閻傳文，孫鳳軍

（浙江一舟電子科技股份有限公司）

1 PoE概述

PoE 全 稱 為 Power over Ethernet，又被稱為基于局域網(wǎng)的供電系統(tǒng)(PoL,Power over LAN )或有源以太網(wǎng)( Active Ethernet)，也被簡稱為以太網(wǎng)供電，這是利用現(xiàn)存標準，規(guī)范了以太網(wǎng)傳輸電纜在傳送數(shù)據(jù)的同時，又滿足供電的功率應用要求，并保持了與現(xiàn)存以太網(wǎng)系統(tǒng)和用戶的兼容性。通過這種方式，可以為IP電話、IP攝像頭、無線AP以及數(shù)據(jù)采集終端等設備進行遠程集中供電，不再需要考慮其電源系統(tǒng)布線的問題。

隨著WLAN、VoIP、網(wǎng)絡視頻監(jiān)控等新業(yè)務的飛速發(fā)展，大量的基于IP的終端出現(xiàn)在人們的日常生活中。這些設備通常數(shù)量眾多、位置特殊、布線復雜、設備取電困難，其實施部署不僅消耗大量人力、物力，增加建網(wǎng)成本，而且延長了建設的時間。采用PoE，成為低風險、可靠，且具有成本效益的應用，而且可使用與數(shù)據(jù)通信中相同的數(shù)字通信電纜來完成輸電，有利于信息的傳送和數(shù)據(jù)通信，從而提高了通信線纜的效用。

最初的PoE標準為IEEE 802.3af，由IEEE工作小組于2003年推出。該標準將供電功率限制在12.95W以下，當前全新的IEEE P802.3bt標準于2018年9月獲批，將供電設備(PSE)的最大功率提升了3倍，從30W擴展至90W，并將受電設備(PD)的功率水平提升至71.3 W（信道長度100m）。新標準的推出以及多樣化的應用將進一步促進PoE技術(shù)的應用。遠程供電的演變?nèi)鐖D1所示。

2 PoE技術(shù)在5G的應用

統(tǒng)計表明，4G移動網(wǎng)絡中有超過80%的業(yè)務發(fā)生在室內(nèi)。伴隨著5G業(yè)務種類的持續(xù)增加、行業(yè)邊界的不斷擴展，業(yè)界預測未來更多的移動業(yè)務將發(fā)生在室內(nèi)。因此，5G時代的室內(nèi)移動網(wǎng)絡至關(guān)重要，將成為運營商的核心競爭力之一。5G應用的高清視頻、AR/VR、遠程醫(yī)療、工業(yè)制造自動化及現(xiàn)代物流管理等主要發(fā)生在建筑物室內(nèi)，需要更高的帶寬來承載。為了獲取更多帶寬，室內(nèi)5G引入了更高的頻段（C-Band和毫米波），意味著更大的傳輸及穿透損耗，以及更加密集的組網(wǎng)，采用傳統(tǒng)的4G建網(wǎng)方式可能導致室內(nèi)覆蓋不足，高密度的小基站建設將是5G室內(nèi)場景建設的必然。同時，5G時代海量的有源網(wǎng)絡設備，將會對運維和系統(tǒng)的能耗管理帶來新的挑戰(zhàn)，而大量的小基站設備的取電問題將是網(wǎng)絡建設單位必須解決的難題。

圖 1 PoE遠程供電的演變

PoE技術(shù)利用一根網(wǎng)線同時滿足信號通信與設備供電，而無須再為小基站供電，在5G高密度的小基站覆蓋情況下，是較為理想的布線方案，可以滿足5G室內(nèi)覆蓋的應用需求。

圖2是一種典型的PoE供電技術(shù),用于樓宇的小基站布放方案，BBU為整棟樓或某個區(qū)域進行網(wǎng)絡覆蓋，Hub進行樓層覆蓋，同時提供PoE供電，Hub之間的垂直布線通過單模光纖進行連接，而Hub與小基站之間的水平布線通過網(wǎng)線進行連接，同時進行PoE供電，小基站則無須再次取電。此種方案具備如下優(yōu)勢：

1）成熟的標準規(guī)范：PoE是一種成熟的技術(shù)，以太網(wǎng)標準IEEE 802.3af/at/bt進行了規(guī)范，各廠家可以按照標準進行安裝布放；

2）布線系統(tǒng)解決設備供電問題：5G網(wǎng)絡覆蓋相對4G而言，基站密度大幅提升，基站的取電問題突出，而通過PoE供電，無須為小基站設備提供電源供應，解決了網(wǎng)絡建設的取電難題；

3）供電功率可滿足應用要求：最新發(fā)布的IEEE 802.3bt標準將PoE應用等級進一步提升，可為受電設備（即此方案的小基站）提供高達71.3W的供電功率，可以滿足主流設備廠家的小基站供電需求；

圖2 采用PoE供電的5G室內(nèi)小基站布線方案

4）帶寬能滿足5G室內(nèi)覆蓋需求：根據(jù)最新發(fā)布的標準，ISO/IEC 11801：2017《信息技術(shù)——用戶建筑通用布纜》及ANSI/TIA 568.2-D《平衡雙絞線通用電纜及其組件的標準》（2018版），Cat 6A布線系統(tǒng)可提供高達10Gbit/s的有效帶寬，能滿足5G室內(nèi)覆蓋的應用需求；

5）施工便利：相對光纜而言，銅纜施工更為簡便，線纜不易損壞，無須光纖熔接或現(xiàn)場組裝光纖連接器、簡單的網(wǎng)線端接工具即可完成現(xiàn)場端接頭的制作；

6）平滑升級到5G：支持5G NR和LTE，并可利用4G的網(wǎng)絡基礎(chǔ)設施和安裝位置，做到“線不動，點不增”，實現(xiàn)由4G向5G平滑演進；

7）產(chǎn)業(yè)鏈成熟：主流設備廠家都具備室內(nèi)覆蓋的小基站產(chǎn)品，且都具備網(wǎng)線接口，運營商有充足穩(wěn)定的產(chǎn)品選型資源。

可以預見，基于PoE供電技術(shù)在5G室內(nèi)覆蓋將會迎來更大的機遇。

3 PoE應用線纜溫升問題

在PoE供電中，電流在線纜中傳輸，大部分的電能會傳送到受電設備（PD,Powered Device）中，但由于網(wǎng)絡布線的對絞電纜本身存在一定的電阻，在傳輸直流電流時將會產(chǎn)生一定的熱量，這些熱量將導致傳輸鏈路以及PD終端的溫度升高。溫度升高對數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅苤笜司哂蟹浅４蟮挠绊?，使得通道的衰減/插入損耗加大。同時在綜合布線系統(tǒng)中，電纜經(jīng)常成捆布放，會進一步加劇溫升，一般而言，捆扎數(shù)越大，溫升越明顯，在一些嚴酷的條件下，溫度可能會超過規(guī)定的工作溫度，線纜長期在高溫環(huán)境中工作會加快線纜老化，并帶來安全隱患，線纜工作溫度的控制不容忽視。

標準雙絞線定義的工作和儲藏溫度為60℃，而研究表明機柜內(nèi)的環(huán)境溫度可能因IT設備的散熱達到45℃。因此，ISO/IEC TS 29125：2017《信息技術(shù)終端設備遠程供電的電信電纜敷設要求》[1]與TIA TSB 184-A：2017《支持動力輸送平衡雙絞線應用指南》[2]（以下簡稱TIA TSB 184-A：2017標準）中將線纜溫升的安全范圍定義為15℃，即假設機柜內(nèi)環(huán)境溫度為45℃的情況下，PoE引起的15℃溫升大幅度減小了線纜性能，存在潛在安全問題的隱患。表1列出了在不同類別的布線系統(tǒng)中，電纜的不同數(shù)量，在不同的安裝方式下，溫度的上升情況（數(shù)據(jù)基于 TIA TSB 184-A：2017標準）。表中的安裝條件導致溫度上升大于15℃時，建議不被采用。

電纜溫升的測試方法：取100m數(shù)據(jù)線樣品，電纜需要環(huán)繞和捆扎，盡量使電纜之間沒有空隙，可在密閉導管道條件下獲取最壞情況下的電纜溫升情況。為了確定特定線纜結(jié)構(gòu)和特定安裝方式的溫升影響，可通過對成束通電線纜監(jiān)測溫升程度，并取鏈路中不同監(jiān)測點的最大值作為評估溫升的嚴重程度的依據(jù)（溫升最大值一般位于成束電纜的幾何中心，如圖3所示）。典型的安裝方式為37根線纜成束，以及多個成束并排擺放（見圖4）。

圖3 成束電纜溫升模型

圖4 37根電纜成束排列

需要說明的是，不同廠家的線纜產(chǎn)品，由于選材及工藝控制的差別，其溫升效應與標準的理論模型會稍有差異，如針對SHIP?品牌的Cat 5e/Cat 6/Cat 6A分別進行測試（包括不同電流：600mA/720mA/1000mA，不同安裝方式：敞開/導管，不同捆扎數(shù)：7/19/37/61/91），測試環(huán)境如圖5所示，測試結(jié)果表明：

圖5 電纜溫升測試環(huán)境

1）SHIP?品牌的電纜溫升效應相較于TIA TSB 184-A：2017標準列出的數(shù)據(jù)偏小，以Cat 6A非屏蔽網(wǎng)線管道安裝為例，圖6是SHIP?品牌網(wǎng)線溫升測試數(shù)據(jù)與TIA標準數(shù)據(jù)的對比，從數(shù)據(jù)可以看出，SHIP?網(wǎng)線在綁扎91根的情況下，四線對同時供電1000mA電流，其溫升低于15℃，低于標準要求的17.93℃；

2）高等級的線纜，由于具有較粗銅導體，電阻值更小，可以有效減小線纜溫升，如圖7所示，為每線對1000mA電流在管道安裝場景下，不同等級非屏蔽電纜的溫升情況，從數(shù)據(jù)可以看出，Cat 5e線纜在PoE應用中有較大的風險，而Cat 6A明顯優(yōu)于Cat 5e與Cat 6。

表1 不同電纜類別、不同安裝方式的電纜溫升情況

一舟股份積極進行線纜溫升的研究與試驗，與行業(yè)設備與布線廠家共同完成了《以太網(wǎng)供電（PoE）技術(shù)與應用白皮書》[3]編寫，針對PoE的應用，做了大量的測試實驗，根據(jù)測試結(jié)果建議：為了有效避免風險，PoE應用中盡量采用Cat 6A及以上等級的線纜進行PoE應用。

4 PoE布線系統(tǒng)選用與安裝注意事項

PoE的終端設備（PD）目前有IP電話、網(wǎng)絡攝像機、無線WiFi AP掌上電腦（PDA）或移動電話充電器等，其中以網(wǎng)絡攝像機和WiFi使用的AP為主。這些終端設備一般安裝在走道、 房間、公共區(qū)域、室外立桿等處，并用纜線（雙絞線）敷設到機房（數(shù)據(jù)中心、建筑物主機房、樓層弱電間等），匯入 PoE交換機。

在 PoE纜線敷設中，應重點考慮對散熱的影響，特別是在綁扎工藝和美觀的平衡考慮。 對于PoE布線系統(tǒng)選用與安裝，如下幾方面可綜合考慮，減少溫升：

1）線纜的選擇方面，盡量采用高等級的線纜，減少熱量的產(chǎn)生（如Cat 6A優(yōu)于Cat 5e和Cat 6）；

2）屏蔽線纜溫升控制比非屏蔽線纜好；

3）現(xiàn)場安裝，盡量以散放的方式布放，如果需要綁扎，應盡量減小綁扎數(shù)量，并適當增加線束間距，獲取良好的散熱效果，在全封閉線槽中應更加重視；

4）橋架內(nèi)散熱情況與線纜敷設高度有直接關(guān)系，盡量減少線纜高度有助于散熱；

5）采用開放式橋架比封閉的管槽散熱效果好，金屬線槽上的散熱孔有助于散熱；

圖6 TIA標準溫升與SHIP?電纜溫升比較

圖7 1000mA管道安裝不同線纜的溫升情況

6） PVC、PC/ABS等材質(zhì)的線槽的散熱效果要差于金屬線槽，故在考慮PoE應用時，也需要考慮線槽材質(zhì)與溫升的關(guān)系；

7）機房、機柜內(nèi)的PoE雙絞線應確保每個彎角處的線纜彎曲半徑符合規(guī)定（即彎曲半徑不小于線纜直徑的4倍）。

5 結(jié)語

近10年，以太網(wǎng)供電(PoE)已成為一項重要的供電策略?；诖思夹g(shù)，網(wǎng)絡管理員、安裝人員和集成商能夠使用結(jié)構(gòu)化布線為網(wǎng)絡設備提供電力和數(shù)據(jù)。在5G網(wǎng)絡建設時期，室內(nèi)網(wǎng)絡覆蓋需要大量小基站形成密集組網(wǎng)，而基于數(shù)字通信電纜的PoE技術(shù)能為5G網(wǎng)絡提供足夠帶寬的同時，為小基站供電，將會成為5G室內(nèi)組網(wǎng)的主流技術(shù)之一。在PoE應用中，線纜溫升成為必須考慮的主題，基于大量實驗數(shù)據(jù)。為了有效避免風險，應采用Cat 6A及以上等級的線纜進行PoE應用，為將來大功率設備的應用做好準備。