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[转]关于光端机!

wqshand  发表于 2007/6/26 12:56:14      709 查看 0 回复  [上一主题]  [下一主题]

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光端机的选择和使用:

光端机刚进入安防领域时,称得上是当时的新贵。由于那时光纤通信的应用还未普及,别说行业内许多人没有看到过光端机,只怕没听说过的人也不在少数。那时候的光端机是十分昂贵的,因此也显得十分神秘。当然,它的性能优劣也大多是在传说中评论而已了。光端机有了这样的出场,必然会披挂上时代的装束。比如,当时的光端机多是多模产品,采用ST活动连接器,多为模拟传输产品,而所有这些特征正代表着当时光纤传输技术的一种典型应用的水平。后来,特别是到了二十世纪九十年代,光纤传输在电信领域得到了广泛的应用,有力地促进了光纤通信的迅猛发展。在目前的电信行业,单模光纤基本上取代了多模光纤,发光源及接收器的发展则表现在小型、节能、高速和高灵敏等方面,光无源器件则从原来单一的光纤连接器(分固定连接器和活动连接器)迅速发展成一个大家族,有耦合器、准直器、WDM、CWDM、DWDM、环形器、隔离器、色散补偿器、光开关等,关注的指标也不仅仅是光的衰减,而是还有回波损耗、光波长、光色散、光特性与光偏振的相关性等,就是在传输方式上也基本上放弃了模拟传输(除光纤CATV是为了与以前的系统兼容外),而全部采用了数字传输方式。但是,回顾光端机在安防领域的发展,情况就大不一样了。到上个世纪末,应用于安防领域的光端机基本上没有变化,有的也只是小型化或功能强化(将原来需要几套光端机才能实现的功能由一套光端机来完成)。直到最近几年,光纤数字传输技术才开始进入到安防领域。 一提到光端机,可能就会让人想起传输距离远、保密性强、抗干扰能力强、传输性能好、容量大等优点,当然也不会忘记价格高这个特点。不管光端机有什么优缺点,它在系统中其实就是充当一段线缆。比如,将远端的视频信号传送到中心,而将中心的控制信号传送到远端等。可正是光端机这种看似简单的用途和其历史形成的掩盖其庐山真面目的神秘面纱,致使人们在选择和使用光端机时常遇到一些实际上可以避免的困难。为了使光端机得到更好更广泛的应用,这里就这些方面谈一下本人对光端机的一些粗浅认识。


模拟光端机与数字光端机:

模拟光端机是将要传输的信号进行幅度、频率或相位调制,根据调制方式的不同分别称为调幅、调频、调相光端机,然后将调制好的电信号转换成光信号。在接收端将光信号还原成电信号,再把这信号进行解调,还原出图像、语音或数据信号。也就是将视频、音频、数据的幅度对一高频载波信号进行调制,使高频载波信号的幅度随视频、音频、数据的幅度变化而变化。数字光端机是将所要传输的图像、语音以及数据信号进行数字化处理,再将这些数字信号进行复用处理,使多路低速的数字信号转换成一路高速信号,并将这一信号转换成光信号。在接收端将光信号还原成电信号,还原的高速信号分解出原来的多路低速信号,最后再将这些数据信号还原成图像、语音以及数据信号。如1Vp-p幅度范围的幅度信号利用12bit/s的数字信号来表示,1V等分成4096,因此模数转换后引起的最大电压幅度误差为1/4096V(约25mV),此误差电压称为量化误差电压,各种幅度的电压数值从0V、1/4096V、2/4096V…最大1V分别对应的数字编码为000000000000、000000000010…111111111111。数字编码信号直接控制光头发射的光信号的强、弱两种状态(对应0或1),接收光端机再将数字编码进行数字-模拟转换,恢复成原始的基带的视频、音频、数据信号。



模拟光端机由于要进行调幅:

模拟光端机由于要进行调幅、调频、调相,所以模拟信号的幅度的变化与载波信号因调制而引起的幅度、频率、相位的变化是否为一一对应的线性关系成为模拟光端机质量好坏的关键,到目前为止,很难做到真正线性调制,非线性必然引起信号失真;同时调制好的载波信号还要调制光信号,光信号的非线性也是一个非常重要的因素,而光器件的非线性与环境温度变化、工作电压的稳定性、光发射功率有很大的影响,因此光器件在生产时需进行7~10天的热循环老化等等工艺筛选、老化、测试也只能将这种变换控制在一定的范围;光信号在光纤中长距离传输,会引起光信号的功率衰减,传输频率漂移、相位失真,光信号色散效应同样也会引起光信号畸变;光信号到达接收端,接收光器件仍然要引起非线性失真,由光电转换后的模拟信号进入解调,解调与调制一样会产生非线性畸变。所以模拟光端机,从输入信号调制-电光转换-光传输-光电转换-解调这5个过程,都会引起非线形失真,而这些信号畸变失真是固有的所以是不可消除的,所以模拟光端机传输视频图象、音频质量、数据的效果很难达到很满意的效果。数字式光端机仅只有模数转换的量化误差(如1V视频信号12bit/s时仅为2mV),不足以引起信号畸变。

选用基于哪种技术的光端机:

从发送到光纤上的信号来分,目前的光端机可分为基于模拟技术的光端机和基于数字技术的光端机,前者简称模拟光端机,后者则简称数字光端机。模拟光端机可谓是历史悠久了,从各方面对其进行论述的文章也不少了,其工作原理不外乎调制解调、滤波和信号混合等。不论是LED还是LD,其光电调制特性都不是线性的,如光纤CATV的发射机中就采用了十分复杂的预失真补偿电路,这个电路几乎要占到发射机成本的一半,目的就是要补偿LD的非线性,从而尽量少产生高次频率成份,避免或减少频道间的干扰。从实际工程中也可以看到,只传输1路视频信号的模拟光端机是能够传输到较远的距离且获得比较好的信号质量,但如果是传输多路视频信号的模拟光端机,其传输距离和信号质量都有较大幅度的下降。是否可以用背靠背中继的方式延长传输距离呢?由于模拟光端机采用的是模拟的传输方式,不可能在中继的位置对前面已引入的噪声进行抑制。结果是若两套同类型的光端机进行这种中继,则信噪比会下降3dB。数字光端机的情况就不同了。用数字光端机进行传输,光纤中只有“有光”和“无光”两种状态,因而对光源的线性要求不高或几乎没有要求,而只是要求其开关速度。目前最普通的激光器的开关速度也能达到千兆/秒的量级。当光纤传输的速率增高时,接收端的接收灵敏度会下降,这会影响多通道光端机的传输性能。然而,数字光端机是可以进行再生中继的。所谓再生中继,就是在中继点将信号完全还原出来,几乎不产生任何失真,然后再以同样的方式向下传输。由于光纤中只有“有光”和“没光”两种状态,只要不等到接收到的光功率已超出接收灵敏度的范围,要将信号检测且正确恢复出来是可以理解的。这不难从电话通信中得到证实。由于目前的电话网干线传输全部采用了数字传输和数字再生中继技术,不论是在地球的哪两个地方,只要是用有线电话进行通话,话音的质量几乎与市话的相同,有时甚至还会好一些,只是距离越远会引入越长的延时。


光端机辅助功能的选择:

现在,光端机除提供视频信号的传输通道外,还能提供丰富的其它信号传输通道,如音频信号、异步数据信号、以太网信号、开关量信号和普通电话信号等。这些信号都可以用电缆直接连接,只是通过光端机连接能传输更远的距离且减少电缆数量,这时光端机在形式上就成了电缆的简单替代。大多数情况确实如此。如一个简单的RS485或RS422的反向控制信号、一个点对点的双向音频信号、一个三线制的用于上位计算机与电子警察连接的RS232信号等,都能通过光端机简单替代电缆实现连接。可是另一些情况就不同了,如普通电话信号中就有-48V的馈电、一些对讲系统除提供供电外,还增加了控制信号。并且有的信号接口形式上看与光端机的类似,实际却不同,如单工RS485和半双工RS485等,这些信号通过电缆直接连接时,系统能正常工作,但如果用光端机的普通功能接口连接,系统就无法正常工作了,这时常常会认为是光端机的接口工作不正常,其实却不然。
因此,在选择配置光端机的辅助功能前先要详细了解系统的连接及各个将要与光端机连接的端口的接口类型、有无通信协议、是单向还是双向、除明确知道的功能外此端口还提不提供如供电等其它功能。要准确的了解这些信息要求对所使用的设备性能有相当充分的掌握。如很多人在选用光端机时提出需要一个数据通道用于传输“曼码”,可是“曼码”只是一种数据格式,或者说是码形,并不能说明所需要的数据接口的类型、传输速率等参数。另外,“曼码”在安防行业内也不是一种标准码,目前AD、PELCO、三星等公司的产品都能提供用“曼码”控制的设备,但这些“曼码”却并不相同。当然,有的光端机厂家明确标示其接口支持特定公司的产品则例外。明确了所需的辅助功能,还要确定选用模拟光端机还是数字光端机,这时基本上可以根据视频通道数及辅助功能的多寡来定,当视频通道数多于2个或辅助功能多于2个或相同辅助功能的通道数多于4个,则最好选用数字光端机,否则也可以用模拟光端机。
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