以光速洞察世界

　　数字化时代的信息传递如此高效，一部分得益于光纤通信技术的迅猛发展。光纤这种材料最初诞生只是应用于医疗上的内窥镜。由于当时技术有限，光在光纤中传输衰减非常大，所以当时的研究者并不看好光纤在通信上的应用。之后经过英籍华人高锟博士的潜心研究，并提出大胆假设，又重新燃起了研究者们对于光通信的热情。
　　
　　一、技术背景
　　
　　数字化时代的信息传递如此高效，一部分得益于光纤通信技术的迅猛发展。光纤这种材料最初诞生只是应用于医疗上的内窥镜。由于当时技术有限，光在光纤中传输衰减非常大，所以当时的研究者并不看好光纤在通信上的应用。之后经过英籍华人高锟博士的潜心研究，并提出大胆假设，又重新燃起了研究者们对于光通信的热情。又经过数年的研究，激光器和低损耗光纤都有了重大突破，这才使光通信变为了可能。
　　
　　光纤最初广泛应用于广电行业，而同时期的安防行业还在使用同轴电缆作为主要传输介质。但随着安防行业数字化、高清化的发展，传统的传输介质已经不能满足安防行业对于传输带宽、传输速率、传输距离、保密性等方面的需求，光纤通信技术就被顺理成章的引入了安防行业，并很快发展起来。目前光传输是视频监控远距离传输解决方案的核心技术。作为整个传输方案的核心，高性能的光端机设备也成为海康威视等安防厂家的研发重点，在整个安防监控系统中占有举足轻重的地位。
　　
　　二、光端机的分类
　　
　　根据对输入信号处理方式的不同，光端机可分为模拟光端机和数字光端机。
　　
　　(一)模拟光端机
　　
　　模拟光端机将模拟信号进行PFM调制后再进行电-光转换，在接收端进行光-电转换，再通过PFM解调将视频信号还原。此方式具有较高的信噪比和较小的非线性失真，使信号轻易就能传输几十公里，但是单根光纤传输的信号路数有限。
　　
　　(二)数字光端机
　　
　　数字光端机将输入的模拟信号进行模数转换，因此在光纤中传输的是数字信号，数字信号直接控制光头发射信号的强弱(即信号强用数字1表示，信号弱用数字0表示)，在接收端进行一次数模转换，恢复成原始的视音频信号。数字信号相比于模拟信号有较低的误码率，能保证视频信号无失真的还原，并且多路信号可以在一条路光纤中互不干扰的传输，使一路光纤的复用效率大大提高，可实现一路光纤传输数十路甚至上百路图像。正如在摄像机领域数字取代模拟一样，光端机的世界里数字光端机也必将取代模拟光端机成为主流，本文以介绍数字光端机为主。数字光端机又分为数字视频光端机与以太网光端机即网络光端机。
　　
　　1.数字视频光端机
　　
　　数字视频光端机可传输无压缩的视频信号，如HD-SDI信号，解决了在传统传输方式下传输带宽问题，使得实时传输无压缩的高清视频信号成为可能，大大提高了实时监控时的画面质量。特定型号的数字视频光端机在传输视频信号的同时还可传输485控制信号、音频信号等。根据适用场景不同，数字视频光端机可分为点对点式光端机、节点式光端机、汇聚式光端机、粗波分复用光端机和综合业务视频光端机。
　　
　　(1)点对点式光端机
　　
　　一条光纤只能有一个发送端和一个接收端，发送端与接收端成对出现(如图1)。因此有几个发送端就需要几条光纤，并且只能组成星型网络，每个监控点利用各自的光纤线路独立传输，如果输入端数量多了容易造成光纤的浪费，不利于工程上铺设线缆以及对于成本的控制。


　　
　　图1点对点式光端机连接图
　　
　　(2)节点式光端机
　　
　　每个节点式光端机之间通过串联最后传到中心接收端，主要运用信号的复用技术，光信号每过一个节点就进行一次复用，将本节点的信号复用到上一路信号中传递到下个节点(如图2)。因此一条光纤线路上可以存在多个节点，极大程度节省铺设光纤的成本。该类光端机广泛应用于高速公路项目。


　　
　　图2节点式光端机连接图
　　
　　(3)汇聚式光端机
　　
　　前端多路光纤信号通过各自的发送光端机传输到一个汇聚节点，汇聚节点的光端机将多路光纤信号合并为一路光信号传递到中心的汇聚接收光端机(如图3)。这样的传输方式可以将传统的星型拓扑结构转化为树形拓扑结构，较大程度上节省了光纤铺设的成本，并增加了整个网络的灵活性。


　　
　　图3汇聚式光端机连接图
　　
　　(4)粗波分复用光端机
　　
　　粗波分复用光端机利用光复用器将不同波长的光信号复用至单根光纤进行传输，在链路的接收端，借助光解复用器将光纤中的混合信号分解为不同波长的信号，连接到相应的接收设备(如图4)。粗波分复用系统中各个波长之间的间隔较宽，因此对激光发射器的精度要求较低，可节省整个传输系统的成本。


　　
　　图4粗波分复用光端机工作原理
　　
　　(6)综合业务光端机
　　
　　综合业务光端机将数字非压缩技术同TDM以及WDM技术结合，用一根光纤同时传输视频信号、以太网信号、电话信号、语音对讲、双向数据、开关量等信息(如图5)。因为在大型项目以及复杂应用中，单纯的传输视频信号已经不能满足日益扩大的安防监控需求。例如前端是模拟球机的情况下，如果只传输视频信号并不能实现对球机的控制，因此在传输视频信号的同时还要传输485控制信号以实现对球机低延时的控制。在这样的需求下，综合业务光端机就应运而生，满足了整个系统大规模联网的需求。


　　
　　图5综合业务光端机拓扑图
　　
　　2.网络光端机
　　
　　网络光端机可将双绞线中的电信号转换为光信号实现远距离的传输，也可通过光纤级联、组环使用。多用于工厂、交通、轨道、矿山、电站等项目中的网络建设。
　　
　　三、光端机重要参数指标及产品选型
　　
　　(一)数据类型
　　
　　一个大型综合项目中传输的信号非常多样，在选购光端机前首先要清楚前端输入的信号源是什么类型，根据输入源类型不同，如模拟信号、网络信号、高清原始数据等，选择不同类型的光端机进行匹配。
　　
　　(二)光纤类型
　　
　　光端机分单纤传输和双纤传输。用单纤传输时，收发信号在一根光纤中使用不同的波长传输，互不干扰;用双纤传输时，收和发都使用一根独立的光纤传输，两者的波长可以相同。使用单纤传输时由于需要在一根光线中复用两个波长的信号，因此在每个光端机中比双纤传输多一对波分复用器，而双纤传输比单纤传输多使用了一根光纤。光纤根据传输模式不同可分为单模光纤和多模光纤，单模光纤传输距离更远但相比多模光纤成本也更高。在设计方案前需充分考虑实际需求再选择相应的光端机及光纤。
　　
　　(三)波长
　　
　　光端机发送端的发送波长需要与接收端的接收波长相匹配。例如Tx1310nm/Rx1550对Tx1550nm/Rx1310。
　　
　　(四)传输速率
　　
　　光端机传输端的传输速率需要与接收端的速率相匹配。
　　
　　(五)传输距离
　　
　　光端机根据传输距离的不同，在价格上会有区别，实际项目中请根据传输的距离选择适合的光端机产品，常见的传输距离有10公里、20公里、40公里。
　　
　　结语
　　
　　随着大型安防监控项目的实施以及超高清视频监控需求的产生，光纤传输以其保密性好、重量轻、抗干扰能力强、距离远、数据带宽高等特点，必将成为视频监控传输网络建设的核心技术，在电信、电力、公安、军队、公路交通、铁路、海关、大型厂矿、政府机关等项目中得到广泛应用。