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什么是光电混合缆?

光电混合缆是一种集成了光纤和导电铜线的混合形式的电缆,可以用一根线缆同时解决数据传输和设备供电的问题。在园区网络中,光电混合缆主要用于连接接入交换机和WLAN AP,用一根线缆同时完成AP的数据传输和PoE供电。随着WLAN技术演进至Wi-Fi 6以及未来的Wi-Fi 7,传统的双绞线无法支撑带宽的长期演进,而光纤又无法解决POE供电的问题,因此光电混合缆的方案应运而生。

光电混合缆的诞生

在通信线缆中,按照介质的不同可以划分为以光纤为传输介质的光缆和以铜线为传输介质的铜缆。光纤利用光的全反射原理进行数据传输,具有带宽大、损耗低、传输距离长等优点,但是光纤的材料是玻璃纤维,是电的绝缘体,因此光纤是不能导电的。而铜线利用金属作为传输介质,利用电磁波原理进行数据传输,既可以传输数据信号,又可以输送电力信号,但是在传输过程中会存在热效应,因此损耗较大,不适合于长距离的数据传输。

网络中有一些设备的安装环境相对复杂,例如5G小基站,视频监控摄像头等,安装环境周边很难有合适的电源插座,设备供电较为困难。这种情况下,一种将光纤和铜导线集成在一根线缆中的方案就诞生了,这种方案使用光纤传输数据信号,使用铜线传输电力信号,取两者之所长,既可以完成高速率的数据传输,又可以完成长距离的设备供电。

世界上第一条光电混合缆是由日本住友电气公司于1978年研制出的,主要用于海底光电传输。近年来,光电混合缆在5G小基站覆盖、FTTA布线以及海底光电传输中都有比较广泛的应用。在园区网络中,随着Wi-Fi技术的演进,对带宽和PoE供电都提出了更高的要求,因此,业界部分厂商已经开始探索在园区网络使用光电混合缆的技术方案。

光电混合缆的横截面图如下图所示,它把光纤和铜导线集成到一根线缆中,通过特定的结构和保护层设计,确保光信号和电能信号在传输过程中不会发生互相干扰的现象,适用于各类网络系统中的综合布线,可以有效降低施工和网络建设成本,达到一线多用的目的。

光电混合缆的横截面
光电混合缆的横截面

园区为什么需要光电混合缆?

如下图所示,在园区网络中,光电混合缆主要用于接入层,即接入交换机和AP之间的这段线缆,主要解决两个方面的问题:Wi-Fi网络的数据回传以及AP的PoE供电。

在传统的园区网络中,一般使用双绞线作为连接交换机和AP的线缆,这样既能完成数据的传输,也可以完成AP的PoE供电。但是,随着Wi-Fi技术的演进,对于接入交换机和AP之间的这段线缆的要求越来越高,特别是面向未来的Wi-Fi 7技术,需要这段线缆同时解决高速的数据传输和长距离的PoE供电的问题。在带宽方面,目前正在大规模商用的Wi-Fi 6标准要求这段线缆的带宽达到10 Gbit/s;未来的Wi-Fi 7标准则要求这段线缆的带宽需要达到40 Gbit/s。在PoE供电方面,很多AP的安装环境相对复杂,需要超过100米的PoE供电,例如某些体育场馆的AP需要300米甚至更长距离的PoE供电,而传统的双绞线的供电距离只有100米,无法满足需求。

光电混合缆在园区网络中的应用
光电混合缆在园区网络中的应用

如下图所示,如果继续使用双绞线,带宽提升至10 Gbit/s以后基本就是瓶颈了,达到25 Gbit/s以后,传输距离就只有30米,大部分的PoE供电场景都不能满足。如果使用光纤,则可以支撑数据传输速率的长期演进,但是光纤的介质是玻璃纤维,是电的绝缘体,无法支持PoE供电,这种方案需给AP提供单独的供电网络,在布线和管理上都存在较大的难度。面向未来,需要一种线缆在支持带宽的长期演进的同时解决PoE供电的问题,而光电混合缆就是一种比较合理的解决方案。

双绞线在传输速率和传输距离上的瓶颈
双绞线在传输速率和传输距离上的瓶颈

光电混合缆的结构和原理

光电混合缆是华为全光园区解决方案中的一个关键部件,它的外观结构图如下图所示。可以看到,这种线缆将光纤和铜导线集成到一根线缆中,其中光纤只负责数据信号的传输,而铜线只负责电力信号的传输,这样通过一根光电混合缆可以同时给AP进行数据传输和PoE供电。为什么光电混合缆就能够支持带宽的长期演进和长距离PoE供电,而双绞线或者光纤却不能呢?

光电混合缆的外观
光电混合缆的外观

首先,在光电混合缆中,数据信号的传输是通过光纤进行,这样可以充分利用光纤通信的优势,满足带宽和距离的长期演进。双绞线使用铜线作为传输介质,那么数据信号在铜线上传输时会受到电阻和电容的影响,这就必然导致数据信号的衰减和畸变,衰减与线缆的长度有关系,随着长度的增加,信号衰减也随之增加,当信号的衰减或者畸变达到一定的程度,就会影响到信号的有效传输。因此,在网络综合布线规范中,明确要求,双绞线的布线距离不能超过90米,链路总长度不能超过100米。光纤通信利用了光的全反射原理,这种情况下,不存在因为电流的热效应而产生能量的损耗;同时,也不会因为电磁感应而产生信号的串扰,因此光纤通信的损耗很小,传输距离和带宽都可以得到极大的提升。

其次,在光电混合缆中,铜导线只负责传输电力信号,而且是直流电,因此传输距离就可以比较远了,根据华为的测试,供电距离达到300米以后,还可以保证60W的供电功率。但是铜线毕竟有电阻,传输过程中还是会产生热效应,还会继续存在能量的衰减,因此即使是直流电信号,他的传输距离仍然是有限的。这样,光电混合缆的传输距离就决定于直流电信号在铜线上的传输距离,未来,随着技术以及工艺的改良,做到500米甚至更远也是有可能的,这样的距离已经可以满足绝大多数场景的长距离PoE供电的需求了。

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  • 作者: 黄明祥
  • 最近更新: 2021-10-09
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