光纤监控系统.docx

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光纤监控系统

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：

AMFM

系统允许光衰减小较大

视频信号传输带宽小大

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LED----ELED。

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：

62.5mm50mm

工作波长带宽衰减带宽衰减

850nm160MHz.km2.7---3.8dB/km400MHz.km2.3---3.0dB/km

1300nm400MHz.km0.6---0.8dB/km400MHz.km0.5---0.7dB/km

由上表可见，在多模光纤上传输决定传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-25dBm的光纤传输系统，其最大链路损耗为7dB，则可计算：

ST连接器损耗：

2dB（两个ST连接器）

光学损耗裕量：

2dB

则理论传输距离：

L=（7dB-2dB-2dB）/0.7dB/km=4.2km

L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为基带传输频率，

那么实际传输测试时，L￡

2.6km，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≤0.34dB/km≤3.5ps/（nm.km）

1550nm≤0.22dB/km≤20ps/（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20ps/（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/（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132.5MHz，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）：

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，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）Tek2715有线电视频谱分析仪；

（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）

（注：

可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!

）