以光速洞察世界

　　　　一、技術(shù)背景

　　數(shù)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(yīng)用于醫(yī)療上的內(nèi)窺鏡。由于當(dāng)時(shí)技術(shù)有限，光在光纖中傳輸衰減非常大，所以當(dāng)時(shí)的研究者并不看好光纖在通信上的應(yīng)用。之后經(jīng)過英籍華人高錕博士的潛心研究，并提出大膽假設(shè)，又重新燃起了研究者們對(duì)于光通信的熱情。又經(jīng)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(yīng)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)。但隨著安防行業(yè)數(shù)字化、高清化的發(fā)展，傳統(tǒng)的傳輸介質(zhì)已經(jīng)不能滿足安防行業(yè)對(duì)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。目前光傳輸是視頻監(jiān)控遠(yuǎn)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(jī)設(shè)備也成為?？低暤劝卜缽S家的研發(fā)重點(diǎn)，在整個(gè)安防監(jiān)控系統(tǒng)中占有舉足輕重的地位。

　　二、光端機(jī)的分類

　　根據(jù)對(duì)輸入信號(hào)處理方式的不同，光端機(jī)可分為模擬光端機(jī)和數(shù)字光端機(jī)。

　?。ㄒ唬┠M光端機(jī)

　　模擬光端機(jī)將模擬信號(hào)進(jìn)行PFM調(diào)制后再進(jìn)行電-光轉(zhuǎn)換，在接收端進(jìn)行光-電轉(zhuǎn)換，再通過PFM解調(diào)將視頻信號(hào)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(hào)輕易就能傳輸幾十公里，但是單根光纖傳輸?shù)男盘?hào)路數(shù)有限。

　　（二）數(shù)字光端機(jī)

　　數(shù)字光端機(jī)將輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，因此在光纖中傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)直接控制光頭發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)弱（即信號(hào)強(qiáng)用數(shù)字1表示，信號(hào)弱用數(shù)字0表示），在接收端進(jìn)行一次數(shù)模轉(zhuǎn)換，恢復(fù)成原始的視音頻信號(hào)。數(shù)字信號(hào)相比于模擬信號(hào)有較低的誤碼率，能保證視頻信號(hào)無失真的還原，并且多路信號(hào)可以在一條路光纖中互不干擾的傳輸，使一路光纖的復(fù)用效率大大提高，可實(shí)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(jī)領(lǐng)域數(shù)字取代模擬一樣，光端機(jī)的世界里數(shù)字光端機(jī)也必將取代模擬光端機(jī)成為主流，本文以介紹數(shù)字光端機(jī)為主。數(shù)字光端機(jī)又分為數(shù)字視頻光端機(jī)與以太網(wǎng)光端機(jī)即網(wǎng)絡(luò)光端機(jī)。

　　1.數(shù)字視頻光端機(jī)

　　數(shù)字視頻光端機(jī)可傳輸無壓縮的視頻信號(hào)，如HD-SDI信號(hào)，解決了在傳統(tǒng)傳輸方式下傳輸帶寬問題，使得實(shí)時(shí)傳輸無壓縮的高清視頻信號(hào)成為可能，大大提高了實(shí)時(shí)監(jiān)控時(shí)的畫面質(zhì)量。特定型號(hào)的數(shù)字視頻光端機(jī)在傳輸視頻信號(hào)的同時(shí)還可傳輸485控制信號(hào)、音頻信號(hào)等。根據(jù)適用場景不同，數(shù)字視頻光端機(jī)可分為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式光端機(jī)、節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)、匯聚式光端機(jī)、粗波分復(fù)用光端機(jī)和綜合業(yè)務(wù)視頻光端機(jī)。

　　（1）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式光端機(jī)

　　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(duì)出現(xiàn)（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(jiān)控點(diǎn)利用各自的光纖線路獨(dú)立傳輸，如果輸入端數(shù)量多了容易造成光纖的浪費(fèi)，不利于工程上鋪設(shè)線纜以及對(duì)于成本的控制。

　　圖1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式光端機(jī)連接圖

　　（2）節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)

　　每個(gè)節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)之間通過串聯(lián)最后傳到中心接收端，主要運(yùn)用信號(hào)的復(fù)用技術(shù)，光信號(hào)每過一個(gè)節(jié)點(diǎn)就進(jìn)行一次復(fù)用，將本節(jié)點(diǎn)的信號(hào)復(fù)用到上一路信號(hào)中傳遞到下個(gè)節(jié)點(diǎn)（如圖2）。因此一條光纖線路上可以存在多個(gè)節(jié)點(diǎn)，極大程度節(jié)省鋪設(shè)光纖的成本。該類光端機(jī)廣泛應(yīng)用于高速公路項(xiàng)目。

　　圖2節(jié)點(diǎn)式光端機(jī)連接圖

　?。?）匯聚式光端機(jī)

　　前端多路光纖信號(hào)通過各自的發(fā)送光端機(jī)傳輸?shù)揭粋€(gè)匯聚節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)的光端機(jī)將多路光纖信號(hào)合并為一路光信號(hào)傳遞到中心的匯聚接收光端機(jī)（如圖3）。這樣的傳輸方式可以將傳統(tǒng)的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，較大程度上節(jié)省了光纖鋪設(shè)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(jī)連接圖

　　（4）粗波分復(fù)用光端機(jī)

　　粗波分復(fù)用光端機(jī)利用光復(fù)用器將不同波長的光信號(hào)復(fù)用至單根光纖進(jìn)行傳輸，在鏈路的接收端，借助光解復(fù)用器將光纖中的混合信號(hào)分解為不同波長的信號(hào)，連接到相應(yīng)的接收設(shè)備（如圖4）。粗波分復(fù)用系統(tǒng)中各個(gè)波長之間的間隔較寬，因此對(duì)激光發(fā)射器的精度要求較低，可節(jié)省整個(gè)傳輸系統(tǒng)的成本。

　　圖4粗波分復(fù)用光端機(jī)工作原理

　　（6）綜合業(yè)務(wù)光端機(jī)

　　綜合業(yè)務(wù)光端機(jī)將數(shù)字非壓縮技術(shù)同TDM以及WDM技術(shù)結(jié)合，用一根光纖同時(shí)傳輸視頻信號(hào)、以太網(wǎng)信號(hào)、電話信號(hào)、語音對(duì)講、雙向數(shù)據(jù)、開關(guān)量等信息（如圖5）。因?yàn)樵诖笮晚?xiàng)目以及復(fù)雜應(yīng)用中，單純的傳輸視頻信號(hào)已經(jīng)不能滿足日益擴(kuò)大的安防監(jiān)控需求。例如前端是模擬球機(jī)的情況下，如果只傳輸視頻信號(hào)并不能實(shí)現(xiàn)對(duì)球機(jī)的控制，因此在傳輸視頻信號(hào)的同時(shí)還要傳輸485控制信號(hào)以實(shí)現(xiàn)對(duì)球機(jī)低延時(shí)的控制。在這樣的需求下，綜合業(yè)務(wù)光端機(jī)就應(yīng)運(yùn)而生，滿足了整個(gè)系統(tǒng)大規(guī)模聯(lián)網(wǎng)的需求。

　　圖5綜合業(yè)務(wù)光端機(jī)拓?fù)鋱D

　　2.網(wǎng)絡(luò)光端機(jī)

　　網(wǎng)絡(luò)光端機(jī)可將雙絞線中的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的傳輸，也可通過光纖級(jí)聯(lián)、組環(huán)使用。多用于工廠、交通、軌道、礦山、電站等項(xiàng)目中的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

　　三、光端機(jī)重要參數(shù)指標(biāo)及產(chǎn)品選型

　?。ㄒ唬?shù)據(jù)類型

　　一個(gè)大型綜合項(xiàng)目中傳輸?shù)男盘?hào)非常多樣，在選購光端機(jī)前首先要清楚前端輸入的信號(hào)源是什么類型，根據(jù)輸入源類型不同，如模擬信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、高清原始數(shù)據(jù)等，選擇不同類型的光端機(jī)進(jìn)行匹配。

　?。ǘ┕饫w類型

　　光端機(jī)分單纖傳輸和雙纖傳輸。用單纖傳輸時(shí)，收發(fā)信號(hào)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(shí)，收和發(fā)都使用一根獨(dú)立的光纖傳輸，兩者的波長可以相同。使用單纖傳輸時(shí)由于需要在一根光線中復(fù)用兩個(gè)波長的信號(hào)，因此在每個(gè)光端機(jī)中比雙纖傳輸多一對(duì)波分復(fù)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(yuǎn)但相比多模光纖成本也更高。在設(shè)計(jì)方案前需充分考慮實(shí)際需求再選擇相應(yīng)的光端機(jī)及光纖。

　?。ㄈ┎ㄩL

　　光端機(jī)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(duì)Tx1550nm/Rx1310。

　　（四）傳輸速率

　　光端機(jī)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(jī)根據(jù)傳輸距離的不同，在價(jià)格上會(huì)有區(qū)別，實(shí)際項(xiàng)目中請(qǐng)根據(jù)傳輸?shù)木嚯x選擇適合的光端機(jī)產(chǎn)品，常見的傳輸距離有10公里、20公里、40公里。

　　結(jié)語

　　隨著大型安防監(jiān)控項(xiàng)目的實(shí)施以及超高清視頻監(jiān)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(qiáng)、距離遠(yuǎn)、數(shù)據(jù)帶寬高等特點(diǎn)，必將成為視頻監(jiān)控傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的核心技術(shù)，在電信、電力、公安、軍隊(duì)、公路交通、鐵路、海關(guān)、大型廠礦、政府機(jī)關(guān)等項(xiàng)目中得到廣泛應(yīng)用。