光纤监控系统

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1、监控系统中的信号有三类：图像、音频、数据，如何将这 三种信号置于有效的控制之下要考虑的因素之一是传输问题。在光纤应用之前，铜缆因为费用低廉而被大量采用（但在 远距离传输上采用光纤传输的成本要低于采用铜缆传输），但是 铜缆传输越来越暴露其缺点，传输距离短直线超出（300/500米 的距离）图像变形干扰纹加大，保密性差，容易受到电磁干扰， 维护费用高等等。光纤出现之后，光纤通讯的应用得到迅猛发展，已经成为 远距离/近距离传输（超过 300/500 米的距离）的首选。光纤监控系统的传输中，按传送信号的模式大致可分为两种 方式：其一是模拟光纤传输，其二是数字光纤传输。目前，数字 光纤传输因为其成熟的技

2、术保证而得到广泛的应用。通常采用的 数字光纤传输，大致可分为以下几类：VIDEO、DATA、AUDIO、 VIDEO+DATA、 VIDEO+AUDIO、 VIDEO+DATA+AUDIO 等。在本篇中主要讨论数字光纤传输的技术、工艺、设备类型、 视频信号的几个重要参数名词解释、测试问题以及设计方案（选 用设备）要考虑的安全、有效的维护保证和成本等因素。一、光纤传输设备的技术和工艺（1）数字光端机所采用的技术有两种：FM和AM。早期各大公司 的光纤传输设备大多采用AM技术，而随着时间的推移，FM技术已经成为市场的主流，下表将AM与FM的特点作以定性比较：AM FM系统允许光衰减 小 较大视频信

3、号传输带宽 小 大传输信噪比（S/N）低高对光源线形的要求 高 低抗干扰性 差 好由上表比较可知，FM技术较AM技术更为可靠：抗干扰能 力强，保真度高，在线形良好的介质中传输，对非线形失真的要 求不高，可大幅度提高光接收机的灵敏度。（2）早期的光纤传输设备所采用的焊接工艺为插件式，插件焊 接工艺有其先天不足的一面，如板间电磁干扰大，设备功耗大， 产品体积大等等，这样就对传输系统造成了一定的影响，由于板 间电磁干扰较大，系统引入的噪声也较大，从而影响到系统的信 噪比和系统的视频指标；现在的产品大多采用 SMT 工艺，降低了 系统的电磁噪声影响，可以更好的体现设计意图。二、光纤传输设备的类型光纤传

4、输设备传输方式可简单的分成：多模光纤传输设备和单模 光纤传输设备。（1）多模光纤传输设备所采用的光器件是LED，通常按波长可分为850nm和1300nm两个波长，按输出功率可分为普通LED和 增强LEDELED。多模光纤传输所用的光纤，有62.5mm和50mm两种。不同波长的光在多模光纤上的传输特性如下：62.5mm 50mm工作波长 带宽 衰减 带宽 衰减850nm 160MHz.km 2.7-3.8dB/km 400MHz.km2.3-3.0dB/km1300nm 400MHz.km 0.6-0.8dB/km 400MHz.km 0.5-0.7dB/km 由上表可见，在多模光纤上传输决定传

5、输距离的主要因素是光纤的带宽和LED的工作波长，例如，如果采用工作波长1300nm的 LED和50微米的光纤，其传输带宽是400MHz.km，链路衰减为 0.7dB/km，如果基带传输频率F为150MHz,对于出纤功率为 -18dBm，接收灵敏度为-25 dBm的光纤传输系统，其最大链路损 耗为7 dB，则可计算：ST连接器损耗：2dB (两个ST连接器)光学损耗裕量： 2 dB则理论传输距离：L=( 7 dB-2 dB-2 dB) /0.7dB/km=4.2 kmL 为传输距离，而根据光纤的带宽计算：L=B/F=400MHz.km/150MHz=2.6km其中 B 为光纤带宽， F 为基带传

6、输频率，那么实际传输测试时，L2.6km，由此可见，决定传输距离的主 要因素是多模光纤的带宽。(2) 单模传输设备所采用的光器件是LD,通常按波长可分为 850nm和1300nm两个波长，按输出功率可分为普通LD、高功率 LD、DFB-LD (分布反馈光器件)。单模光纤传输所用的光纤最普 遍的是G.652，其线径为9微米。不同波长的光在G.652光纤上 传输特性见下表工作波长 衰减 色散1310nm W0.34dB/km W3.5ps/(nm.km)1550nm W0.22 dB/km W20 ps/(nm.km)由上表可知，1310nm波长的光在G.652光纤上传输时，决 定其传输距离限制的

7、是衰减因数；因为在1310nm波长下，光纤 的材料色散与结构色散相互抵消总的色散为0,在1310nm波长 上有微小振幅的光信号能够实现宽频带传输。1550nm波长的光在G.652光纤上传输时衰减因数很小，单 纯从衰减因数考虑，1550nm波长的光在相同的光功率下传输的 距离大于1310nm波长的光下的传输的距离，但是实际情况并非 如此，单模光纤带宽B与色散因数D的关系为： B=132.5/(Dl*D*L) GHz其中L为光纤的长度，Dl为谱线宽度，对于1550nm波长 的光，其色散因数如表3为20 ps/(nm.km)，假设其光谱宽度等 于1nm，传输距离为L=50公里，则有：B=132.5/

8、(D*L) GHz=132.5MHz也就是说，对于数字波形，采用1550nm波长的光，当传输 距离为50公里时，传输带宽已经小于132.5 MHz,如果基带传 输频率F为150MHz,那么传输距离已经小于50km，况且实际应 用中，光源的谱线宽度往往大于 1nm。从上式可以看出， 1550nm 波长的光在 G.652 光纤上传输时决定 其传输距离限制的主要是色散因数。三、视频信号的DG（微分增益），DP （微分相位），S/N （信 噪比）DG（微分增益）：在PAL制电视信号中，彩色信号是调制在频率为 4.43MHz 的色副载波上，而色副载波又是迭加在亮度信号上的， 色副载波的幅度决定彩色信号的

9、饱和度。视频信号的DG失真是 指系统的增益特性随输入信号的电平而变化。通俗的说，由于亮 度消隐电平变到白电平时，在视频通道输出端产生色度信号幅度 的变化，这样，在亮的部分和暗的部分，其彩色饱和度，色调（尤 其是饱和度）均有不同的变化。DP （微分相位）：在PAL制电视信号中，彩色信号是调制 在频率为 4.43MHz 的色副载波上，而色副载波又是迭加在亮度信 号上的，色副载波的相位决定彩色信号的色调。视频信号的 DG 失真是指上系统的相移特性随输入视频信号而变化。传输线路上 的相移量随不同亮度电平而变化，则色同步和色副载波之间相移 就起变化，于是画面亮的部分和暗的部分的色调就不同S/N （信噪比

10、）：在电视信号传输中，常用信号功率的峰峰值和 噪声的有效值之比表示其值。四、光纤传输设备的视频指标检测及常用仪器（1）工业监控中，由于数字调频信号的解调噪声谱呈三角形状， 随着基带频率的增高，解调噪声也越来越大，随着 S/N 的下降， 图象质量也不断下降，表现在监视器画面上为有规则的的细斜纹 图案，飘动状干扰图案，雪花等等。当调制波形是数字信号时，则检波后信号电平随信号频率 的增高而降低，表现为非线形失真，使基波的谐波分量增加，从 而影响到DG（微分增益），DP （微分相位）。DG微分增益不满 足要求。色度信号的幅度在不同的亮度电平上发生了变化，色度 信号的幅度变化导致色饱和度发生变化。这样，

11、在屏幕的亮度发 生变化时，图像的色饱和度也要发生变化，亮电平时的红色在睛 电平时可能变为浅红或深红，造成图像失真。 DP 微分相位不满 足要求。色度信号的相位在不同的亮度电平上发生了变化，色度 信号相位变化导致色彩发生变化。这样，在亮度电平发生变化时， 图像的颜色也要发生变化，造成失真。（ 2） 众所周知光衰减器通常采用空气衰减或偏振片衰减以增加 传输损耗，数字信号光纤传输时，可用 BER 表示其传输质量的好 坏，并且可采用增加光衰减器的方法来测试接收机的灵敏度。但 是多路视频数字信号在光纤中传输时，更多的要考虑噪声影响及 系统的非线形失真（包括光器件和光纤的非线形失真），所以如 果采用添加光

12、衰减器所测试出的光功率只是单纯的功率量，其引 入的系统信号噪声、S/N、系统的非线形失真是无法通过添加光 衰减器的方法数字。最好的方法是采用实际距离的光纤进行检 测。（3）视频方面有反射损耗、介入增益及其稳定度、视频杂波、 视频非线性和视频线性失真五大指标，并以此来反映数字信号的 通道质量。光纤传输方面有光功率、栽噪比、接受灵敏度反映光纤传输质量 有以下几个测试参数：出纤光功率信噪比 微分增益 微分相位 视频信号幅度 视频波形监测及色度相位监测（4）测试仪器： 频谱分析仪 测试信号发生器 矢量示波器 波形监视仪 视频综合测试仪 示波器 光功率计可选用以下仪器方案：（1） Tek 2715 有线

13、电视频谱分析仪；（2）TSG-271PAL 电视测试信号发生器；（3）VM700T 全自动视频综合测试仪；（4）Tek1711B 电视波形监视器（5）Tek1721 矢量示波器（6）TOP-200 光功率计五、设计方案（选用设备）要考虑的安全、有效的维护保证和成 本因素首先，电信上的光纤传输设备中，为维护系统的安全，一 般具备环路系统，以保证可靠传输；闭路电视光纤传输系统中， 基本是点对点传输，一般不具备倒换系统。如果传输所用光纤或 者传输设备出现故障，将影响整个系统的运转。因此，应该尽量 避免采用大容量复用（如64 路、32 路视频/音频设备）的光纤 传输设备，而采用小容量（如8 路，甚至4 路视音频设备）传输 设备以保证系统整体的安全性。另外，从成本方面来讲，虽然采用大容量复用传输达到 节省光纤资源的目的，但其成本远远高于采用小容量光传输方 案。而且随着光纤价格的进一步下调，光传输系统里光纤（缆） 成本所占的比重越来越小。从监控行业的发展趋势来看，光纤数字传输设备是未来发 展的方向。但是，因为技术的因素，在现阶段应用于监控行业的 光纤数字传输设备因其技术成熟、价格低廉、实时无损传输等优点，仍然是一种优秀的传输手段，它必将在近几年内仍得到广泛应用附件（采用缆线和光纤设备费用对比表）