湖北省公安縣電力局 王德清
“光纖到戶（FTTH）四網合一”我們稱之為“1+3”技術方案。1表示電力傳輸網， 3表示電話（語音網）、有線電視（視頻網）、數據（互聯網）三網，用“光纖復合電力線”進行傳輸，通過系列光（電）復合器件、設備使光纖到家，全面解決“最后一公里”接入問題。這是一種光（電）復合傳輸接入網絡系統集成技術，本文把它暫定為：“光纖到戶（FTTH）四網合一” 光（電）復合公共傳輸網絡系統。它的具體實施方案是通過對電力網的光纖化復合，將光纖網依附在電力網本體上，以電力線作為光纖運行的載體，把電力網的優質資源，如電桿、鐵塔、導線、溝道、路由、通道、路權及其它金具材料等作為信息通信網絡的公共資源，使電力網絡資源獲得再利用和綜合利用，實現國家基礎設施的優勢互補和資源共享。如果再與電力主干信息網（OPGW方案）進行鏈接，就形成了一個完整的國家級電力光纖復合型全光信息網。這種把電力網優質資源進行再利用和綜合利用的過程實際上是一種技術資源、物資資源、時空資源等資源的整合和共享，光（電）網絡的復合是一種經濟、方便、簡捷的整合方案。
一、“FTTH四網合一”光（電）復合公共傳輸網的架構
1．架構思想
直接在電網上構筑信息通信傳輸網，實現國家基礎設施的優勢互補和資源共享，這是電力網一直追求的夢想。
“光纖到戶（FTTH）四網合一”就是將全光網絡與電力傳輸網絡復合為一，融為一體，將整個電力傳輸網的基礎設施資源作為整個光纖網的運行載體。研制出系列光纖復合電力線新材料和電力特種光纜、各種光（電）復合器件、設備以及整個光（電）復合系統集成技術，這樣可使電力網增值，達到電力網資源的新開發和再利用的目的。其它所有的信息通信網絡業務都通過光纖復合電力線和電力特種光纜（如ADSS、OPPC光纜等），這種傳輸形式把所有的信息需求客戶連接起來，電力線所覆蓋的地方，也就是光纖所到的位置，研發制造、設計施工、維護管理一并完成。這種復合型網絡的形成使得電力企業進入電信市場成為可能，也使廣大的網絡消費者又多了一個新的選擇，特別是大大的降低了他們的使用成本，提高了人們的上網質量。
（1）融合成為可能
電力網、電話網、電視網和互聯網這四個網絡的接入網，即入戶網的架構非常相似，它們在進入小區、大樓的設計施工以及入戶的敷設形態上也非常一致。經過分析，這些網絡的拓樸結構幾乎是可以重合的，因此，從物理上對它們進行復合是完全可行的。
（2）復合的指導思想
一是降低成本，最大限度的節約投資；二是優勢互補，資源共享，最大限度地節約技術資源、物資資源、時空資源等自然資源；三是方便簡捷，實現大眾化普及，面向普通客戶服務，最大限度的考慮用戶成本和方便、實用；四是性能價格，優化性價比，最大限度地提高性能質量和技術后勁；五是綠色環保，確保信息安全，最大限度的減少電磁輻射和對環境的影響。
（3）復合方案的選擇
一是確定復合的載體。電力網作為電能輸送的專用網絡，是國家基礎設施之一，其網絡的建設質量、機械強度、路權通道、安全經濟技術指標等都是經過反復論證和科學規劃的，它完全是一個全社會的公共傳輸基礎網絡資源。再者，以電網的電力線路來構架電信、電視和互聯網的光（電）復合型公共傳輸網絡，將比單一敷設光纜的方式節省大量的人力、物力和時間空間。因此，完全可以利用配電系統的網絡資源與光纖復合成一種新型的光（電）復合型傳輸網絡，使四個網絡復合在一個網絡上傳輸。
二是確定復合的最好信息傳輸媒質。如果把同軸電纜、雙絞線、5類線等的任何一種或者幾種與電力線機械地綁（護套）在一起，那是不行的。因為當電力線工頻電流流過時，就會對護套在一起的其它導線產生嚴重的電磁干擾，網絡將無法正常工作。只有光纖才是最好的傳輸材料，它的傳輸容量大、質量輕、體積小、成本低、沒有氧化性腐蝕、沒有電磁輻射、不被電磁干擾、傳輸衰耗小、雷電危害少等特性是金屬導線無法相比的。新型的60um外徑光纖和FTTH專用光纖融接機的出現使光纖任意尺寸的彎曲成為可能，從而大大方便了室內布放和施工。只有光纖才是與電力線能夠復合的最好的信息傳輸材料。
三是兩者的復合結果。如果把一根光纜和一根電力線簡單的護套在一起，就是 1+1=2。但是，光纖復合電力線的這種復合結果是1+1≤1.2，因此，≥0.8的部分就被節約了。因為，光纜需要用金屬鋼絲作承力加強件，電力線是用金屬線作導電體，而金屬線即能導電又能承力，兩者可以合二為一，也就是把電力線作為光纜的加強件。電力線需要護套，光纜也需要護套，兩者也可以合二為一。由于這種光（電）復合導線在建筑物內只形成一條線路，所以線路隱蔽埋設位置清晰，定位、檢測方便，避免了因隱蔽原因造成的意外損壞。
（4）從鐵線到光纖
無論是金屬的還是光纖，盡管人們開發出了自由空間光或電的信息通信傳輸技術，但至今仍然擺脫不了有線傳輸的束縛。因此，系列復合型電力傳輸導線的研發思想也就是在這些問題的分析中產生的，復合型電力傳輸導線新材料的實用化會帶來一系列新的技術和產品，而用它組建的網絡會具有天然的特殊性，很明顯，這種天然特性是對電力網絡資源新開發和再利用的最大特點。所以，研究光纖復合電力傳輸導線及其光（電）復合網絡系統技術具有重大的現實意義和產業戰略意義，它的研究成功和全面實用化將給我國帶來巨大的經濟效益和社會效益。
（5）成本因素
光纖到戶（FTTH）是未來連接因特網和高清數字電視網的最好選擇，但是由于成本問題，制約了它的發展。而這種成本的主要因素當前表現在相關元器件的價格方面，如果隨著目前 FTTH市場的啟動，相關元器件的大規模使用和技術不斷創新，這些光電子元器件的成本將不再成為FTTH實用化的主要障礙，而FTTH成本的比例將會逐步向線路基礎設施建設方面轉移。如果采用光(電)復合型公共傳輸接入網來實現FTTH，那就減少了大量的工程施工成本和材料成本。專家預示，光電子器件的成本會隨著技術的進步和規模化使用大幅度下降，這已經是沒有爭議的趨勢。大家認為，2年后光器件的家庭實用化將逐步給FTTH帶來較低的價格和大規模的市場。所以，光(電) 復合型公共傳輸接入網實現的“FTTH四網合一”的成本優勢是可想而知的。當然，更主要的還有它的性能的提升。
（6）網絡架構模式
我國的110kV及以上高壓輸電線路隨著大電網的互連，正在分步實施光纖復合型架空地線改造工程，這種技術被稱為OPGW方案，隨著全國電力聯網加速，這一方案將會產生一個依附于全國電力聯合網的全國電力光環網，經過OPGW改造后的電力骨干網成為復合型電力公共傳輸網的主干網。目前110kV電壓等級的電網已經在全國的每一個縣市區域內形成多點布局（就在湖北省公安縣行政區域內，有6座110Kv變電站，1座220Kv變電站）。同時，將10kV電力線路中的B相線路，改造為光纖復合型電力傳輸導線OFOW（OpticalFiberOverheadWire），并將其作為光（電）復合型公共接入傳輸網的首端。將380V低壓線路的零線改造為光纖復合電力傳輸導線OFOW，并將其作為接入網的中繼線。將220V電力線的零線或者護套線改造為不需承力的室內外光纖復合電力線OFW（Optical Fiber Wire），并將其作為接入網的入戶端。10kV電力線路在傳輸電能的同時，上層與110kV及以上電壓等級的OPGW或者ADSS、OPPC等系統連接，下層通過OFOW方式將光纖承載到每臺10kV配電變壓器的電氣T接處，將光纖單元分離出來，通過光纖匯接、交換器把每臺配電變壓器低壓側的380V電力線路的光纖復合電力線的光纖路由接通，再經過380V電力線路的光纖復合電力線將光（電）復合網絡延伸（覆蓋）到小區、大樓、機關團體、企事業單位等，最后通過光（電）網絡交、匯接設備實現光（電）復合網絡的具體終端用戶的支路分配，此時光路的合、分支可以是無源的。每個具體的終端用戶把分配給自己的室內型光纖復合電力線引入家庭或者桌面，通過光（電）匯接盒和控制器首先與室內所有的電氣電路接通，解決電力使用。同時，光纖復合電力線的光纖部分與光網絡單元ONU連接，對所有的數據信息進行加工處理后與家庭局域網相連，再通過家庭局域網進行家庭內部的服務分配，數據信息與多用復合插座連接，再通過特殊的插頭與電視機、電話機、微機以及其它信息家電連接，使用戶十分方便的獲得電力、視頻（電視）、語音（電話）和數據（因特網）四種服務。
2．示范工程
2004年2月2日第一個“光纖到戶（FTTH）四網合一”示范網絡工程在湖北省電力公司公安縣供電公司物資分公司辦公樓建成開通，這也使我們的設想首次變為現實。該示范工程產品為千兆以太網的寬帶無源光網絡（EPON）與電力光纖接戶網絡組成的光（電）復合網絡系統。它由光線路終端設備（OLT）、光分支設備（OBD）、光電網絡單元（ONU）、光纖復合電力線路、光（電）復合接插器件、光（電）復合網絡交接箱及匯接設備、電力遠程管理及控制與電能計量系統等組成。網絡設計的線路建設方案即要按照電力網的布放要求進行，但同時又必須滿足光纖網絡建設的每一項技術參數和工藝要求，而且必須使整個工程的全過程達到經濟、便捷的目的。光纖復合電力線的布放和傳統的電力線一樣敷設在建筑物（墻體）里面，光（電）復合接插座及相關光纖器件都安裝在建筑物（墻體）里面，和傳統的電力插座等器件的安裝方式一樣，只是外觀上的器件多了一個光接口而已。在布線時線路彎曲處的光纖復合導線的施工操作中只需要稍加注意就行，復合導線里面的光纖單元與導電單元兩者的彎曲要求和彎曲半徑有相同性質。所以，除了光纖的接續需要熔接外，其它與傳統的電力線路施工沒有特別的區別，整個網絡的線路施工無論是明設還是暗設都非常清晰、簡單、美觀。這種簡捷、經濟的施工給光（電）復合接入傳輸網的實用化奠定了很好的基礎。該工程在施工中沒有一處返工的現象發生，整個系統的現場安裝調試都很順利。該系統的最大用戶容量為768戶，如果用戶量需要增加時，可以根據實際需要采用多系統并行擴充。每一個客戶家里的光（電）匯接器把電路和光路解復后電路進入家庭電網實現電力供應，光路進入光網絡單元（ONU）進行數據信號轉換、加工、處理。每個（ONU）提供一個1000MHz的有線電視接口（需要時還可以往下分支至多個接口，該系統按每個家庭4臺電視機設計）；提供7個IP數據接口（需要時可以再擴充接口），均為100Mbit/s上下行對稱傳輸，共計算機和IP電話使用；示范網從2004 年2月2日投入運行到目前為止網絡各接點上的光（電）復合設備、器件以及光（電）復合網絡傳輸系統運行很好，非常穩定，沒有出現任何異常情況。每個終端客戶都可高質量地獲得電力、語音、有線電視和數據四項主要服務，IP電話和IP可視電話主、被叫可靠，畫面及語音清晰流暢。數據速率穩定的保持在上下對稱傳輸100Mbit/s。電視節目的收視效果非常清晰，高頻段和低頻段的近 40個頻道節目都同樣清晰穩定，達到了播放DVD一樣的視覺效果。
另外，該網絡平臺為數字社區、家居智能化、家政及物業管理、家庭安防系統等預留了獨立的光纖平臺和接口。
示范工程的特點。很好的帶寬質量，因為它是真正的FTTH。抗電磁干擾，抗環境腐蝕，抗雷電損害，網絡運行非常穩定。信號傳輸中沒有對外電磁輻射，數據保密性能好。組網非常便捷，可以采用1纖1波或者1纖多波方式，網絡結構可以為PON或者PTP等方案，每戶家庭可享有1 ～12根光纖，對用戶光纖資源的安排非常靈活、富裕。和其它任何一種FTTH方案相比，線路施工和線路材料的投資成本最低，建設工期最短，占用的時空資源最小，綜合效率最好，電力網絡的線路資源得到了再次充分利用。因為布線施工中只有一根線，線路布放工作輕松方便，布放后的線路走向清晰明了，導線位置準確易測。給建筑設計施工帶來了很大的方便，原來在建筑物內需要設計施工3—4條管線，現在只需要一條管線。因為這種光（電）復合線路基礎設施建設的成本很低，在新的建筑項目中可以先把這種線路全部布放好，光纖隨電力線進入家庭。
二、 “FTTH四網合一”光電復合公共傳輸網的意義
1．由于對各種資源的優化整合和科學配置，光電復合網達到了資源的再利用以及對現有資源的新功能開發和共享的目的，節約了產品生產制造中的原材料和工時，減少了網絡建設中器件、設備、材料、時空的用量，原來需要建設多個網絡的，現在只需要建設一個網絡。因此，大大降低了整個網絡建設成本，這種成本的降低無論對電信運營商、網絡運營商、內容提供商、國家信息化的發展還是信息通信消費者都是有好處的。
2．由于信息通信領域又多了一項新的技術方案，所以市場就有可能增加新的競爭內容，這種競爭實際上是一種促進和帶動，它包括光器件和芯片的研發、光電子信息通信技術的創新和該產業的進步和發展。當然更重要的是廣大消費者就又多了一個新的選擇。因此，受益最大的是廣大消費者。
3．理想的傳輸平臺。完成信息通信傳輸路徑的基礎設施是“路”，信息在通信傳輸時實施調制的各種載波信號及其相關設備是“車”，各種被數字化或者電信化的自然現象和思想理論的信息數據，也就是我們通常所說的網上內容是“貨”。那么，“路”、“車”、“貨”三者的關系必須是同步、互動的，且缺一不可，同等重要。當然還有交通運輸規則（即信息通信規約、協議）、貨對車的裝卸（即信號的調制解調）等。但是，三者在實踐中不同的情況下表現出不同的重要性，比如我們目前要解決的第一個重要問題是“最后一公里”“路”的問題，其次是缺“貨”的問題，即網上的內容不足。而且，大家正在提出要把“最后一公里”光纖化，實現光纖到家（FTTH）的理想目標。下面分析一下趨勢。
（1）下一代互聯網的最好的配套技術方案之一。3月19日，我國的下一代互聯網誕生，這預示著IP地址資源非常富裕，未來信息通信容量的大大提升，人類信息流量的需求將給信息通信網絡的接入帶來巨大的壓力。消費者安裝一個“光纖到戶的四網合一”多業務接入系統，而且有可能把它作為工作和生活的需求檔次以及家庭綜合地位的象征。
現在我們都說自己的網絡產品能網上看電影，是“三網合一”，“四網合一”等，實際上這一般是從網上下載到計算機后再連續整體播放，不是同步實時觀賞。本文敘述的“光纖到戶（FTTH）四網合一”是完全可以做到視頻的實時在線和實況播放的，也就是我們所說的網絡直播。
（2）將來高清數字電視系統最好的傳輸平臺。2004年8月8日CCTV《新聞聯播》報道：我國正式開播數字電視節目，“光纖到戶（FTTH）四網合一”技術系統正好配合國家高清晰數字電視系統工程的開始，建設優質一流的高清數字電視傳輸網絡平臺。現在廣電的有線網絡在很多地方都是將光纜架在電力桿上的，借電力網的通道資源，與電力網協商共桿，這種共桿方式大大地節約了廣電公司的投資，也同時提前給群眾帶來了電視信息服務。屆時一張網絡的多覆蓋將是十分有利的。
（3）多業務接入。由于光纖和電力是一線到戶，具有目前頂級的網絡接入容量。除了電力的方便接入和電網信息化外，更是互聯網、寬帶電話、電視電影、家政、小區物業、數字社區、保健醫療、虛擬超市、遠程教育、家居安防等網絡業務最好的接入平臺，它還特別適合高級賓館、機關團體、大型場館、企事業單位的專網建設。能夠非常好的配套和促進我國啟動的光纖到戶（FTTH）工程，建設所有的FTTH項目。
4．滿足電力網自身的信息化需求，建設數字電網。利用電網中光纖復合導線的光（電）傳輸網絡，在電網中必要的位置加裝電氣參數、溫度、液位、行程、位置、空間視覺、趨膚觸覺等傳感器件，使這種光電復合信息網絡給電力網增加全面的神經系統，讓監控中心可以通過電網神經系統和視頻圖像了解電網每一重要位置的實況，真正實現電力網的信息化、智能化，建立電力網的防外力破壞和災害性的自預警信息系統，確保電網的安全經濟運行。
建立整個中低壓電網的信息系統。它包括網絡潮流、負荷能力、經濟運行、線損管理、需求預測、系統分析、規劃建設等。開發網絡遠程電量抄錄、數據讀取、電網障礙及事故預警、客戶服務等信息系統，通過自己的信息網絡與客戶進行互動和互通，把對客戶的優質服務和對電網的作業等實現網絡化、信息化和人性化的管理。
三、重要意義
我們研究“光纖到戶（FTTH）四網合一”是從1998年前開始的，初衷是想把電力網這一國家基礎設施資源進行新的功能開發和充分的綜合利用，把本來屬于國家、社會、人民的優良資源讓它再次造福人類和社會。自然界的資源是非常寶貴而有限的，資源的充分利用、綜合利用、再生利用是科學的發展觀。“光纖到戶（FTTH）四網合一”實質上是“電力線與光纖同時到戶” 的多業務接入的電力和信息通信復合公共網絡傳輸平臺，它接入的不僅僅是我們通常理解的電力、電話、電視和互聯網，是包括工業級、商業級和特殊用途的所有信息通信業務都可以接入的電力、信息通信的各種業務系統集成。研究它的目的就是要給人類社會帶來一個高質量、低成本、便捷的實用化的綜合業務網絡應用平臺，使電力網絡和信息通信網絡產生跨行業、跨學科的互動和融合，并且得到相互加強、優勢互補、資源共享和共同發展、共同降低成本。它有非常好的技術后勁和市場前景，如果我們的電信運營商、設備制造商、內容提供商、電網企業等能做到團結一致、共同參與，我們面對的將是一座“金礦”。可以預示：哪一個電信運營商今后能與“光纖到戶（FTTH）四網合一”光（電）復合公共傳輸網聯手，他就會在今后主導信息通信的技術和市場潮流。 新的競爭內容，這種競爭實際上是一種促進和帶動，它包括光器件和芯片的研發、光電子信息通信技術的創新和該產業的進步和發展。當然更重要的是廣大消費者就又多了一個新的選擇。因此，受益最大的是廣大消費者。
