安防系统信号的光缆传输方式

2007-06-21 00:00:00 责任编辑: boxer8888 收藏本文

    安防通信网络是一个技术复杂、规模庞大的系统，网络信号传输系统便是为了适应这一需要而发展起来的一项专门技术。在安防通信网络中，网络信号传输方式的确定，主要是根据传输距离的远近，监控点的多少和其他相关方面的要求而确定。当前网络信号传输系统已在下列各个领域取得了瞩目的成就：
    从常规情况来说，当监控点的位置与监控中心的距离在几百米内时，多采用视频基带传送方式；当摄像机的位置与监控中心的距离较远时，可采用射频有线传输或光纤传输方式；当距离更远若不需要标准动态实时图像时，也可应用窄带电视用电话线路传输。
    而用光缆代替同轴电缆实施视频信号的传输，给视频监控系统提供了高质量、远距离的有利条件，其传输特性和多功能是其他传输方式所无法比拟的。先进的传输手段、稳定的性能、完美良好的可靠性与多功能的信息交换网络为以后的信息高速公路奠定了良好的基础。以下将详细介绍光缆传输系统的方式、光缆结构和相关在应用上的技术要点。
光缆传输系统
    一、光缆传输的形式
    （1）调频（FM）式光缆传输
    调频（FM）式光缆传输可传输多频道高质量信号，传输距离远。如RF?00型光缆传输系统，一根光纤可传输16路视频信号，传输距离达40公里。
    （2）数字光缆传输
    这种系统无中继噪声积累、无任何交互调失真，在长距离传输时有很好的图像质量。但一根光纤只能传输6～8路视频信号。
    （3）多路调幅（AM）光缆传输
    它是一种残留边带调幅光缆传输系统（VSB- AM）。目前，常规的光纤可传输40个频道。它的优点是性能/价格比高，所以发展很快。目前已广泛地应用于有线电视系统中。同样也是视频监控系统中一种很好的传输模式。
    二、光缆的结构
    光缆的断面结构由石英纤芯、石英包层和尼龙覆盖层组成。纤芯与包层的光折射率不同。光几乎是在纤芯和包层界面相平行的角度射入，经过界面的全反射，沿纤芯传播。虽经多次反射，但光的损失却很少。衡量光纤的重要技术性能指标有损耗和带宽特性。石英材料的光吸收率很低，常规都低于1db/km，而制造低损耗光纤是发展光缆传输系统的关键之一。
    三、光源与光调制
    用于光缆的光源，目前以发光二极管（LED）和激光二极管（LD）为主。发光二极管是将电信号转换成光信号的器件。它具有电流棗光输出特性线性良好和寿命长的优点，由于器件本身制造和使用都十分方便。完全可以满足光缆传输光源的实用要求。它的输出功率为数毫瓦，而频响可达到100MHz。
    激光二极管由于其结构的平行，侧面沿晶体的天然晶面（解理面）被抛光，在正向偏置下，注入电流超过阀值后就从一个侧面发射具有相干性的激光。激光二极管的输出功率可达5～10 Mw，平均寿命可达数十年，响应速度为GHz数量级，所以在系统中得到了广泛的应用。
    发光二极管和激光二极管均可用激励源直接进行强度调制（IM），使光载波的强度随着模拟信号连续变化。
    四、光接收
    接收光缆传输的信号分外差检测和直接检测两大类，所谓外差检测是将光信号与机内的激光混频，取出差频信号经过放大器放大，再解调后恢复其原始信号。这种方式在当前还缺乏实用化技术，在应用上有一定的困难。而直接检测是用检光器件把光信号转换成电信号，进而解出原始信号。这种方式目前已广泛应用于光缆传输的接收系统中。当前广泛应用的光接收器件即PIN光电二极管。
    五、光缆干线传输的工作原理
    VSB-AM光缆传输系统（调幅-残留边带模式）在当前是一种发展成熟，广泛应用的系统。
    光缆传输系统主要由光发射机、传输光缆和光接收机组成。光发射机的核心器件是激光二极管D，由前端来的射频信号对激光二极管的发光强度直接进行调制。目前AM光发射机常规采用分布反馈式桪FB激光器。它是一种单模工作激光器，具有良好的噪声性能、线性和相调性能，能用多频道AM组合信号直接进行调制。AM光缆传输系统中均使用单模光纤做传输媒介，其传输损耗非常小。光接收机一般用光电二极管（PIND）作为光电转换器件，它有较好的灵敏度和较高的接收电平，输入光功率范围在0dBmV～10 dBmV之间。整个AM光缆干线传输系统的带宽可做到1GHz。
    光缆传输系统的特点
    一、传输距离长
    目前单模光纤在波长1.31um或1.55um时为光速的低损耗窗口，每公里衰减可以做到0.2～0.4dB以下，是每公里同轴电缆损耗的1%。所以，模拟光纤多路电视传输系统可实现20Km无中断传输，这个距离完全能满足超远距离的视频监控系统。同轴电缆因为衰减大，用它组成的传输网，常规距离达到500m后必须配置一个干线放大器，即每公里需要增加1到2个线放大器。所以，一般需要远程供电，这无疑增加了系统的复杂性和降低了系统的可靠性。由于干线传输中最多可串接20多个放大器，所以电缆系统最长只能传输10Km左右的距离，如若电缆长度再增加，则中继放大器的噪声和失真会产生累加现象，使传输信号达不到规定的标准。
    二、传输容量大
    当前，国外最先进的多路光纤视频传输系统的频率范围已从40MHz～550 MHz扩展到40MHz～862 MHz。通过一根光纤可传输几十路以上的视频信号。若采用多芯光缆，则容量成倍增长。所以，仅仅应用几根光纤就完全可以满足相当长时间内对传输容量的要求。目前先进的光端机设备，一芯单模可传输几十路以上的视频信号。
    三、传输质量高
    因光纤传输不象同轴电缆那样需要很多的中继放大器，所以没有噪声和非线性失真的迭加。另外，由于光频噪声与光纤传输系统的非线性失真很小，使得光纤多路视频传输系统的传输信号载噪比、交调、互调等性能指标都较高。加上光纤系统的抗干扰性能强，基本上不受外界温度变化的影响，从而保证了传输信号的高质量。
    四、保密性能好
    因为光纤视频传输系统的保密性好，传输信号不容易窃取，所以适用于保密系统使用。另一方面，光纤传输不受电磁干扰，特别适宜于有强电磁干扰和电磁辐射的环境中。
    五、安装敷设方便
    由于光缆具有细而轻、拐弯半径小、抗腐蚀、不怕潮、温度系数小、不怕雷击等优点，所以给光缆的敷设工程带来了很大的方便。
    六、不足之处
    光缆视频传输系统虽然具有上述诸多优点，但也存在一些特殊的问题：为了普及应用光缆的传输技术，则首先应该降低光缆及光端机的成本；其次是合理有效地解决光缆的接口技术和器件：如光合波器、光分波器、电子式光开关、光衰减器及光隔离器以及开发设计制造优良的光接头处理手段。再有，为建立全新的光缆视频传输系统，对相关光源的获取、光信号多路传输、光信号直接放大、光信号外差式接收及光缆分支等技术的研究还需进一步提高。
    综上所述，应用光缆作干线传输的系统容量大、能双向传输、系统指标好、安全可靠性高。其不足之处是建网的价格较高，施工的技术难度大。但是它能适应长距离的大系统干线使用。
    后语
    在视频监控系统中，视频信号的传输，主要指的是从前端摄像机至监控系统中心的信号传输。视频信号在传输系统中的流向是从从前端摄像机指向控制中心，而不象有线电视网络那样视频信号由有线电视台流向各电视机终端。所以说视频监控系统图像信号的流向恰好与有线电视网络的视频信号的流向相反，因此，也就导致了视频监控系统在视频信号的传输上有许多特殊性而与有线电视网不同或不完全相似。所以，我们就有必要专门讨论和研究它的信号传输方式。
    在视频监控系统中，传输方式主要是根据传输距离的远近，摄像机的多少及其他相关要求来确定。而应用光缆作干线传输技术是近年来发展最为迅速的一项新型技术，涉及的课题诸多，本文从常规的应用角度介绍了一些相关的知识，以飨读者，文中若有不妥之处，敬请读者批评指正。