本文作者：浙江益洲电子科技有限公司 闫传文 孙凤军 范金波 王超凡

【概括】

本文简要介绍了光电混合线缆的发展及其优缺点，并简要描述了下一代网络将是“5G+光纤固网”的“双千兆”时代。 在新时代的多样化需求中电子配线架，光电混合线缆将发挥其应有的作用，如在5G小基站覆盖、直流远程供电解决方案、FTTA布线、智慧灯杆布线、数据高密寻线等方面中心和消费电子应用。 电缆、海底光电混合电缆等都会有光电混合电缆的应用需求。 最后简要总结了光电混合电缆的应用注意事项。

【关键词】：混合光缆，双千兆，5G小基站覆盖，直流拉远供电，FTTA，智慧灯杆，高密狩猎，消费电子光混合缆，海底光混合缆

一、光缆概述

光电混合电缆（也称光电复合电缆，Cable）是一种适用于通信接入网络系统的新型接入方式。 它将电力传输铜线和光纤集于一体，可以同时解决宽带接入和设备功耗、信号传输等问题，受到了各通信运营商的关注。 但到目前为止，相应的国家、行业和企业标准还不够全面。 因此，在现网中并未得到广泛应用。

世界上第一条光电混合电缆是日本住友电工公司于1978年开发的，用于海底光电传输。 根据实际用途，目前的光电混合电缆可分为管道型、架空型、直埋型、室内布线型、专用型等类型。 光纤芯数一般为2-144芯，电缆电压范围为48V-110kv。

混合光缆的显着优势是：（1）提供高带宽接入，解决网络建设中的设备功耗问题； (2)外径小、重量轻、占地面积小； (3) 优越的弯曲性能和良好的抗侧压性能，施工方便。

然而，光电混合电缆也有其局限性。 例如：（1）在现行标准中，光缆的架设是按照“无电”或“弱电”标准进行的。 光电混合电缆可能不适合敷设在弱电管道中。 规范有待进一步明确； (2)光电混合电缆带电，施工和维护时应注意触电危险； (3)“无铜光缆”概念不适用于光电混合电缆。 如果作为普通光缆使用，光电复合可能会发生光缆被盗的风险。

2. 下一代网络通信的发展

2019年5月9日，工信部、国资委印发《关于开展2019年宽带网络提速降费支持高质量专项行动的通知》经济发展”。 移动宽带和移动宽带均已进入千兆（Gbit）时代，100M及以上宽带用户占比提升至80%，4G用户渗透率力争提升至80%。 开展“同网同速”，推动我国行政村4G和光纤覆盖率超过98%，实现农村宽带网络接入能力和速度基本达到城市同水平，明确十大重点任务，确保目标的实现。

截至8月底，三大基础电信公司固定互联网宽带接入用户总数达到4.43亿户，其中光纤接入（FTTH/O）用户4.04亿户，占总用户数的91.2%。固定互联网宽带接入用户。 宽带用户继续向高速上网迁移，上网速度及以上固定互联网宽带接入用户达到3.52亿户，占用户总数的79.4%。 “双G双提”工作稳步推进，固定宽带进入千兆时代。 截至2019年8月末，全国拥有1000M及以上接入速率的固定互联网宽带接入用户50.9万户。

图1 2018.8-2019.8光纤接入（FTTH/O）及以上接入速率的固定互联网宽带接入用户占比

在5G建设方面，我国于2019年6月6日正式发放5G商用牌照，标志着我国5G商用元年。 三大运营商同步推进NSA和SA组网协同发展，实现5G网络快速商用。 同时，以SA为长远目标，加速SA端到端产业的成熟。 截至今年7月，全国已建成3.8万个5G基站。 预计到2019年底，全国5G基站总数将达到15万个。 此外，随着5G的逐步成熟，千兆网络时代离我们越来越近，围绕新一代信息技术的融合应用与研究已全面展开。 社会经济等各领域的广泛创新应用催生了新的商业应用模式，成为经济社会数字化转型的关键基础，助力社会实体经济实现数字化转型。新的水平。

据GSMA预测数据，到2025年，全球将有13亿人使用5G，5G网络覆盖率将达到40%，5G移动终端连接数将达到14亿。 另一方面，统计数据显示，全球有超过9.67亿个家庭接入宽带，49个国家的286家运营商已经推出千兆宽带服务。 智能家居、智能家居等创新家居业态的出现，也将推动以家居为核心的新业态构建。

可以预见，在不久的将来，我们的网络将是一个“5G+光纤固网”的“双千兆”时代。 我国光纤网络经过多年建设已经相对成熟，但在网络覆盖方面存在两个“盲填”需求：

 部分地区网络覆盖不全（如偏远农村地区），这些地区供电可能不完善；

 新一代网络需求下，网络设备覆盖密度大幅提升（例如5G小基站密度将明显高于4G），这些新设备的供电问题点可能给设备部署带来麻烦。

以上两种需求给布线系统带来了新的需求，光电混合线缆为满足此类应用场景提供了合理的解决方案。

3、光混合电缆在下一代网络通信中的应用

“双千兆”时代，网络对速度的要求越来越高，对网络可靠性的要求越来越严，要求网络全覆盖。 申请要求。

3.1 5G时代，小基站覆盖光电混合线缆应用需求

随着5G业务种类的不断增加和行业边界的不断拓展，业界预计未来更多的移动业务将发生在室内，高清视频、AR/VR、远程医疗、工业制造自动化等5G应用，而现代物流管理将发生在建筑物的室内场景，需要更高的带宽来承载。 为了获得更多的带宽，室内5G引入了更高的频段（C-Band和毫米波），这意味着更大的传输和穿透损耗，以及更密集的组网。 高密小基站建设将是5G室内场景建设的必然。

同时，5G时代海量的有源网络设备将对运维和系统能源管理带来新的挑战，大量小型基站设备的取电问题将成为网络建设面临的难题。单位必须解决。 光电混合电缆同时集成了光单元和电单元，既可以为小型基站设备提供信号传输，也可以为小型基站设备供电。 是解决5G小基站覆盖问题的主流方案之一。

图2 采用光电混合有线组网的5G室内小基站布线方案

上图是典型的采用光电混合线缆进行小基站覆盖的组网方案。 BBU提供整栋楼或某个区域的网络覆盖，Hub提供楼层（或多层公共Hub）覆盖。 同时设置供电设备。 . Hub与BBU设备之间的垂直布线通过单模光纤连接，而Hub与小基站之间的水平布线通过光电混合线缆连接，同时提供信号传输小型基站用低压直流电源。 获得电力。 该方案具有以下优点：

1、集中配电解决小基站分布式供电问题：通过在楼层设置集中供电点，通过光电混合电缆供电，无需为小基站设备供电，解决了网络建设中的电力获取问题；

2、速率可满足未来5G室内覆盖升级需求：单模光纤可有效支持10G/速率需求，只需配置不同速率的光模块，布线系统无需再次升级。 图3为较为主流的光电混合电缆截面图；

3、施工方便：目前主流的Hub设备和小型基站设备都带有光纤接口和RJ45供电接口，施工时可以现场制作连接器。 图4为主流厂商现场组装的光纤有源连接器和晶振插头；

图3 典型室内覆盖光电混合光缆截面图

图4 现场组装的光纤有源连接器和功率水晶头

综上所述，基于光缆混合组网方式的室内小基站覆盖方案，既能满足高速应用需求，又能解决供电问题，将在后续5G建设过程中大量应用.

3.2 直流远距离供电方案对光电混合线缆的要求

随着4G/5G、宽带中国等战略的实施，通信光缆和设备不断向用户侧延伸，远程基站、通信机房、用户接入点等设备供电成为棘手问题问题，特别是在一些偏远地区。 一个问题比较突出。 光电混合电缆直流远供供电方案，有利于电网中电力设备的集中建设、运维。 可同时实现高效电能和光信号的同缆传输，建设成本低，运维效率高。

图5 直流远程供电方案典型示意图

图6 GDTA/GDTS光电混合电缆截面

高压直流远方供电系统的一般做法是：电源由本端和远端设备组成，将机房电源的DC48V电源隔离升压至200-400V左右的直流高压通过远方供电电源的本地设备，将直流高压电源通过光电混合电缆传输到远方设备，电压经远方设备逆变，转换为远方设备需要的电压（如DC48V或），为负载（RRU、光纤直放站、小型宏基站、微小区基站、ONU等设备）提供全天候免维护电源。 该应用场景中常规的线缆类型为GDTA和GDTS，如图6所示。

3.3 光纤混合光缆在FTTA（Fiber To The）中的可能应用

在4G/5G建设时期，尤其是即将到来的5G建设中，需要在铁塔上安装大量的天线设备（有源天线单元，简称AAU），以及天线与机房的连接基站通过拉远光缆和拉远电缆。 要实现，每个AAU需要安装一根光缆+一根光缆（2芯）。 从基站建设组成来看，每个基站需要三台AAU设备上塔（即三个扇区），2/3/4/5G网络很可能需要并存。 如果几个运营商（移动/联通/电信/广电）组网建设，每个铁塔可能需要同时上塔安装几十根光缆和几十根光缆，给系统安装带来几个问题：1 ) 多根电缆的材料成本； 2）铁塔上密集排线； 3) 塔上的多个安装。 因此，在拉远光缆建设中，很多厂商提出了预端接FTTA布线方案，采用“塔上主拉远光缆+塔上安装分接盒分支+分支拉远光缆到各AAU设备”的方式”（如图7所示）电子配线架，可有效增加施工的灵活性。 与传统的远程解决方案相比，具有以下优势。 在即将到来的5G建设中可以发挥一定的成本和建设优势。

· 一次性部署多芯骨干拉远光缆上塔，减少施工工作量

· 室外预端接分接盒采用预端接室外光纤连接器，即插即用

· AAU建设可根据各运营商业务开通情况分阶段进行

AAU的连接只需通过分支简单插拔远端光缆即可

图7 预端接FTTA布线方案示意图

图8 光电混合拉远光缆（24光+12电）

在建设成本较高的地区（如欧美等），可将光缆与拉远光缆组合成光电混合拉远光缆，如24光+12电光电混合干线拉远光缆。 满足4家运营商5G基站建设需求。 该方案的优点是可以进一步降低建设成本，但缺点也很明显：在铁塔上安装光缆和光缆会增加光缆的重量和安装调试的难度，贸易可根据各地区人工费来定做。

3.4光电混合电缆在智慧灯杆建设中的应用要求

智慧灯杆是集多种功能于一体的智慧城市公共基础设施。 集功能照明、交通监控、公安监控、污染物监测、空气质量监测、WiFi、4G/5G基站、广播、信息屏、充电桩等多种功能于一体的智慧城市公共基础设施，全国需求巨大.

从市场应用来看，国内外智慧灯杆的建设和应用都处于发展初期。 在我国，部分企业从2014年开始布局智慧灯杆，经过4年的发展，2018年进入示范阶段。据工研院统计，我国智慧灯杆建设规模达到6500个2018年，整体市场规模依然较小。 有望在未来两三年实现突破性增长。

图9 智慧灯杆功能示意图

智慧灯杆建设中，大量设备集成在灯杆内，每个通信设备至少需要1-2根线缆进行供电和信号传输，灯杆空间狭小，外设电缆的直径和电缆的尺寸减小。 集束一体化是众多线缆厂商在智慧灯杆建设中提出的两个新需求。 智慧灯杆的供电和信号传输线缆包括电力线、网线和光缆。 新的机会。

3.5 混合光缆在高密布线寻线需求中的应用

对于信息应用的支撑平台，大型和超大型数据中心日益增多，对信息存储和处理能力的要求也越来越高。 综合布线系统作为数据中心信息化的基础设施，是数据中心系统网络化运行的重要组成部分。 面对数量庞大的线缆，如何对其进行有效的运营管理越来越受到人们的关注。 为了解决这一问题，各厂商推出了不同形式的线缆搜索解决方案，其中光电混合线缆正在不断发挥其在该领域的作用。

图10 机房布线杂乱

为了实现对光纤端口的管理和控制，可以采用电子配线架系统。 智能光纤跳线由传统光纤跳线+1-2根铜线组成。 LED灯集成在配线架端口，通过智能光纤采集端口信息。 跳线中的铜线和LED灯线的亮灭来判断链路状态，从而指示端口状态，如图11所示是典型的采用光电混合线缆的智能光纤跳线。

图11 典型的采用光电混合线缆的智能光纤跳线

图12 一体化塑料光纤网线

在网线寻线方面，除了植入铜线和使用LED作为端口指示灯外，布线厂商还有光电混合线缆的替代方案：即在网线中集成塑料光纤，并通过外接光源进行照明。可见光源指示在电缆的另一端。 对应的电缆形式如图12所示。

3.6 消费电子中使用的混合光缆

随着FTTH/5G的推进，应用带宽将进一步飞跃，高清视频会议/AR/VR/远程医疗/8K视频将逐渐走进人们的日常生活，而这些高带宽体验，传统的铜线将成为线缆难以满足应用要求，尤其是铜线缆的应用距离要求，这将进一步限制传统铜线缆在消费电子领域的进一步应用。 因此，利用光纤进行数据传输将是消费电子线缆发展的主流方向之一。

图13 消费电子光电混合电缆

基于应用场景的需求，设备的供电也对线缆提出了一定的要求，而光混线缆集光纤和电力线缆于一体，能够有效满足应用需求，只需铺设一根线缆即可解决通信和供电问题同时发生。 它为消费电子应用提供了合理的选择。 较常用的连接器接口有USB3.0/HDMI等，与传统消费电子连接线相比，具有以下优点：

· 体积小、重量轻、机械性能和弯曲性能优良；

光纤传输效率高，布线灵活，抗电磁干扰能力强；

· 同时可为终端设备供电； ✓ 可解决远距离传输问题（如商场、广告牌等）。

3.7 海底光电混合电缆

海底光电混合电缆是在海底电力电缆基础上增加具有光通信功能和增强结构的光纤单元（典型结构见图14/15），使其具有输电和输电的双重功能。光纤信息传输。 在浅海通信中可以完全替代铺设在同一条线路上的海底电缆和海底光缆，节省远洋路由资源，降低制造成本、海上施工成本、陆地登陆成本，直接降低工程的综合成本和投资，并间接节省了海洋勘测的工作量和航路后的维护工作。

图14 海底光电混合电缆典型结构四示意图

图15 海底光电混合电缆典型光单元结构

海底光电混合电缆广泛应用于海上石油石化工程、大陆与岛屿之间、岛屿与岛屿之间、跨越江河湖底进行电力和信息传输，提供数据通信能力，实现输电线路等功能监控和电网实时调度。 简易海底电缆的应用范围更广。 随着智能电网、柔性输电和更多自动化清洁能源平台的应用越来越广泛，海底光电混合电缆是主要的电缆类型选择。

此外，海上资源开采用脐带电缆主要用于深水油气勘探开发，如海底与DPP之间的电力/信号/数据传输和化学药剂/液体输送，电缆结构较为复杂.

4、光电混合电缆施工安装注意事项

使用混合光缆时应注意以下事项：

1、选用的光电混合电缆必须符合相应的标准和规范，如：《YD/T 2159-2010接入网用光电混合电缆》和《QC-B-001-2013光-电混合电缆技术规范》 《中国移动接入网用混合电缆》等要求。

2、使用光电混合电缆时，应同时满足电力电缆和通信光缆的设计和施工规范：如《YD 5102-2010通信线路工程设计规范》；

3、尽量避免在光混合电缆线路中连接，3KM以内禁止连接。 连接时必须使用光混缆专用接头盒，并做好防水处理；

4、光混合电缆端接时，应采用专用的端接装置；

5、光电混合电缆线路尽量分开走线，采用PVC管保护；

6、施工过程中，必须保证光电复合电缆外护套完好无损。 施工完成后，光电复合电缆通电前需检测输电导线对地、对铠装、金属加强芯的绝缘性能；

7、线路应由具有电力维修资质和通信维修资质的人员定期巡检；

8、检修故障时，应先切断电源进行检修，线路导体应先接地，然后再进行检修操作。

5.总结

在“5G+光纤固网”的“双千兆”时代，网络对布线系统的需求将进一步多元化。 集光纤、电力线等功能于一体，实现通信与供电一体化的混合光缆必将发挥越来越重要的作用。 同时，由于功能的多样性，决定了电缆结构的复杂性。 但是，只要有合理的结构设计，就可以更好地满足和实现复合电缆的功能，在满足制造标准的同时降低制造成本，实现效益。 的最大化。

参考：

[1]工信部官网：2019年1-8月通信业经济运行情况

[2] YD/T 2159-2010 接入网用混合光缆

[3] 韩建光电混合电缆应用分析，《中国新通信》2015年第2期

[4] 吴晓东． 基站直流远距离供配电方案[J]. 信息通信, 2014(7):159-160.

[5] 匡国华消费类光混合电缆2018

[6]张建民海底光电混合电缆海上风电场应用电缆会议

Next g Ship & Co., Ltd. Yan, Sun, Jinbo Fan, Wang【】光缆及其与下一个——将是“5G+光纤固网”时代。 在新时代的需求中，有线将发挥作用，如5G小基站、DC、FTTA、智慧灯杆、高线、有线等。

，电缆的注释是。 【】：有线，5G小基站，DC，FTTA，智慧灯杆，高光电缆，电缆为，电缆

吴惠峰 杭电供图

在现代工厂中，不同的机械臂协同工作，每个机械臂对应一个相当于大脑的控制器（PLC）。 到目前为止，似乎不同的大脑操作不同的手臂。 但一些复杂的任务需要两只手臂进行合作。 这个时候是一个大脑控制两个手臂，还是两个大脑控制两个手臂？ 哪个更好更快？

这也是未来工厂要解决的问题。 为此，杭州电子科技大学教授吴惠峰团队正在研发以任务为中心的集成控制器，希望在复杂逻辑、运动、图像处理、人工智能等领域实现集成应用。 日前，吴惠峰入选中国自动化行业年会公布的“2021中国自动化领域年度人物”。

“如果国外供应断了怎么办？”

2006年毕业于浙江大学，获博士学位。 学位毕业后，吴惠峰加入了航电大学严毅教授的团队动环监控，正式踏上了科研之路。

严毅现任中国区主席。 PLC是一种可编程逻辑控制器，是一种进行数字化操作的电子系统，已广泛应用于各种设备和生产过程的自动控制中。 长期以来，PLC的核心技术一直被国外公司所控制。

“PLC是工厂自动化的大脑，如果国外断货怎么办？” 严毅向《中国科学报》介绍了当初决定深入研究PLC时的心境。

吴惠峰是PLC“中国解决方案执行官”的核心成员，负责软件开发。 他说：“我们只能使用从国外引进的PLC及其集成开发环境（平台软件）的部分功能，但更多的应用需要进入PLC的核心，所以我们决定自主开发软件，让中国人掌握PLC的核心。”

2006年至2010年，在闫一整体设计思路的指导下，吴惠峰负责具体实现。 他回忆说：“几乎每一步都充满困难，图形语言的编写尤其困难。进口PLC只能从外观上看，内部架构设计需要自己思考。幸运的是，我们终于克服了这些困难。”

颜一团队研发的CASS平台软件，是中国工业软件在PLC领域的重大突破，提供了PLC的中国“芯”。

吴惠峰介绍，CASS平台软件可支持多种国产CPU全自主可编程控制器。 平台支持图形化开发，自动生成PLC程序。 也俗称通过“拼图积木”自动生成控制程序代码，对工厂普通技术人员“特别友好”。

目前，CASS平台软件已推广到国内数百家企业，累计经济效益已达数十亿元。 燕一团队的标的公司——亿一泰地已成功将CASS平台软件生产的PLC产品应用于国内超过20万个基站的动环境监测系统。

“经常去工厂做研发”

2021年吴惠峰领衔的大型复杂光学级零件注塑成型工艺及装备研发及产业化项目获得浙江省科技进步一等奖。 这也是他和他的团队15年磨刀霍霍，专注于PLC研究和产业化的成果。

“与原来的PLC相比，现在的PLC的内涵和外延都有很大的不同。” 吴惠峰解释说动环监控，早期的PLC是逻辑控制，现在已经进入运动控制、视觉控制阶段。 “前人可能永远想不到，现在的PLC能做出如此精密复杂的运动控制。”

吴惠峰以注塑机为例介绍。 注塑机用于生产高端塑料设备，如以汽车车灯、全景天窗、显示屏、深海探测器视窗为代表的光学级塑料件。 与普通塑胶制品不同，光学级塑胶件对耐压、透明度等技术指标有很高的要求，进而需要生产这些件的注塑机完成大量复杂、连贯、精细的加工工作。

吴惠峰团队开发的CASS平台软件设计的PLC控制器，填补了我国大型复杂光学零件注塑成型工艺及装备的空白。 合作方泰瑞机械总工程师周宏伟感叹：“我们的大型注塑机设备再也不怕国外供应了。”

多年来，吴惠峰一直保持着“经常去工厂做研发”的习惯。 泰瑞机械在研发大型注塑机时，吴惠峰经常观察注塑机3到5个小时。 “控制器要实现的动作越来越复杂，对安全性和稳定性的要求也越来越高，只有亲身观察，才能设计出最佳的动作方案。” 吴惠峰说道。

理论与实践浓缩论文

在吴惠峰和他的团队看来，首先要解决实际问题，做出成功的产品，为国家工控领域创造价值，等待产品成果积累，凝聚背后的理论和实践探索，这是一篇高级文章。 优质论文。

“早些年，我可能会被认为是‘不务正业’，那时候我主要是在工厂里做工控，写的论文很少。这些年，我把解决实际问题背后的思考写成“这些论文都是以理论突破和实际案例为基础，得到了工业领域国际权威期刊的认可。现在看来，这条路走上了正轨。” 吴惠峰说道。

由于在PLC控制器领域的突出贡献，吴惠峰主持了国家重大专项“面向工业互联网的基于边缘计算的可编程逻辑控制器（PLC）”，并负责起草了工业互联网程序的XML交互规范。机器人可编程控制器软件开发平台国家标准。 他还是国际电工学会（IEC）可编程系统工作组成员，作为唯一的中国代表参与了PLC（可编程逻辑控制）领域国际标准的制定。

“可编程控制器现在和未来在工业自动化领域能做的事情很多，能做的事情太多了，但还有很多事情没有做。” 在体系国际标准制定领域，中国赢得了话语权。 “