交通监控中的光通信

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交通监控中的光通信 [复制链接]

[摘要]本文介绍了交通监控系统中经常用到的图像光通信方面的一些基本知识和目前的光传输设备应用情况，希望能引起交通监控领域中各位同仁的共同关注和广泛推广，以提高我国交通智能化水平。

    随着监控系统应用的日益广泛，频带宽、距离长、信号质量高成了市场越来越迫切且必须的要求，而以往的有线电缆和无线微波传输方式由于其本身的特性难于满足此需求，光纤作为新型的信号传输媒质，越来越受到业主的普遍欢迎，光纤通信已经成为监控领域特别是高质量远程图象监控领域的新宠，将会把诸如公共交通、高速公路、铁路、学校、银行、电信、智能楼宇等社会许多行业的电视监控带入全新的智能集成阶段，从而提高我国的综合国力，加速我国的现代化进程。为此，在这里对交通监控中的光通信做一下简要介绍。

    一般的信号传输过程包括信源、信道、信宿，光信号传输过程只不过多一些变换，为：电信号源、电光转换、光纤光缆、光电转换。光通信主要用到的器件和设备有：光纤光缆是传输媒质；光收发端机为光电信号相互转换设备；光无源器件是光链路中媒质与媒质、设备与设备、媒质与设备之间互连的关节和纽带。

一、光纤光缆

    光纤之所以能用于通信，是利用光的全反射原理。

    光纤的主要材料是高纯硅，经过特殊的拉制工艺成形，纤芯非常细，一般为50μm/125μm（多模）,62.5μm/125μm（多模）和9μm/125μm（单模）三种类型。多根光纤经过成缆工艺被做成光缆。所谓的单模和多模是指光在纤芯中的传输模式，是光纤的固有特性。最早制造并得到应用的是多模光纤光缆，它损耗高，一般为4dB/Km左右，而对应的多模光源的出光功率和探测器的灵敏度由于本身的固有特性受到限制，因此主要适用于不超过5 Km的短距离光传输系统；现今产量最大、应用最广的是单模光纤光缆，通信主要用它的2个低损耗光波长窗口：1310nm和1550nm，在1310nm窗口损耗一般为0.4dB/Km左右，在1550nm窗口损耗一般为0.3dB/Km左右。国内生产的单模光缆大多是从美国和英国进口纤芯后加工成缆的，因此成缆的技术水平、配料的选取及过程的严格控制把关直接关系到光缆的传输指标和价格。



二、光缆的接续

    熔接是长途光缆的主要接续手段。光纤在成缆过程中是分盘封装，一般一盘光缆距离为2km到3km左右，如果实际距离大于此数目，则需要把多盘光缆接续，这就需要专门的光纤熔接机。国内现正被广泛使用的较好的光纤熔接机大部分是日本制造，它主要分两种：单芯熔接和多芯同时熔接，一般中心束管式和层绞式采用单芯熔接，扁平缆采用多芯同时熔接。单芯熔接机价格为10多万人民币，而多芯同时熔接的设备昂贵得多。因为光纤熔接机里的昂贵关键器件有使用次数寿命的问题, 所以熔接光纤需要考虑此部分费用, 具体按照每熔接一根纤芯50元至100元人民币收取。光纤熔接处加有带钢丝的套管起保护加强作用，整个接头必须安装或粘贴在光缆接头盒或终端盒里 。

    光缆接头盒一般用于室外，内部空间比较小，可以放一些光无源器件如光分支器，而终端盒只能放在室内，根据实际需要选用不同尺寸大小的终端盒。在光缆铺设过程中需要注意的是，每隔50m到100m距离需要留有微弯以防光缆热胀冷缩，光缆接头处需要留有较多的光缆余量。一般情况下，光缆可选管道、架空和直埋三种。三种光缆之间的差别是加强筋和金属防护不一样。如果是架空光缆，就需要有挂光缆的钢绞线，当然可以共用已有的电话线路、电力线路或有线电视线路上的承重线。

三、光无源器件

    光跳线是根据实际调试和工程需要而做的短距离连接设备和器件的缆线。它一般由光接头和短距离尾纤组成, 距离有几种规格: 1m，2m，3m, 5m, 10m, 20m, 也可定做长度几十米。光跳线价格主要由光接头来决定, 因为光跳线的传输性能指标主要由光接头的性能指标决定。光跳线按接头结构和端面可分为: ST/PC, FC/PC, ST/APC, FC/APC, SC /APC, ST/UPC， FC/UPC, SC/UPC等。图像监控中用得最多的光跳线是ST/PC, FC/PC和FC/APC，第一种ST/PC主要和进口图像监控光端机配套，FC/PC现在国内通信中用的很频繁，量是最大的，而FC/APC主要用于光纤CATV工程中。

    光适配器用来连接同类跳线，它也可叫光法兰盘，分方形和圆形两种。

    光衰减器是一种光功率衰减器，按性能可分为固定和可变两种，按应用场合可分为台式和迷你型两种。工程中主要用的是迷你型衰减器。

    光分路器是对信号光功率按需要的功率分配比来做成的光无源器件，它可以一分二、一分三、一分四直到一分十六，不过最好分支不要太多，以一分六、一分七为界线，如果太多，则分光比不能保证很准确，这样会影响指标和图像质量。光分路器是光耦合器的特例，前者是一路入多路出，而后者是多路入多路出。

    光波分复用器又叫WDM器件，按功能分普通型和密集型两种。前者是只有两个波长的分复用器件，通常为1310nm/1550nm复用，可以成倍增加传输的信号数，提高线缆的利用率，免去为信号数目扩容而重新铺设线路的投资，且经广泛应用证明：此类器件价格便宜，性能稳定，市场用量非常大。而后者是在1550nm窗口上每隔一定的波长（如：10nm或20nm）作为一个光载波来独立传输信号，可以做到8波长、16波长甚至更多波长复用，这样在一根光纤里可以传输的信号就是原来能传输信号的8倍、16倍甚至更多，虽然现在价格非常昂贵，但其市场潜力巨大，应用前景非常广阔。

    光功率计主要用来检测光信号的功率，它是光通信工程中必不可少的光仪表。它的检测波长一般有三个：850nm ，1310nm，1550nm。每个光功率计都有自己的检测范围，一般通信中用到的光功率计检测范围是-40dB----0dB，而CATV专用光功率计的检测范围是-40dB----+20dB。

    防水尾缆是针对室外设备而做的，在光纤CATV工程中用的很普遍。

    EDFA光放大器又名掺铒光纤放大器，在长途光通信中，它主要是直接对光信号进行放大，不需经过光/电、电/光变换，因此引入的噪声小，信号畸变也小。EDFA光放大器主要是对1550nm波长的光信号进行放大，现在也有对1310nm波长的光信号进行放大的光放，为掺镱光纤放大器，但其价格非常昂贵，整个工程比较起来采用1550nm波长的设备更经济合理，且指标更好。EDFA光放大器输入光功率范围为0dB----+7dB，一般取+4 dB，输入光功率与系统的载噪比有直接关系，输出按光功率+13dB----+22dB，输出功率大小的具体选用需计算整个系统的损耗。

四、光收发端机

    光收发端机简称光端机，它是整个光通信得以实现的前提，因为如果没有光和电之间的转换，光通信就无从谈起。监控中用的光端机和电信中用的光端机就传输的业务来说稍有差异：前者主要传输模拟图像、语音和数字控制信号，而后者主要传输电话和数据，这里我们主要讨论监控用光端机。

让我们先从模拟光端机谈起。

1．单路视频

    在一根光纤里传输单路视频或数据或音频，无中继传输距离可从几百米到100km以上。主要光端机类型如下：

    单路视频(V)：此类光端机技术成熟，性能稳定，国产品完全可以满足要求；

    单路数据(D)：数据有多种格式，如RS232，RS422，全双工RS485，  半双工RS485，manchester码等等，可以选用国产产品；

    单路视频(V)+单路反向数据(RD)：反向数据主要用来传PTZ控制信号；

    单路视频(V)+单路双向数据(BD)：可以做低速率的双向数据通信；

    单路视频(V)+多路双向数据(D)+双向音频(A)：除了图像和控制数据通信外还能听到对方声音，可以是电话质量音频，也可以是立体声音频。

2．多路视频

    交通监控中用到的多路视频光端机比较普遍，视频路数大多为2、4、8，不过价格相对单路视频高些，此类设备目前进口比较多，国产也有，但性能比进口设备差些，大多采用FM调制或WDM技术。此类光端机有的型号的设备也可带数据通道，用来传控制信号或联网信号。

     

3．光纤CATV设备（OT， OR）

    模拟光纤CATV设备包括光发射机(OT)和光接收机(OR)，现在国际上普遍采用的调制方式有两种：VSB-AM-IM直接调制和晶体外调制技术，前者对应1310nm波长的设备，后者对应1550nm波长的设备。1310光发射机按出光功率一般划分为六个规格：4mw，6mw，8mw，10mw，12mw，16mw，对应的dB数分别是：7dBmw，8dBmw，9dBmw，10dBmw，11dBmw，12dBmw。1550光发射机出光功率为5dBmw左右，一般需配合光纤放大器EDFA来使用，这样传输距离可达120Km以上。1310和1550光接收机是一样的，因为光探测器的波长响应范围比较宽，为1290nm至1600nm。光接收机分室内型和室外型两种。模拟光纤CATV系统的传输频道数为60个，如果监控中图像比较集中，且有16路以上，则采用此设备会在很大程度上降低光传输系统造价，不过需要配备大量调制解调器，而且图象传输质量有一定局限。



数字图像光端机

1．数字非压缩

    高速公路收费站一般需要4到8路视频，而一条上百km高速公路上可能有许多这样的收费站，往往是光缆预留芯数有限，此时就要用到多路数字视频光端机甚至电插分光端机或者粗波分复用光端机，但考虑价格因素和实时性要求，非压缩方式比下面谈到的数字压缩方式来的经济实用。此类设备目前国内已有少数光设备厂家生产销售，并且已经在实际交通监控工程中得到非常广泛的应用，市场行情很好。



2．数字压缩

    曾经在很长一段时间，数字图像压缩编解码技术风靡世界，现在仍是图像处理领域的最热点，各种新的压缩技术不断涌现，而且随着国际互联网INTERNET和局域网INTRANET的日益流行和空前发展，在互联网上的图像业务将有旺盛的生命力。总的来看，数字压缩图像的传输平台主要有公用网PSTN、综合业务数字网ISDN、同步数字系列SDH、异步转移模式ATM、INTERNET和ADSL等，为了适应相应的传输平台，利用合适的压缩技术把图像压缩到64K、384K、2M、8M、15M、34M，监控中用的较多的384K、2M和8M的传输设备，此类设备大部分都实现了国产化。

五、 小结

    以上相关产品国产化已经很普遍，希望能够起到抛砖引玉的作用，让我们共同努力加快交通监控技术及应用的高速发展进程，进一步提高我国的社会综合实力。

zidane

讲得非常好

xdeusajp

谢谢分享