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以光速洞察世界
時(shí)間:2015-08-04 18:55:33 來(lái)源:安防行業(yè)協(xié)會(huì ) 作者:未知
數字化時(shí)代的信息傳遞如此高效，一部分得益于光纖通信技術(shù)的迅猛發(fā)展。光纖這種材料最初誕生只是應用于醫療上的內窺鏡。由于當時(shí)技術(shù)有限，光在光纖中傳輸衰減非常大，所以當時(shí)的研究者并不看好光纖在通信上的應用。之后經(jīng)過(guò)英籍華人高錕博士的潛心研究，并提出大膽假設，又重新燃起了研究者們對于光通信的熱情。
一、技術(shù)背景
數字化時(shí)代的信息傳遞如此高效，一部分得益于光纖通信技術(shù)的迅猛發(fā)展。光纖這種材料最初誕生只是應用于醫療上的內窺鏡。由于當時(shí)技術(shù)有限，光在光纖中傳輸衰減非常大，所以當時(shí)的研究者并不看好光纖在通信上的應用。之后經(jīng)過(guò)英籍華人高錕博士的潛心研究，并提出大膽假設，又重新燃起了研究者們對于光通信的熱情。又經(jīng)過(guò)數年的研究，激光器和低損耗光纖都有了重大突破，這才使光通信變?yōu)榱丝赡堋?/span>
光纖最初廣泛應用于廣電行業(yè)，而同時(shí)期的安防行業(yè)還在使用同軸電纜作為主要傳輸介質(zhì)。但隨著(zhù)安防行業(yè)數字化、高清化的發(fā)展，傳統的傳輸介質(zhì)已經(jīng)不能滿(mǎn)足安防行業(yè)對于傳輸帶寬、傳輸速率、傳輸距離、保密性等方面的需求，光纖通信技術(shù)就被順理成章的引入了安防行業(yè)，并很快發(fā)展起來(lái)。目前光傳輸是視頻監控遠距離傳輸解決方案的核心技術(shù)。作為整個(gè)傳輸方案的核心，高性能的光端機設備也成為?？低暤劝卜缽S(chǎng)家的研發(fā)重點(diǎn)，在整個(gè)安防監控系統中占有舉足輕重的地位。
二、光端機的分類(lèi)
根據對輸入信號處理方式的不同，光端機可分為模擬光端機和數字光端機。
(一)模擬光端機
模擬光端機將模擬信號進(jìn)行PFM調制后再進(jìn)行電-光轉換，在接收端進(jìn)行光-電轉換，再通過(guò)PFM解調將視頻信號還原。此方式具有較高的信噪比和較小的非線(xiàn)性失真，使信號輕易就能傳輸幾十公里，但是單根光纖傳輸的信號路數有限。
(二)數字光端機
數字光端機將輸入的模擬信號進(jìn)行模數轉換，因此在光纖中傳輸的是數字信號，數字信號直接控制光頭發(fā)射信號的強弱(即信號強用數字1表示，信號弱用數字0表示)，在接收端進(jìn)行一次數模轉換，恢復成原始的視音頻信號。數字信號相比于模擬信號有較低的誤碼率，能保證視頻信號無(wú)失真的還原，并且多路信號可以在一條路光纖中互不干擾的傳輸，使一路光纖的復用效率大大提高，可實(shí)現一路光纖傳輸數十路甚至上百路圖像。正如在攝像機領(lǐng)域數字取代模擬一樣，光端機的世界里數字光端機也必將取代模擬光端機成為主流，本文以介紹數字光端機為主。數字光端機又分為數字視頻光端機與以太網(wǎng)光端機即網(wǎng)絡(luò )光端機。
1.數字視頻光端機
數字視頻光端機可傳輸無(wú)壓縮的視頻信號，如HD-SDI信號，解決了在傳統傳輸方式下傳輸帶寬問(wèn)題，使得實(shí)時(shí)傳輸無(wú)壓縮的高清視頻信號成為可能，大大提高了實(shí)時(shí)監控時(shí)的畫(huà)面質(zhì)量。特定型號的數字視頻光端機在傳輸視頻信號的同時(shí)還可傳輸485控制信號、音頻信號等。根據適用場(chǎng)景不同，數字視頻光端機可分為點(diǎn)對點(diǎn)式光端機、節點(diǎn)式光端機、匯聚式光端機、粗波分復用光端機和綜合業(yè)務(wù)視頻光端機。
(1)點(diǎn)對點(diǎn)式光端機
一條光纖只能有一個(gè)發(fā)送端和一個(gè)接收端，發(fā)送端與接收端成對出現(如圖1)。因此有幾個(gè)發(fā)送端就需要幾條光纖，并且只能組成星型網(wǎng)絡(luò )，每個(gè)監控點(diǎn)利用各自的光纖線(xiàn)路獨立傳輸，如果輸入端數量多了容易造成光纖的浪費，不利于工程上鋪設線(xiàn)纜以及對于成本的控制。
圖1點(diǎn)對點(diǎn)式光端機連接圖
(2)節點(diǎn)式光端機
每個(gè)節點(diǎn)式光端機之間通過(guò)串聯(lián)最后傳到中心接收端，主要運用信號的復用技術(shù)，光信號每過(guò)一個(gè)節點(diǎn)就進(jìn)行一次復用，將本節點(diǎn)的信號復用到上一路信號中傳遞到下個(gè)節點(diǎn)(如圖2)。因此一條光纖線(xiàn)路上可以存在多個(gè)節點(diǎn)，極大程度節省鋪設光纖的成本。該類(lèi)光端機廣泛應用于高速公路項目。
圖2節點(diǎn)式光端機連接圖
(3)匯聚式光端機
前端多路光纖信號通過(guò)各自的發(fā)送光端機傳輸到一個(gè)匯聚節點(diǎn)，匯聚節點(diǎn)的光端機將多路光纖信號合并為一路光信號傳遞到中心的匯聚接收光端機(如圖3)。這樣的傳輸方式可以將傳統的星型拓撲結構轉化為樹(shù)形拓撲結構，較大程度上節省了光纖鋪設的成本，并增加了整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的靈活性。
圖3匯聚式光端機連接圖
(4)粗波分復用光端機
粗波分復用光端機利用光復用器將不同波長(cháng)的光信號復用至單根光纖進(jìn)行傳輸，在鏈路的接收端，借助光解復用器將光纖中的混合信號分解為不同波長(cháng)的信號，連接到相應的接收設備(如圖4)。粗波分復用系統中各個(gè)波長(cháng)之間的間隔較寬，因此對激光發(fā)射器的精度要求較低，可節省整個(gè)傳輸系統的成本。
圖4粗波分復用光端機工作原理
(6)綜合業(yè)務(wù)光端機
綜合業(yè)務(wù)光端機將數字非壓縮技術(shù)同TDM以及WDM技術(shù)結合，用一根光纖同時(shí)傳輸視頻信號、以太網(wǎng)信號、電話(huà)信號、語(yǔ)音對講、雙向數據、開(kāi)關(guān)量等信息(如圖5)。因為在大型項目以及復雜應用中，單純的傳輸視頻信號已經(jīng)不能滿(mǎn)足日益擴大的安防監控需求。例如前端是模擬球機的情況下，如果只傳輸視頻信號并不能實(shí)現對球機的控制，因此在傳輸視頻信號的同時(shí)還要傳輸485控制信號以實(shí)現對球機低延時(shí)的控制。在這樣的需求下，綜合業(yè)務(wù)光端機就應運而生，滿(mǎn)足了整個(gè)系統大規模聯(lián)網(wǎng)的需求。
圖5綜合業(yè)務(wù)光端機拓撲圖
2.網(wǎng)絡(luò )光端機
網(wǎng)絡(luò )光端機可將雙絞線(xiàn)中的電信號轉換為光信號實(shí)現遠距離的傳輸，也可通過(guò)光纖級聯(lián)、組環(huán)使用。多用于工廠(chǎng)、交通、軌道、礦山、電站等項目中的網(wǎng)絡(luò )建設。
三、光端機重要參數指標及產(chǎn)品選型
(一)數據類(lèi)型
一個(gè)大型綜合項目中傳輸的信號非常多樣，在選購光端機前首先要清楚前端輸入的信號源是什么類(lèi)型，根據輸入源類(lèi)型不同，如模擬信號、網(wǎng)絡(luò )信號、高清原始數據等，選擇不同類(lèi)型的光端機進(jìn)行匹配。
(二)光纖類(lèi)型
光端機分單纖傳輸和雙纖傳輸。用單纖傳輸時(shí)，收發(fā)信號在一根光纖中使用不同的波長(cháng)傳輸，互不干擾;用雙纖傳輸時(shí)，收和發(fā)都使用一根獨立的光纖傳輸，兩者的波長(cháng)可以相同。使用單纖傳輸時(shí)由于需要在一根光線(xiàn)中復用兩個(gè)波長(cháng)的信號，因此在每個(gè)光端機中比雙纖傳輸多一對波分復用器，而雙纖傳輸比單纖傳輸多使用了一根光纖。光纖根據傳輸模式不同可分為單模光纖和多模光纖，單模光纖傳輸距離更遠但相比多模光纖成本也更高。在設計方案前需充分考慮實(shí)際需求再選擇相應的光端機及光纖。
(三)波長(cháng)
光端機發(fā)送端的發(fā)送波長(cháng)需要與接收端的接收波長(cháng)相匹配。例如Tx1310nm/Rx1550對Tx1550nm/Rx1310。
(四)傳輸速率
光端機傳輸端的傳輸速率需要與接收端的速率相匹配。
(五)傳輸距離
光端機根據傳輸距離的不同，在價(jià)格上會(huì )有區別，實(shí)際項目中請根據傳輸的距離選擇適合的光端機產(chǎn)品，常見(jiàn)的傳輸距離有10公里、20公里、40公里。
結語(yǔ)
隨著(zhù)大型安防監控項目的實(shí)施以及超高清視頻監控需求的產(chǎn)生，光纖傳輸以其保密性好、重量輕、抗干擾能力強、距離遠、數據帶寬高等特點(diǎn)，必將成為視頻監控傳輸網(wǎng)絡(luò )建設的核心技術(shù)，在電信、電力、公安、軍隊、公路交通、鐵路、海關(guān)、大型廠(chǎng)礦、政府機關(guān)等項目中得到廣泛應用。
一、技術(shù)背景
數字化時(shí)代的信息傳遞如此高效，一部分得益于光纖通信技術(shù)的迅猛發(fā)展。光纖這種材料最初誕生只是應用于醫療上的內窺鏡。由于當時(shí)技術(shù)有限，光在光纖中傳輸衰減非常大，所以當時(shí)的研究者并不看好光纖在通信上的應用。之后經(jīng)過(guò)英籍華人高錕博士的潛心研究，并提出大膽假設，又重新燃起了研究者們對于光通信的熱情。又經(jīng)過(guò)數年的研究，激光器和低損耗光纖都有了重大突破，這才使光通信變?yōu)榱丝赡堋?/span>
光纖最初廣泛應用于廣電行業(yè)，而同時(shí)期的安防行業(yè)還在使用同軸電纜作為主要傳輸介質(zhì)。但隨著(zhù)安防行業(yè)數字化、高清化的發(fā)展，傳統的傳輸介質(zhì)已經(jīng)不能滿(mǎn)足安防行業(yè)對于傳輸帶寬、傳輸速率、傳輸距離、保密性等方面的需求，光纖通信技術(shù)就被順理成章的引入了安防行業(yè)，并很快發(fā)展起來(lái)。目前光傳輸是視頻監控遠距離傳輸解決方案的核心技術(shù)。作為整個(gè)傳輸方案的核心，高性能的光端機設備也成為?？低暤劝卜缽S(chǎng)家的研發(fā)重點(diǎn)，在整個(gè)安防監控系統中占有舉足輕重的地位。
二、光端機的分類(lèi)
根據對輸入信號處理方式的不同，光端機可分為模擬光端機和數字光端機。
(一)模擬光端機
模擬光端機將模擬信號進(jìn)行PFM調制后再進(jìn)行電-光轉換，在接收端進(jìn)行光-電轉換，再通過(guò)PFM解調將視頻信號還原。此方式具有較高的信噪比和較小的非線(xiàn)性失真，使信號輕易就能傳輸幾十公里，但是單根光纖傳輸的信號路數有限。
(二)數字光端機
數字光端機將輸入的模擬信號進(jìn)行模數轉換，因此在光纖中傳輸的是數字信號，數字信號直接控制光頭發(fā)射信號的強弱(即信號強用數字1表示，信號弱用數字0表示)，在接收端進(jìn)行一次數模轉換，恢復成原始的視音頻信號。數字信號相比于模擬信號有較低的誤碼率，能保證視頻信號無(wú)失真的還原，并且多路信號可以在一條路光纖中互不干擾的傳輸，使一路光纖的復用效率大大提高，可實(shí)現一路光纖傳輸數十路甚至上百路圖像。正如在攝像機領(lǐng)域數字取代模擬一樣，光端機的世界里數字光端機也必將取代模擬光端機成為主流，本文以介紹數字光端機為主。數字光端機又分為數字視頻光端機與以太網(wǎng)光端機即網(wǎng)絡(luò )光端機。
1.數字視頻光端機
數字視頻光端機可傳輸無(wú)壓縮的視頻信號，如HD-SDI信號，解決了在傳統傳輸方式下傳輸帶寬問(wèn)題，使得實(shí)時(shí)傳輸無(wú)壓縮的高清視頻信號成為可能，大大提高了實(shí)時(shí)監控時(shí)的畫(huà)面質(zhì)量。特定型號的數字視頻光端機在傳輸視頻信號的同時(shí)還可傳輸485控制信號、音頻信號等。根據適用場(chǎng)景不同，數字視頻光端機可分為點(diǎn)對點(diǎn)式光端機、節點(diǎn)式光端機、匯聚式光端機、粗波分復用光端機和綜合業(yè)務(wù)視頻光端機。
(1)點(diǎn)對點(diǎn)式光端機
一條光纖只能有一個(gè)發(fā)送端和一個(gè)接收端，發(fā)送端與接收端成對出現(如圖1)。因此有幾個(gè)發(fā)送端就需要幾條光纖，并且只能組成星型網(wǎng)絡(luò )，每個(gè)監控點(diǎn)利用各自的光纖線(xiàn)路獨立傳輸，如果輸入端數量多了容易造成光纖的浪費，不利于工程上鋪設線(xiàn)纜以及對于成本的控制。
圖1點(diǎn)對點(diǎn)式光端機連接圖
(2)節點(diǎn)式光端機
每個(gè)節點(diǎn)式光端機之間通過(guò)串聯(lián)最后傳到中心接收端，主要運用信號的復用技術(shù)，光信號每過(guò)一個(gè)節點(diǎn)就進(jìn)行一次復用，將本節點(diǎn)的信號復用到上一路信號中傳遞到下個(gè)節點(diǎn)(如圖2)。因此一條光纖線(xiàn)路上可以存在多個(gè)節點(diǎn)，極大程度節省鋪設光纖的成本。該類(lèi)光端機廣泛應用于高速公路項目。
圖2節點(diǎn)式光端機連接圖
(3)匯聚式光端機
前端多路光纖信號通過(guò)各自的發(fā)送光端機傳輸到一個(gè)匯聚節點(diǎn)，匯聚節點(diǎn)的光端機將多路光纖信號合并為一路光信號傳遞到中心的匯聚接收光端機(如圖3)。這樣的傳輸方式可以將傳統的星型拓撲結構轉化為樹(shù)形拓撲結構，較大程度上節省了光纖鋪設的成本，并增加了整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的靈活性。
圖3匯聚式光端機連接圖
(4)粗波分復用光端機
粗波分復用光端機利用光復用器將不同波長(cháng)的光信號復用至單根光纖進(jìn)行傳輸，在鏈路的接收端，借助光解復用器將光纖中的混合信號分解為不同波長(cháng)的信號，連接到相應的接收設備(如圖4)。粗波分復用系統中各個(gè)波長(cháng)之間的間隔較寬，因此對激光發(fā)射器的精度要求較低，可節省整個(gè)傳輸系統的成本。
圖4粗波分復用光端機工作原理
(6)綜合業(yè)務(wù)光端機
綜合業(yè)務(wù)光端機將數字非壓縮技術(shù)同TDM以及WDM技術(shù)結合，用一根光纖同時(shí)傳輸視頻信號、以太網(wǎng)信號、電話(huà)信號、語(yǔ)音對講、雙向數據、開(kāi)關(guān)量等信息(如圖5)。因為在大型項目以及復雜應用中，單純的傳輸視頻信號已經(jīng)不能滿(mǎn)足日益擴大的安防監控需求。例如前端是模擬球機的情況下，如果只傳輸視頻信號并不能實(shí)現對球機的控制，因此在傳輸視頻信號的同時(shí)還要傳輸485控制信號以實(shí)現對球機低延時(shí)的控制。在這樣的需求下，綜合業(yè)務(wù)光端機就應運而生，滿(mǎn)足了整個(gè)系統大規模聯(lián)網(wǎng)的需求。
圖5綜合業(yè)務(wù)光端機拓撲圖
2.網(wǎng)絡(luò )光端機
網(wǎng)絡(luò )光端機可將雙絞線(xiàn)中的電信號轉換為光信號實(shí)現遠距離的傳輸，也可通過(guò)光纖級聯(lián)、組環(huán)使用。多用于工廠(chǎng)、交通、軌道、礦山、電站等項目中的網(wǎng)絡(luò )建設。
三、光端機重要參數指標及產(chǎn)品選型
(一)數據類(lèi)型
一個(gè)大型綜合項目中傳輸的信號非常多樣，在選購光端機前首先要清楚前端輸入的信號源是什么類(lèi)型，根據輸入源類(lèi)型不同，如模擬信號、網(wǎng)絡(luò )信號、高清原始數據等，選擇不同類(lèi)型的光端機進(jìn)行匹配。
(二)光纖類(lèi)型
光端機分單纖傳輸和雙纖傳輸。用單纖傳輸時(shí)，收發(fā)信號在一根光纖中使用不同的波長(cháng)傳輸，互不干擾;用雙纖傳輸時(shí)，收和發(fā)都使用一根獨立的光纖傳輸，兩者的波長(cháng)可以相同。使用單纖傳輸時(shí)由于需要在一根光線(xiàn)中復用兩個(gè)波長(cháng)的信號，因此在每個(gè)光端機中比雙纖傳輸多一對波分復用器，而雙纖傳輸比單纖傳輸多使用了一根光纖。光纖根據傳輸模式不同可分為單模光纖和多模光纖，單模光纖傳輸距離更遠但相比多模光纖成本也更高。在設計方案前需充分考慮實(shí)際需求再選擇相應的光端機及光纖。
(三)波長(cháng)
光端機發(fā)送端的發(fā)送波長(cháng)需要與接收端的接收波長(cháng)相匹配。例如Tx1310nm/Rx1550對Tx1550nm/Rx1310。
(四)傳輸速率
光端機傳輸端的傳輸速率需要與接收端的速率相匹配。
(五)傳輸距離
光端機根據傳輸距離的不同，在價(jià)格上會(huì )有區別，實(shí)際項目中請根據傳輸的距離選擇適合的光端機產(chǎn)品，常見(jiàn)的傳輸距離有10公里、20公里、40公里。
結語(yǔ)
隨著(zhù)大型安防監控項目的實(shí)施以及超高清視頻監控需求的產(chǎn)生，光纖傳輸以其保密性好、重量輕、抗干擾能力強、距離遠、數據帶寬高等特點(diǎn)，必將成為視頻監控傳輸網(wǎng)絡(luò )建設的核心技術(shù)，在電信、電力、公安、軍隊、公路交通、鐵路、海關(guān)、大型廠(chǎng)礦、政府機關(guān)等項目中得到廣泛應用。
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