMF传输技术领域的研究由北京邮电大学、南京信息工程大学领衔。从申请人类型来看，排名前十的申请人中，仅有华为一家企业，其余全部都是高院、科研院所，可能由于该技术领域目前还处于实验室研究阶段，距离商业化应用还有很大空间。

三、MC-FMF传输技术中国发明专利技术分析

3.1 专利技术构成

为分析MC-FMF传输技术发展状况，本文将MC-FMF传输技术分为光纤折射率分布设计、光纤传输系统中的非线性补偿算法、前向纠错（FEC）编码技术、星座成形技术和MC-FMF五个技术分支。将检索所得485件发明专利按照上述5个技术分支进行分类后，获得中国发明专利技术构成如图5所示。从专利技术构成情况来看，光纤折射率分布设计230件、非线性补偿算法37件、FEC编码53件、星座成形117件、MC-FMF61件，涉及光纤折射率分布设计的专利数量占总专利数量的47.42%，星座成形相关专利数量占总专利数量的24.12%。由于部分专利同时涉及多个技术分支，上述专利数量总和超过485件。

 

 

 

 

图5  中国发明专利总体技术构成图

3.2 各技术分支发展态势

图6为五大类MC-FMF传输技术中国发明专利申请量随时间的变化趋势。光纤折射率分布设计技术专利数量最多，起步最早，2004-2012年之间专利数量逐步上升，在2013年开始回落，2015年达到谷底，2016年开始又呈逐步上升态势。星座成形技术、FEC编码技术、MC-FMF、非线性补偿技术起步均较晚，自2013年开始才开始有相关专利申请。2017年开始，星座成形技术专利数量呈快速上升趋势，专利数量超过FEC编码技术、MC-FMF、非线性补偿技术，2020年略有下降；MC-FMF专利申请自2019年开始呈线性增长，2021年专利申请量超过其余4个分支技术，目前正处于快速发展期。总的来说，5大分支技术目前均处于快速发展期，但星座成形和MC-FMF发展较另外3类更快，是目前的研究热点。

 

 

图6  MC-FMF传输技术发展趋势

 

3.3 主要申请人专利技术构成

表1列出了MC-FMF传输技术中国发明专利申请量排名前十位的申请人专利技术构成情况。可以看出，只有北京邮电大学在5个技术分支均进行了专利布局，华为技术有限公司和华中科技大学在其中4个技术分支进行了专利布局，其余申请人的专利布局侧重点各不相同，南京信息工程大学重点针对星座成形进行布局，桂林电子科技大学重点针对MC-FMF进行布局，天津理工大学、哈尔滨工程大学和江苏大学的专利布局均集中在光纤折射率分布设计领域。由此可见，当前MC-FMF传输技术路线并未完全确定，不同创新主体选择的主要技术路线也存在差异。

表1  MC-FMF传输技术中国发明专利主要申请人专利技术构成

 

 

注：由于某些专利涉及多个技术分支，部分申请人各技术分支涉及专利量总和大于专利数量。

 

四、小结

MC-FMF将空间和模式两个维度结合，是更进一步提升光纤传输容量的空分复用方案。本文从专利角度对于该领域的中国发明专利申请进行了统计分析，该项技术在我国的专利申请已经进入高速发展时期，而专利申请中的主要申请人仍为高校、科研院所，高校、科研院所的科研成果具有较强的前沿性和先进性，因此可考虑着眼于产学研的合作方向以使得新技术尽快从研发落实到应用。

 

 

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