以光速洞察世界

　　　　一、技術背景

　　數(shù)字化時代的信息傳遞如此高效，一部分得益于光纖通信技術的迅猛發(fā)展。光纖這種材料最初誕生只是應用于醫(yī)療上的內窺鏡。由于當時技術有限，光在光纖中傳輸衰減非常大，所以當時的研究者并不看好光纖在通信上的應用。之后經過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。又經過數(shù)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?/p>

　　光纖最初廣泛應用于廣電行業(yè)，而同時期的安防行業(yè)還在使用同軸電纜作為主要傳輸介質。但隨著安防行業(yè)數(shù)字化、高清化的發(fā)展，傳統(tǒng)的傳輸介質已經不能滿足安防行業(yè)對于傳輸帶寬、傳輸速率、傳輸距離、保密性等方面的需求，光纖通信技術就被順理成章的引入了安防行業(yè)，并很快發(fā)展起來。目前光傳輸是視頻監(jiān)控遠距離傳輸解決方案的核心技術。作為整個傳輸方案的核心，高性能的光端機設備也成為?？低暤劝卜缽S家的研發(fā)重點，在整個安防監(jiān)控系統(tǒng)中占有舉足輕重的地位。

　　二、光端機的分類

　　根據(jù)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(shù)字光端機。

　　（一）模擬光端機

　　模擬光端機將模擬信號進行PFM調制后再進行電-光轉換，在接收端進行光-電轉換，再通過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性失真，使信號輕易就能傳輸幾十公里，但是單根光纖傳輸?shù)男盘柭窋?shù)有限。

　?。ǘ?shù)字光端機

　　數(shù)字光端機將輸入的模擬信號進行模數(shù)轉換，因此在光纖中傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，數(shù)字信號直接控制光頭發(fā)射信號的強弱（即信號強用數(shù)字1表示，信號弱用數(shù)字0表示），在接收端進行一次數(shù)模轉換，恢復成原始的視音頻信號。數(shù)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，可實現(xiàn)一路光纖傳輸數(shù)十路甚至上百路圖像。正如在攝像機領域數(shù)字取代模擬一樣，光端機的世界里數(shù)字光端機也必將取代模擬光端機成為主流，本文以介紹數(shù)字光端機為主。數(shù)字光端機又分為數(shù)字視頻光端機與以太網光端機即網絡光端機。

　　1.數(shù)字視頻光端機

　　數(shù)字視頻光端機可傳輸無壓縮的視頻信號，如HD-SDI信號，解決了在傳統(tǒng)傳輸方式下傳輸帶寬問題，使得實時傳輸無壓縮的高清視頻信號成為可能，大大提高了實時監(jiān)控時的畫面質量。特定型號的數(shù)字視頻光端機在傳輸視頻信號的同時還可傳輸485控制信號、音頻信號等。根據(jù)適用場景不同，數(shù)字視頻光端機可分為點對點式光端機、節(jié)點式光端機、匯聚式光端機、粗波分復用光端機和綜合業(yè)務視頻光端機。

　?。?）點對點式光端機

　　一條光纖只能有一個發(fā)送端和一個接收端，發(fā)送端與接收端成對出現(xiàn)（如圖1）。因此有幾個發(fā)送端就需要幾條光纖，并且只能組成星型網絡，每個監(jiān)控點利用各自的光纖線路獨立傳輸，如果輸入端數(shù)量多了容易造成光纖的浪費，不利于工程上鋪設線纜以及對于成本的控制。

　　圖1點對點式光端機連接圖

　?。?）節(jié)點式光端機

　　每個節(jié)點式光端機之間通過串聯(lián)最后傳到中心接收端，主要運用信號的復用技術，光信號每過一個節(jié)點就進行一次復用，將本節(jié)點的信號復用到上一路信號中傳遞到下個節(jié)點（如圖2）。因此一條光纖線路上可以存在多個節(jié)點，極大程度節(jié)省鋪設光纖的成本。該類光端機廣泛應用于高速公路項目。

　　圖2節(jié)點式光端機連接圖

　?。?）匯聚式光端機

　　前端多路光纖信號通過各自的發(fā)送光端機傳輸?shù)揭粋€匯聚節(jié)點，匯聚節(jié)點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(tǒng)的星型拓撲結構轉化為樹形拓撲結構，較大程度上節(jié)省了光纖鋪設的成本，并增加了整個網絡的靈活性。

　　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的光信號復用至單根光纖進行傳輸，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的信號，連接到相應的接收設備（如圖4）。粗波分復用系統(tǒng)中各個波長之間的間隔較寬，因此對激光發(fā)射器的精度要求較低，可節(jié)省整個傳輸系統(tǒng)的成本。

　　圖4粗波分復用光端機工作原理

　?。?）綜合業(yè)務光端機

　　綜合業(yè)務光端機將數(shù)字非壓縮技術同TDM以及WDM技術結合，用一根光纖同時傳輸視頻信號、以太網信號、電話信號、語音對講、雙向數(shù)據(jù)、開關量等信息（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不能滿足日益擴大的安防監(jiān)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現(xiàn)對球機的控制，因此在傳輸視頻信號的同時還要傳輸485控制信號以實現(xiàn)對球機低延時的控制。在這樣的需求下，綜合業(yè)務光端機就應運而生，滿足了整個系統(tǒng)大規(guī)模聯(lián)網的需求。

　　圖5綜合業(yè)務光端機拓撲圖

　　2.網絡光端機

　　網絡光端機可將雙絞線中的電信號轉換為光信號實現(xiàn)遠距離的傳輸，也可通過光纖級聯(lián)、組環(huán)使用。多用于工廠、交通、軌道、礦山、電站等項目中的網絡建設。

　　三、光端機重要參數(shù)指標及產品選型

　?。ㄒ唬?shù)據(jù)類型

　　一個大型綜合項目中傳輸?shù)男盘柗浅６鄻?，在選購光端機前首先要清楚前端輸入的信號源是什么類型，根據(jù)輸入源類型不同，如模擬信號、網絡信號、高清原始數(shù)據(jù)等，選擇不同類型的光端機進行匹配。

　?。ǘ┕饫w類型

　　光端機分單纖傳輸和雙纖傳輸。用單纖傳輸時，收發(fā)信號在一根光纖中使用不同的波長傳輸，互不干擾；用雙纖傳輸時，收和發(fā)都使用一根獨立的光纖傳輸，兩者的波長可以相同。使用單纖傳輸時由于需要在一根光線中復用兩個波長的信號，因此在每個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(jù)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際需求再選擇相應的光端機及光纖。

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　　光端機發(fā)送端的發(fā)送波長需要與接收端的接收波長相匹配。例如Tx1310nm/Rx1550對Tx1550nm/Rx1310。

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　　光端機傳輸端的傳輸速率需要與接收端的速率相匹配。

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　　光端機根據(jù)傳輸距離的不同，在價格上會有區(qū)別，實際項目中請根據(jù)傳輸?shù)木嚯x選擇適合的光端機產品，常見的傳輸距離有10公里、20公里、40公里。

　　結語

　　隨著大型安防監(jiān)控項目的實施以及超高清視頻監(jiān)控需求的產生，光纖傳輸以其保密性好、重量輕、抗干擾能力強、距離遠、數(shù)據(jù)帶寬高等特點，必將成為視頻監(jiān)控傳輸網絡建設的核心技術，在電信、電力、公安、軍隊、公路交通、鐵路、海關、大型廠礦、政府機關等項目中得到廣泛應用。