电力光纤到户技术应用研究

贾 林

0 引言

电力光纤到户Power Fibertothe Home(以下简称PFTTH)也称为“四网合一”技术，是指电力传输网、CATV(有线电视网)、PSTN(公用电话交换网)以及 Internet(互联网)四个网络通过“光纤复合电力线”进行传输，通过系列光电复合器件使光纤到户，是一种光电复合传输接入网络系统集成技术。

电力光纤到户分别连接电力相关业务和公用业务。电力相关业务主要完成小区用电信息采集、双向互动服务、小区配电自动化、分布式电源及电动汽车充电管理业务。公用业务主要完成电话、有线电视、互联网、公用设施管理、家庭智能设备管理等。

1 电力光纤到户技术应用研究

1.1 PFTTH网络组成

PFTTH系统的基本组成包括：光线路终端(OLT)、光网络单元(ONU)和光分布网络(ODN)三大部分。OLT提供语音、数据、视频业务网络的互联接口，并实现网络管理的主要功能；ONU负责向终端用户提供所需的业务接口；ODN负责连通OLT与所属的ONU。

OLT至ONU之间光路损耗等于线路上所有分光器插损值之和+光纤长度(km)×0.4+熔纤点数目×0.1+法兰盘个数×0.25+光纤冷接子个数×0.15。根据厂商设备参数全程损耗应控制在25dB以内，按此计算极端情况下仍可以实现5km范围内的网络覆盖，完全满足“最后一公里”。[1]

ODN为OLT与ONU之间提供光传输手段，其主要功能是完成光信号功率的分配。在PFTTH系统中ODN 通常由光纤复合低压电缆、普通光纤光缆、光交接/配线设备、光连接器、光分路器以及安装连接这些器件的配套设备组成。一个基本的ODN结构示意，如图1所示:

图1 ODN网络基本结构

ODN网络可分为三段，从局端机房到光缆分配点的馈线段；从光缆分配点到用户接入点的配线段；用户接入点到终端的入户段。

1.2 PFTTH网络工作原理

PFTTH采用的以太网无源光网络(EPON)是一种点到多点的无源光通信技术，所谓“无源”指ODN中不含有任何有源电子器件。[2]它同时具备无源光网络和以太网的优点,该系统数据采用 IEEE802.3以太网协议,传送可变长度的数据帧,最长的是1518B,最短的是64B,很适合直接传送IP协议业务信息,同时也符合未来Everything over IP(在IP上承载各种业务)的发展思路。

EPON网络下行方向采用广播方式,如图 2所示。多种业务信号通过骨干网传输到OLT,然后经过ODN分配到每个ONU,经过ONU的光电转换后,每个ONU根据数据包的地址信息,接收属于自己的数据包。

如图2所示：

图2 EPON下行业务传输原理示意图

EPON网络上行方向采用时分复用(TDM)技术，如图3所示：

图3 EPON上行业务传输原理示意图

系统在进行测距和时延补偿后,OLT根据一定的原则将不同的时隙分配给各个ONU,每个ONU按指定的时隙将数据包传至ODN以避免不同ONU数据包发生冲突。

1.3 PFTTH网络拓扑结构

无源光网络的ODN是一种点到多点结构，按照其连接方式其拓扑结构通常有：星形、树形、总线形和环形四种结构。在 PFTTH 中主要涉及星形和树形两种拓扑结构。

星形拓扑是局端OLT与ONU之间按点到点配置，即ONU直接经一专用光链路与OLT相连，中间没有光分路器(OBD)，如图4所示：

图4 星形结构拓扑图

树形拓扑是无源光网络点到多点配置的基本结构，利用了一系列级联的光分路器对下行分路，传给多个用户，同时也靠这些光分路器将上行信号结合在一起传送给OLT，如图5所示：

图5 树形结构拓扑图

树形拓扑使多个ONU可以共享同一光传输媒质和光电器件。

1.4 FPTTHH网络接入方案研究

根据FPTHH的组网原理的研究，实际的接入方案，如图6所示：

图6 FPTTH接入方案示意图

首先在运营商中央机房配置光线路终端(OLT)局端设备和网管系统，通常设置在小区配电室、开闭所或变电站。提供网络集中和接入功能，能完成光电转换、带宽分配和控制各信道的连接，并具有实时监控、管理及维护功能。OLT局端设备的输入接口和CATV、PSTN以及Internet等相接,并且通过OLT把多路光信号合成一路光信号；

然后把 OLT局端设备的输出接口和楼宇配电箱处的ODN设备输入接口相接,ODN设备用1×N连接模块进行信号分路，把一路光信号分成 N路光信号在光电复合低压电缆(OPLC)中传输。光信号随光电复合低压电缆到达用户端,同时220V电源也到达用户端；

最后在用户家里和楼层电表箱位置部署光网络单元(ONU)终端设备，OLT与ONU之间的光分配网络(ODN)通过无源光分路器连接,光分路器采用以太网协议分发下行数据和集中上行数据，用户端通过ONU把光信号接收下来并转换成电信号，实现用户数据、语音、视频业务的透明传送和电表数据的上下传功能。

实际上电力网、CATV、PSTN和Internet这四个网的接入方式很相似,网络拓扑结构几乎是可以重合的,因此只需要稍微修改电力线路,就可以在一个网上实现四网合一的接入，如图7所示：

图7 使用普通导线与光电复合电力线入户线路比较图

通过上两图的比较,使用光电复合缆后的线路拓扑结构没有改变,只是用户家里增加了一个光网络单元(ONU),小区的变压器房增加了一套光分配网络(ODN)和光线路终端(OLT)设备,并将导线换成光电复合低压电力线。

2 相关业务应用展望

电力光纤到户是智能电网的内在要求，智能电网需要支持电力设备状态检测、电力生产管理、电力资产全寿命周期管理和智能用电。

智能电网可以利用电网中光纤复合电力线的光电传输网络，在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，真正实现电力网的数字化、信息化和智能化，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。

智能电网要实现智能用电双向交互服务、远程用电信息采集、智能家居、家庭能效管理、分布式电源接入以及电动汽车充放电服务，为实现用户与电网的双向互动、提高供电可靠性与用电效率以及节能减排提供技术保障。要实现上述复杂的电力信息的交互，需要在用户端电力信息系统具有足够的带宽，电力光纤到户的“四网合一”方案无疑是最理想的信息通道。

3 结论

电力光纤到户是指通过对电力网的光纤复合化，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，使电力网络资源获得综合利用，形成一个完整的国家级电力光纤复合型全光信息网，实现国家基础设施的优势互补和资源共享。这种把电力网优质资源进行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。[3]

[1]李伟良 胡静 沈燕平.光纤复合低压电缆技术应用及组网模式研究[A].经济发展方式转变与自主创新——第十二届中国科学技术协会年会[C].2010.

[2]张浩 卜宪德 郭经红.EPON技术在用电信息采集系统中的应用[J].电力系统通信.2010.(213):42-44.

[3]王德清.“FTTH四网合一”与电力网资源共享的探讨[J].通信世界.2004,(33):41-42.