“四网合一”（FTTH）与电力网资源共享的探讨

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“光纤到户（FTTH）四网合一”我们称之为“1+3”技术方案。1表示电力传输网，3表示电话（语音网）、有线电视（视频网）、数据（互联网）三网，用“光纤复合电力线”进行传输，通过系列光（电）复合器件、设备使光纤到家，全面解决“最后一公里”接入问题。这是一种光（电）复合传输接入网络系统集成技术，本文把它暂定为：“光纤到户（FTTH）四网合一”光（电）复合公共传输网络系统。它的具体实施方案是通过对电力网的光纤化复合，将光纤网依附在电力网本体上，以电力线作为光纤运行的载体，把电力网的优质资源，如电杆、铁塔、导线、沟道、路由、通道、路权及其它金具材料等作为信息通信网络的公共资源，使电力网络资源获得再利用和综合利用，实现国家基础设施的优势互补和资源共享。如果再与电力主干信息网（OPGW方案）进行链接，就形成了一个完整的国家级电力光纤复合型全光信息网。这种把电力网优质资源进行再利用和综合利用的过程实际上是一种技术资源、物资资源、时空资源等资源的整合和共享，光（电）网络的复合是一种经济、方便、简捷的整合方案。

    一、“FTTH四网合一”光（电）复合公共传输网的架构

    1．架构思想

    直接在电网上构筑信息通信传输网，实现国家基础设施的优势互补和资源共享，这是电力网一直追求的梦想。

    “光纤到户（FTTH）四网合一”就是将全光网络与电力传输网络复合为一，融为一体，将整个电力传输网的基础设施资源作为整个光纤网的运行载体。研制出系列光纤复合电力线新材料和电力特种光缆、各种光（电）复合器件、设备以及整个光（电）复合系统集成技术，这样可使电力网增值，达到电力网资源的新开发和再利用的目的。其它所有的信息通信网络业务都通过光纤复合电力线和电力特种光缆（如ADSS、OPPC光缆等），这种传输形式把所有的信息需求客户连接起来，电力线所覆盖的地方，也就是光纤所到的位置，研发制造、设计施工、维护管理一并完成。这种复合型网络的形成使得电力企业进入电信市场成为可能，也使广大的网络消费者又多了一个新的选择，特别是的降低了他们的使用成本，提高了人们的上网质量。

    （1）融合成为可能

    电力网、电话网、电视网和互联网这四个网络的接入网，即入户网的架构非常相似，它们在进入小区、大楼的设计施工以及入户的敷设形态上也非常一致。经过分析，这些网络的拓朴结构几乎是可以重合的，因此，从物理上对它们进行复合是完全可行的。

    （2）复合的指导思想

    一是降低成本，最大限度的节约投资；二是优势互补，资源共享，最大限度地节约技术资源、物资资源、时空资源等自然资源；三是方便简捷，实现大众化普及，面向普通客户服务，最大限度的考虑用户成本和方便、实用；四是性能价格，优化性价比，最大限度地提高性能质量和技术后劲；五是绿色环保，确保信息安全，最大限度的减少电磁辐射和对环境的影响。

    （3）复合方案的选择

    一是确定复合的载体。电力网作为电能输送的专用网络，是国家基础设施之一，其网络的建设质量、机械强度、路权通道、安全经济技术指标等都是经过反复论证和科学规划的，它完全是一个全社会的公共传输基础网络资源。再者，以电网的电力线路来构架电信、电视和互联网的光（电）复合型公共传输网络，将比单一敷设光缆的方式节省大量的人力、物力和时间空间。因此，完全可以利用配电系统的网络资源与光纤复合成一种新型的光（电）复合型传输网络，使四个网络复合在一个网络上传输。

    二是确定复合的最好信息传输媒质。如果把同轴电缆、双绞线、5类线等的任何一种或者几种与电力线机械地绑（护套）在一起，那是不行的。因为当电力线工频电流流过时，就会对护套在一起的其它导线产生严重的电磁干扰，网络将无法正常工作。只有光纤才是最好的传输材料，它的传输容量大、质量轻、体积小、成本低、没有氧化性腐蚀、没有电磁辐射、不被电磁干扰、传输衰耗小、雷电危害少等特性是金属导线无法相比的。新型的60um外径光纤和FTTH专用光纤融接机的出现使光纤任意尺寸的弯曲成为可能，从而方便了室内布放和施工。只有光纤才是与电力线能够复合的最好的信息传输材料。

    三是两者的复合结果。如果把一根光缆和一根电力线简单的护套在一起，就是1+1=2。但是，光纤复合电力线的这种复合结果是1+1≤1.2，因此，≥0.8的部分就被节约了。因为，光缆需要用金属钢丝作承力加强件，电力线是用金属线作导电体，而金属线即能导电又能承力，两者可以合二为一，也就是把电力线作为光缆的加强件。电力线需要护套，光缆也需要护套，两者也可以合二为一。由于这种光（电）复合导线在建筑物内只形成一条线路，所以线路隐蔽埋设位置清晰，定位、检测方便，避免了因隐蔽原因造成的意外损坏。

    （4）从铁线到光纤

    无论是金属的还是光纤，尽管人们开发出了自由空间光或电的信息通信传输技术，但至今仍然摆脱不了有线传输的束缚。因此，系列复合型电力传输导线的研发思想也就是在这些问题的分析中产生的，复合型电力传输导线新材料的实用化会带来一系列新的技术和产品，而用它组建的网络会具有天然的特殊性，很明显，这种天然特性是对电力网络资源新开发和再利用的最大特点。所以，研究光纤复合电力传输导线及其光（电）复合网络系统技术具有重大的现实意义和产业战略意义，它的研究成功和全面实用化将给我国带来巨大的经济效益和社会效益。

    （5）成本因素

    光纤到户（FTTH）是未来连接因特网和高清数字电视网的最好选择，但是由于成本问题，制约了它的发展。而这种成本的主要因素当前表现在相关元器件的价格方面，如果随着目前FTTH市场的启动，相关元器件的大规模使用和技术不断创新，这些光电子元器件的成本将不再成为FTTH实用化的主要障碍，而FTTH成本的比例将会逐步向线路基础设施建设方面转移。如果采用光(电)复合型公共传输接入网来实现FTTH，那就减少了大量的工程施工成本和材料成本。专家预示，光电子器件的成本会随着技术的进步和规模化使用大幅度下降，这已经是没有争议的趋势。大家认为，2年后光器件的家庭实用化将逐步给FTTH带来较低的价格和大规模的市场。所以，光(电)复合型公共传输接入网实现的“FTTH四网合一”的成本优势是可想而知的。当然，更主要的还有它的性能的提升。

    （6）网络架构模式

    我国的110kV及以上高压输电线路随着大电网的互连，正在分步实施光纤复合型架空地线改造工程，这种技术被称为OPGW方案，随着全国电力联网加速，这一方案将会产生一个依附于全国电力联合网的全国电力光环网，经过OPGW改造后的电力骨干网成为复合型电力公共传输网的主干网。目前110kV电压等级的电网已经在全国的每一个县市区域内形成多点布局（就在湖北省公安县行政区域内，有6座110Kv变电站，1座220Kv变电站）。同时，将10kV电力线路中的B相线路，改造为光纤复合型电力传输导线OFOW（OpticalFiberOverheadWire），并将其作为光（电）复合型公共接入传输网的首端。将380V低压线路的零线改造为光纤复合电力传输导线OFOW，并将其作为接入网的中继线。将220V电力线的零线或者护套线改造为不需承力的室内外光纤复合电力线OFW（Optical Fiber Wire），并将其作为接入网的入户端。10kV电力线路在传输电能的同时，上层与110kV及以上电压等级的OPGW或者ADSS、OPPC等系统连接，下层通过OFOW方式将光纤承载到每台10kV配电变压器的电气T接处，将光纤单元分离出来，通过光纤汇接、交换器把每台配电变压器低压侧的380V电力线路的光纤复合电力线的光纤路由接通，再经过380V电力线路的光纤复合电力线将光（电）复合网络延伸（覆盖）到小区、大楼、机关团体、企事业单位等，最后通过光（电）网络交、汇接设备实现光（电）复合网络的具体终端用户的支路分配，此时光路的合、分支可以是无源的。每个具体的终端用户把分配给自己的室内型光纤复合电力线引入家庭或者桌面，通过光（电）汇接盒和控制器首先与室内所有的电气电路接通，解决电力使用。同时，光纤复合电力线的光纤部分与光网络单元ONU连接，对所有的数据信息进行加工处理后与家庭局域网相连，再通过家庭局域网进行家庭内部的服务分配，数据信息与多用复合插座连接，再通过特殊的插头与电视机、电话机、微机以及其它信息家电连接，使用户十分方便的获得电力、视频（电视）、语音（电话）和数据（因特网）四种服务。

    2．示范工程

    2004年2月2日第一个“光纤到户（FTTH）四网合一”示范网络工程在湖北省电力公司公安县供电公司物资分公司办公楼建成开通，这也使我们的设想首次变为现实。该示范工程产品为千兆以太网的宽带无源光网络（EPON）与电力光纤接户网络组成的光（电）复合网络系统。它由光线路终端设备（OLT）、光分支设备（OBD）、光电网络单元（ONU）、光纤复合电力线路、光（电）复合接插器件、光（电）复合网络交接箱及汇接设备、电力远程管理及控制与电能计量系统等组成。网络设计的线路建设方案即要按照电力网的布放要求进行，但同时又必须满足光纤网络建设的每一项技术参数和工艺要求，而且必须使整个工程的全过程达到经济、便捷的目的。光纤复合电力线的布放和传统的电力线一样敷设在建筑物（墙体）里面，光（电）复合接插座及相关光纤器件都安装在建筑物（墙体）里面，和传统的电力插座等器件的安装方式一样，只是外观上的器件多了一个光接口而已。在布线时线路弯曲处的光纤复合导线的施工操作中只需要稍加注意就行，复合导线里面的光纤单元与导电单元两者的弯曲要求和弯曲半径有相同性质。所以，除了光纤的接续需要熔接外，其它与传统的电力线路施工没有特别的区别，整个网络的线路施工无论是明设还是暗设都非常清晰、简单、美观。这种简捷、经济的施工给光（电）复合接入传输网的实用化奠定了很好的基础。该工程在施工中没有一处返工的现象发生，整个系统的现场安装调试都很顺利。该系统的最大用户容量为768户，如果用户量需要增加时，可以根据实际需要采用多系统并行扩充。每一个客户家里的光（电）汇接器把电路和光路解复后电路进入家庭电网实现电力供应，光路进入光网络单元（ONU）进行数据信号转换、加工、处理。每个（ONU）提供一个1000MHz的有线电视接口（需要时还可以往下分支至多个接口，该系统按每个家庭4台电视机设计）；提供7个IP数据接口（需要时可以再扩充接口），均为100Mbit/s上下行对称传输，共计算机和IP电话使用；示范网从2004年2月2日投入运行到目前为止网络各接点上的光（电）复合设备、器件以及光（电）复合网络传输系统运行很好，非常稳定，没有出现任何异常情况。每个终端客户都可高质量地获得电力、语音、有线电视和数据四项主要服务，IP电话和IP可视电话主、被叫可靠，画面及语音清晰流畅。数据速率稳定的保持在上下对称传输100Mbit/s。电视节目的收视效果非常清晰，高频段和低频段的近40个频道节目都同样清晰稳定，达到了播放DVD一样的视觉效果。

    另外，该网络平台为数字社区、家居智能化、家政及物业管理、家庭安防系统等预留了独立的光纤平台和接口。

    示范工程的特点。很好的带宽质量，因为它是真正的FTTH。抗电磁干扰，抗环境腐蚀，抗雷电损害，网络运行非常稳定。信号传输中没有对外电磁辐射，数据保密性能好。组网非常便捷，可以采用1纤1波或者1纤多波方式，网络结构可以为PON或者PTP等方案，每户家庭可享有1～12根光纤，对用户光纤资源的安排非常灵活、富裕。和其它任何一种FTTH方案相比，线路施工和线路材料的投资成本最低，建设工期最短，占用的时空资源最小，综合效率最好，电力网络的线路资源得到了再次充分利用。因为布线施工中只有一根线，线路布放工作轻松方便，布放后的线路走向清晰明了，导线位置准确易测。给建筑设计施工带来了很大的方便，原来在建筑物内需要设计施工3—4条管线，现在只需要一条管线。因为这种光（电）复合线路基础设施建设的成本很低，在新的建筑项目中可以先把这种线路全部布放好，光纤随电力线进入家庭。

    二、 “FTTH四网合一”光电复合公共传输网的意义

    1．由于对各种资源的优化整合和科学配置，光电复合网达到了资源的再利用以及对现有资源的新功能开发和共享的目的，节约了产品生产制造中的原材料和工时，减少了网络建设中器件、设备、材料、时空的用量，原来需要建设多个网络的，现在只需要建设一个网络。因此，降低了整个网络建设成本，这种成本的降低无论对电信运营商、网络运营商、内容提供商、国家信息化的发展还是信息通信消费者都是有好处的。

    2．由于信息通信领域又多了一项新的技术方案，所以市场就有可能增加新的竞争内容，这种竞争实际上是一种促进和带动，它包括光器件和芯片的研发、光电子信息通信技术的创新和该产业的进步和发展。当然更重要的是广大消费者就又多了一个新的选择。因此，受益最大的是广大消费者。

    3．理想的传输平台。完成信息通信传输路径的基础设施是“路”，信息在通信传输时实施调制的各种载波信号及其相关设备是“车”，各种被数字化或者电信化的自然现象和思想理论的信息数据，也就是我们通常所说的网上内容是“货”。那么，“路”、“车”、“货”三者的关系必须是同步、互动的，且缺一不可，同等重要。当然还有交通运输规则（即信息通信规约、协议）、货对车的装卸（即信号的调制解调）等。但是，三者在实践中不同的情况下表现出不同的重要性，比如我们目前要解决的第一个重要问题是“最后一公里”“路”的问题，其次是缺“货”的问题，即网上的内容不足。而且，大家正在提出要把“最后一公里”光纤化，实现光纤到家（FTTH）的理想目标。下面分析一下趋势。

    （1）下一代互联网的最好的配套技术方案之一。3月19日，我国的下一代互联网诞生，这预示着IP地址资源非常富裕，未来信息通信容量的提升，人类信息流量的需求将给信息通信网络的接入带来巨大的压力。消费者安装一个“光纤到户的四网合一”多业务接入系统，而且有可能把它作为工作和生活的需求档次以及家庭综合地位的象征。

    现在我们都说自己的网络产品能网上看电影，是“三网合一”，“四网合一”等，实际上这一般是从网上下载到计算机后再连续整体播放，不是同步实时观赏。本文叙述的“光纤到户（FTTH）四网合一”是完全可以做到视频的实时在线和实况播放的，也就是我们所说的网络直播。

    （2）将来高清数字电视系统最好的传输平台。2004年8月8日CCTV《新闻联播》报道：我国正式开播数字电视节目，“光纤到户（FTTH）四网合一”技术系统正好配合国家高清晰数字电视系统工程的开始，建设优质一流的高清数字电视传输网络平台。现在广电的有线网络在很多地方都是将光缆架在电力杆上的，借电力网的通道资源，与电力网协商共杆，这种共杆方式地节约了广电公司的投资，也同时提前给群众带来了电视信息服务。届时一张网络的多覆盖将是十分有利的。

    （3）多业务接入。由于光纤和电力是一线到户，具有目前顶级的网络接入容量。除了电力的方便接入和电网信息化外，更是互联网、宽带电话、电视电影、家政、小区物业、数字社区、保健医疗、虚拟超市、远程教育、家居安防等网络业务最好的接入平台，它还特别适合高级宾馆、机关团体、大型场馆、企事业单位的专网建设。能够非常好的配套和促进我国启动的光纤到户（FTTH）工程，建设所有的FTTH项目。

    4．满足电力网自身的信息化需求，建设数字电网。利用电网中光纤复合导线的光（电）传输网络，在电网中必要的位置加装电气参数、温度、液位、行程、位置、空间视觉、趋肤触觉等传感器件，使这种光电复合信息网络给电力网增加全面的神经系统，让监控中心可以通过电网神经系统和视频图像了解电网每一重要位置的实况，真正实现电力网的信息化、智能化，建立电力网的防外力破坏和灾害性的自预警信息系统，确保电网的安全经济运行。

    建立整个中低压电网的信息系统。它包括网络潮流、负荷能力、经济运行、线损管理、需求预测、系统分析、规划建设等。开发网络远程电量抄录、数据读取、电网障碍及事故预警、客户服务等信息系统，通过自己的信息网络与客户进行互动和互通，把对客户的优质服务和对电网的作业等实现网络化、信息化和人性化的管理。

    三、重要意义

    我们研究“光纤到户（FTTH）四网合一”是从1998年前开始的，初衷是想把电力网这一国家基础设施资源进行新的功能开发和充分的综合利用，把本来属于国家、社会、人民的优良资源让它再次造福人类和社会。自然界的资源是非常宝贵而有限的，资源的充分利用、综合利用、再生利用是科学的发展观。“光纤到户（FTTH）四网合一”实质上是“电力线与光纤同时到户”的多业务接入的电力和信息通信复合公共网络传输平台，它接入的不仅仅是我们通常理解的电力、电话、电视和互联网，是包括工业级、商业级和特殊用途的所有信息通信业务都可以接入的电力、信息通信的各种业务系统集成。研究它的目的就是要给人类社会带来一个高质量、低成本、便捷的实用化的综合业务网络应用平台，使电力网络和信息通信网络产生跨行业、跨学科的互动和融合，并且得到相互加强、优势互补、资源共享和共同发展、共同降低成本。它有非常好的技术后劲和市场前景，如果我们的电信运营商、设备制造商、内容提供商、电网企业等能做到团结一致、共同参与，我们面对的将是一座“金矿”。可以预示：哪一个电信运营商今后能与“光纤到户（FTTH）四网合一”光（电）复合公共传输网联手，他就会在今后主导信息通信的技术和市场潮流。