【摘要】
本文简单介绍了光电混合缆的发展及其优缺点，并简述了下一代网络将会是“5G+光纤固网”的“双千兆”时代。在新时代的多样化需求中，光电混合缆将发挥其应有作用，比如在5G小基站覆盖、直流远供方案、FTTA布线、智慧灯杆布线、数据中心高密度寻线、消费电子应用类线缆、海底光电混合缆等，都将有光电混合缆的应用需求，最后简单总结了光电混合缆的应用注意事项。
【关键词】：光电混合缆、双千兆、5G小基站覆盖、直流远供、FTTA、智慧灯杆、高密度寻线、消费电子用光电混合缆、海底光电混合缆
1. 光电混合缆概述
光电混合缆（也叫光电复合缆，Photoelectric Composite Cable），是一种适用于通信接入网系统的新型接入方式，它将输电铜线与光纤集合在一起，可以一次性同步解决宽带接入、设备用电、信号传输的问题，故此很受各通信运营商关注。但是到目前为止，相应的国家、行业和企业标准对它的标准规范还不够全面，故此，在现网中还未有大面积应用。
世界首条光电混合缆是日本住友电气公司于1978年研制出的用于海底光电传输的光电混合缆。根据实际用途，目前光电混合缆可以分为管道型、架空型、直埋型、室内布线型、特殊用途型等多种类型，光纤芯数一般为2-144芯，电缆电压范围为从48V-110kv。
光电混合缆比较明显的优点为（1）提供高带宽接入，同时解决网络建设中设备用电问题；（2）外径小，重量轻，占用空间小；（3）具有优越的弯曲性能和良好的耐侧压性能，施工方便。
但是光电混合缆也有其局限性，比如：（1）现行标准中，光缆的架设都是按照“无电”或者“弱电”的标准执行的，光电混合缆可能不适合铺设在弱电管道中，施工规范需要进一步明确；（2）光电混合缆带电，对于施工和维护需要注意触电危险；（3）“光缆无铜”的概念不适用于光电混合缆，如果按照普通光缆一样使用，可能发生光电复合光缆被偷盗的风险。
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《关于开展深入推进宽带网络提速降费 支撑经济高质量发展2019专项行动的通知》，《通知》要求，开展“双G双提”，推动固定宽带和移动宽带双双迈入千兆(G比特)时代，100M及以上宽带用户比例提升至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和光纤覆盖率双双超过98%，实现农村宽带网络接入能力和速率基本达到城市同等水平，并明确十项重点任务保障目标实现。
截至8月底，三家基础电信企业的固定互联网宽带接入用户总数达4.43亿户，其中光纤接入（FTTH/O）用户4.04亿户，占固定互联网宽带接入用户总数的91.2%。宽带用户持续向高速率迁移，100Mbps及以上接入速率的固定互联网宽带接入用户达3.52亿户，占总用户数的79.4%。“双G双提”工作稳步推进，固定宽带迈入千兆时代，至2019年8月底，全国1000M以上接入速率的固定互联网宽带接入用户达50.9万户。
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图 1 2018.8 -2019.8 光纤接入（FTTH/O）和 100Mbps
及以上接入速率的固定互联网宽带接入用户占比情况
在5G建设方面，我国2019年6月6日正式发放5G商用牌照，标志着我国开启5G商用元年。三大运营商同步推动NSA和SA组网协同发展，实现5G网络快速商用，同时以SA为长期目标，加速推进SA端到端产业成熟。截止到今年7月份，全国范围内已建成5G基站3.8万座，预计至2019年底，全国5G基站建设总数将达到15万座。此外，随着5G的逐步成熟，千兆网时代离我们越来越近，围绕着新一代信息技术的融合应用与研究已经全面展开，5G将在工业、能源、交通、医疗、环保、智慧城市等社会经济各领域广泛创新应用，催生新的商业应用模式，成为经济社会数字化转型的关键基础，助力社会实体经济迈上新的台阶。
来自GSMA的预测数据显示，到2025年，全球将会有13亿人用上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，目前全球已有超过9.67亿用户家庭接入了宽带，49个国家的286家运营商发布了千兆宽带业务。智能家居，智慧家庭等创新性家庭业务的涌现，也将推动建构以家庭为核心的新型商业形态。
可以预见，在不久的将来，我们的网络将会是“5G+光纤固网”的“双千兆”时代。中国的光纤网络经过多年建设已经较为成熟，但在网络覆盖存在如下两点“补盲”需求：
个别区域网络未能全覆盖（如农村偏远地区），而这些地区可能电力供应也不尽完善；
在新一代网络需求下，对网络设备的覆盖密度有较大增加（如5G小基站密度比4G会有明显提高），而这些设备新增点的取电问题可能给设备布放带来困扰。
如上两个需求点对布线系统带来了新的诉求，而光电混合缆对满足这样的应用场景提供了较为合理解决方案。
3. 光电混合缆在下一代网络通信的应用
在“双千兆”时代，网络对速率要求越来越高，对网络可靠性要求越来越严格，并且要求网络全覆盖，在新的组网形势下，光电混合缆在下面几个领域有应用需求。
3.1 5G时代小基站覆盖对光电混合缆的应用需求
伴随着5G 业务种类的持续增加、行业边界的不断扩展，业界预测未来更多的移动业务将发生在室内，5G 应用的高清视频、AR/VR、远程医疗、工业制造自动化、现代物流管理等主要发生在建筑物室内场景，需要更高的带宽来承载。为了获取更多带宽，室内5G引入了更高的频段（C-Band和毫米波），意味着更大的传输及穿透损耗，以及更加密集的组网，高密度的小基站建设将是5G室内场景建设的必然。
同时，5G时代海量的有源网络设备，将会对运维和系统的能耗管理带来新的挑战，而大量的小基站设备的取电问题将是网络建设单位必须解决的难题。而光电混合缆同时集成光单元与电单元，可以为小基站设备提供信号传输的同时，为小基站设备供电，是解决5G小基站覆盖难题的主流方案之一。
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图 2 应用光电混合缆组网的 5G 室内小基站布线方案
如上图是一种典型的采用光电混合缆进行小基站覆盖的组网方案， BBU为整栋楼或某个区域进行网络覆盖，Hub进行楼层（或多层楼公用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进行连接，而Hub与小基站之间的水平布线通过光电混合缆进行连接，同时为小基站提供信号传输与低压直流供电，小基站侧无需再次取电。此种方案具备如下优势：
1. 集中配电解决小基站的分布式供电问题：通过在楼层设置集中供电点，通过光电混合缆供电，无需再为小基站设备提供电源供应，解决了网络建设的取电难题；
2. 速率能满足5G室内覆盖将来升级需求：单模光纤可有效支持10G/25Gbps速率要求，仅需配置不同速率的光模块即可，布线系统无需再次升级，图3为较为主流的光电混合缆截面图；
3. 施工便利：目前主流Hub设备与小基站设备都设置了光纤接口与RJ45供电接口，施工时可现场制作连接器，如图4为主流厂家的现场组装式光纤活动连接器与电源水晶头；
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图 3 典型室内覆盖用光电混合缆截面图
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图 4 现场组装式光纤活动连接器与电源水晶头
综上所述，室内小基站覆盖方案，基于光电混合缆的组网方式能满足高速率应用要求，解决供电问题，在后续5G建设过程中将会有大量应用。
3.2 直流远供方案对光电混合缆的需求
随着4G/5G和宽带中国等策略的建设落地，通信光缆和设备不断地向用户侧延伸，远端基站、通信机房、用户接入点等的设备供电成为棘手问题，特别个别偏远地区，这一问题更为突出。光电混合缆直流远供方案有利于网络中电源设备的集中建设、运维。可同时实现高效电能与光信号的共缆传输，且建设成本低，运维效率高。
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图 5 直流远供方案典型原理图
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图 6 GDTA/GDTS 光电混合缆截面图
高压直流远供电系统的普遍做法为：电源由局端和远端设备组成，将机房内电源的DC48V电通过远供电源局端设备隔离升压到约200～400V直流高压，将直流高压电通过光电混合缆传输到远端设备处，通过远端设备进行电压逆变，变换到远端设备所需电压（如DC48V或AC220V）,为负载（RRU、光纤直放站、小宏基站、微蜂窝基站、ONU等设备）提供全天候免维护供电。此种应用场景中常规缆型为GDTA与GDTS，如图6。
3.3 光纤到天线（FTTA，Fiber To The Antenna）中可能的光电混合缆应用
在4G/5G建设时期，特别是在即将到来的5G建设，大量的天线设备（有源天线Active Antenna Unit，简称AAU）需要上塔安装，天线与基站机房的设备连接通过拉远光缆与拉远电缆来实现，每个AAU需要安装一根电缆+一根光缆（2芯）。从基站建设组成上来看，每个基站需要三个AAU设备上塔（即三个扇区），而2/3/4/5G网络很可能需要并存，如果再叠加几家运营商（移动/联通/电信/广电）的网络建设，则每个铁塔可能需要几十根光缆与几十根电缆同时上塔安装，这给系统安装带来了几个问题：1）多根线缆的物料成本；2）铁塔上密集的线缆排布；3）多次上塔安装施工。因此在拉远光缆的建设中，很多厂家提出预端接型的FTTA布线解决方案，及采用“主干拉远光缆上塔+塔上安装接续盒分支+分支拉远光缆到各AAU设备”的方式（如图7），可以有效的增加施工灵活性，相较于传统拉远方案，有如下优势，在即将到来的5G建设中可发挥一定的成本与施工优势。
· 一次性布放多芯主干拉远光缆上塔，减少施工工作量
· 室外预端接接头盒采用预端接室外光纤连接器，即插即用
· 可根据各运营商的业务开通情况，分期进行AAU的建设
· AAU的连接只需要通过分支拉远光缆简单的插拔连接即可
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图 7 预端接 FTTA 布线解决方案示意图
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图 8 光电混合型拉远光缆（24 光+12 电）
在施工成本要求更高的地区（如欧洲/美国等），可以把电缆与拉远光缆集合在一起，形成光电混合型拉远光缆，如24光+12电的光电混合型主干拉远光缆可满足4家运营商的5G基站建设需求。此方案优势在于可以进一步降低施工费用，缺点也较为明显：光缆与电缆上塔安装，会增加线缆重量与安装调试难度，可根据地区性人工费用做权衡选择。
3.4 智慧灯杆建设对光电混合缆的应用需求
智慧灯杆是将各种功能集成到一起的智慧城市公共基础设施，将功能性照明、交通监控、公安监控、污染物监控、大气质量监控、WiFi、4G/5G基站、广播、信息屏、充电桩等各种功能集成到一起的智慧城市公共基础设施，全国需求量巨大。
从市场应用情况来看，目前国内外智慧灯杆建设应用均处于发展初期，在我国，智慧灯杆到2014年有部分企业开始布局，经过4年的发展，2018年开始进入示范阶段。根据产业研究院统计，2018年我国智慧灯杆建设规模达到6500根，整体市场规模还较小，但在智慧城市建设不断推进及5G商业化浪潮的推动下，智慧灯杆作为5G微基站的天然搭配，预计未来两三年将会实现突破式增长。
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图 9 智慧灯杆功能示意图
在智慧灯杆的建设中，大量的设备集成在灯杆中，每个通信设备至少需要1-2根线缆进行供电与信号传输，而灯杆空间狭小，因此线缆减少外径与线缆束集成是智慧灯杆建设对众多线缆厂家的两大新要求，而为智慧灯杆供电与信号传输的线缆涉及电力线、网线、光缆，如何提供合理设计的光电混合缆将会成为此行业新的机会点。
3.5 高密度布线中寻线需求对光电混合缆的应用
针对信息化应用的支持平台，大型、超大型的数据中心日趋增多，而且对信息存储和处理能力的要求越来越高。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运行的一个重要组成部分。面对大量线缆，如何进行有效的运行与管理，越来越多的受到大家的关注。为了解决这一难题，各厂家分别推出不同形式的线缆查找方案，其 中光电混合缆在这一领域不断地在发挥其作用。
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图 10 杂乱无章的机房布线
为了实现对光纤端口管理与控制，可以采用电子配线架系统，智能光纤跳线由传统光跳线+1-2根铜线组成，配线架端口处集成LED灯，端口信息采集通过智能光纤跳线中铜线与LED灯线路通断来判断链路状态，从而指示端口状态，如图11是典型的采用光电混合缆的智能光纤跳线。
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图 11 典型的采用光电混合缆的智能光纤跳线
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图 12 集成塑料光纤的网线
在网线寻线方面，布线厂家除了植入铜线采用LED做端口指示外，也有光电混合缆的备选方案：即在网线中集成塑料光纤，通过外置可见光源照射，在线缆另一端指示相应的线缆形态，如图12所示。
3.6 消费电子类运用光电混合缆
而随着FTTH/5G的推进，应用带宽将会得到进一步的飞跃，高清视频会议/AR/VR/远程医疗/8K视频等将会逐渐进入人们的日常生活，而这些高带宽体验，传统的铜缆将很难满足应用需求，特别是铜缆的应用距离要求，将进一步限制传统铜缆在消费电子领域的进一步应用，因此采用光纤进行数据传输将会是消费电子线缆发展的主流方向之一。
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图 13 消费电子用光电混合缆
基于应用场景的需求，设备供电对线缆也提出了一定诉求，而光电混合缆集光纤与电源线于一体，可有效解决应用需求，且只需要敷设一根线缆同时解决通信与供电问题，为消费电子应用提供了较为合理的选择，较常用的连接器接口有USB3.0/HDMI等,与传统的消费电子线缆相比，具有如下优势：
· 体积小、重量轻、力学和和弯曲性能优良；
· 光纤传输效率高，布线灵活，抗电磁干扰能力强；
· 同时可对终端设备供电； 可解决长距离传输问题（如商场、广告牌等）。
3.7 海底光电混合缆
海底光电混合缆就是在海底电力电缆中加入具有光通信功能及加强结构的光纤单元（典型结构如图14/15所示），使其具有电力传输和光纤信息传输的双重功能，在浅海通信中完全可以取代同一线路敷设的海底电缆与海底光缆，节约了海洋路由资源，降低制造成本费用、海上施工费用、路岸登陆费用，直接降低了项目的综合造价和投资，并间接地节约了海洋调查的工作量、后期路由维护工作。
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图 14 海底光电混合缆典型结构四意图
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图 15 海底光电混合缆典型光单元结构
海底光电混合缆广泛应用于海上石油和石化项目、大陆与岛屿、岛屿与岛屿之间、穿越江河湖底的电力和信息传输，提供数据通信能力，实现输电线路监控、电网实时调度等功能，相较简单的海底电缆使用范围更广，在智能电网、柔性输电以及更加自动化的清洁能源平台的使用日趋广泛的当下，连接偏远岛屿、油气平台、海上风力发电机组等场合下，海底光电混合缆是主要的缆线种类选择。
此外，在海上资源开采运用到的脐带缆，主要用于深水油气勘探开发，例如海底与DPP之间的电力/信号/数据的传输和化学药剂/液体输送，线缆结构更为复杂。
4. 光电混合缆施工与安装注意事项
在使用光电混合缆时，应该注意以下几项内容：
1. 选用的光电混合缆必须满足相应标准规范，如：《YD/T 2159-2010 接入网用光电混合缆》及《QC-B-001-2013中国移动接入网用光电混合缆技术规范》等要求。
2. 使用光电混合缆时应同时满足电力电缆设计施工和通信光缆设计施工规范：如 《YD 5102-2010 通信线路工程设计规范》；
3. 应尽量避免光电混合缆线路中的接续，3KM以内线路禁止接续，接续时必须使用光电混合缆专用接头盒，并做好防水处理；
4. 光电混合缆成端时应使用专用成端装置；
5. 光电混合缆线路尽量单独路由布放，采用PVC管进行保护；
6. 在施工过程中需要确保光电混合缆外护套的完好，施工完成后光电复合缆通电前需要测试输电导线对地、对铠装和金属加强芯的绝缘性能；
7. 线路应由具备电力维护资质与通信维护资质人员进行定期检查；
8. 故障维修时应断电维护，并先将线路导体进行接地，再进行维护操作。
5. 总结
在 “5G+光纤固网”的“双千兆”时代，网络对布线系统需求进一步多样化，光电混合缆集成光纤、电力线等功能，实现通信与供电一体，必将发挥越来越大的作用。同时因其功能的多样性，决定了电缆结构的复杂性，但只要有合理的结构设计就可以更好地满足和实现复合型线缆的功能，在符合制造标准的同时降低制造成本，实现效益的最大化。
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