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數(shù)字光端機(jī)的原理與應(yīng)用

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　　一、概述
　　
　　當(dāng)今世界，光纖通信已成為通信的主要手段。同時(shí)，光纖通訊技術(shù)也在飛速的發(fā)展，使得光纖傳輸系統(tǒng)以其眾多的優(yōu)點(diǎn)，贏得了大家的青睞。
　　
　　光纖傳輸系統(tǒng)具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：容量大、傳輸距離遠(yuǎn)。光纖理論帶寬可達(dá)20000GHz，無中繼傳輸距離可達(dá)50-80公里。由玻璃制成，抗電磁干擾、傳輸質(zhì)量好，可用于電力網(wǎng)和變電所內(nèi)等強(qiáng)電磁環(huán)境中。光纖重量輕，可以彎曲，易于鋪設(shè)。可節(jié)約貴重金屬，且抗腐蝕能力很強(qiáng)。制作光纖的原料豐富，隨著工藝的進(jìn)步、規(guī)模的擴(kuò)大，其成本進(jìn)一步下降，整個(gè)傳輸系統(tǒng)的成本也低。
　　
　　二、光纖傳輸系統(tǒng)簡(jiǎn)介
　　
　　光纖傳輸即是以光波為載頻，以光導(dǎo)纖維為傳輸介質(zhì)的一種通信方式，因其擁有傳輸頻帶寬、信號(hào)損耗低、抗*力強(qiáng)、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。光纖通信在近二十年來得到了飛速的發(fā)展。
　　
　　1、光纖的結(jié)構(gòu)
　　
　　光纖裸纖一般分為三層：中心高折射率玻璃芯（芯徑一般為50或62.5μm），中間為低折射率硅玻璃包層（直徑一般為125μm），zui外是加強(qiáng)用的樹脂涂層。
　　
　　2、光纖的分類
　　
　　1）按傳輸模式來劃分：
　　
　　單模光纖（Single-mode）
　　
　　單模光纖只傳輸主模，由于*避免了模式色散，使得單模光纖的傳輸頻帶很寬，因而適用于大容量、長(zhǎng)距離的傳輸系統(tǒng)。
　　
　　多模光纖（Multi-mode）
　　
　　多模光纖有多個(gè)模式在光纖中傳輸，由于色散和相差，其傳輸性能較差、頻帶較窄、容量小、距離也較短。
　　
　　2）按折射率分布來劃分：
　　
　　多模光纖可分為：階躍型（突變型）和梯度型（漸變型、自聚焦型）。
　　
　　單模光纖則為階躍型。
　　
　　3、常用光纖規(guī)格
　　
　　單模：8/125μm，9/125μm，10/125μm
　　
　　多模：50/125μm歐洲標(biāo)準(zhǔn)；62.5/125μm美國標(biāo)準(zhǔn)
　　
　　工業(yè)，醫(yī)療和低速網(wǎng)絡(luò)：100/140μm，200/230μm
　　
　　塑料：98/1000μm用于汽車控制。
　　
　　4、光纖的衰減
　　
　　造成光纖衰減的主要因素有：本征，彎曲，擠壓，雜質(zhì)，不均勻和對(duì)接等。
　　
　　本征：是光纖的固有損耗，包括：瑞利散射，固有吸收等。
　　
　　彎曲：光纖彎曲時(shí)部分光纖內(nèi)的光會(huì)因散射而損失掉，造成的損耗。
　　
　　擠壓：光纖受到擠壓時(shí)產(chǎn)生微小的彎曲而造成的損耗。
　　
　　雜質(zhì)：光纖內(nèi)雜質(zhì)吸收和散射在光纖中傳播的光，造成的損失。
　　
　　不均勻：光纖材料的折射率不均勻造成的損耗。
　　
　　對(duì)接：光纖對(duì)接時(shí)產(chǎn)生的損耗，如：不同軸（單模光纖同軸度要求小于0.8μm），端面與軸心不垂直，端面不平，對(duì)接心徑不匹配和熔接質(zhì)量差等。
　　
　　5、光纖傳輸系統(tǒng)原理
　　
　　光傳輸系統(tǒng)由三部分組成：光源（光發(fā)送機(jī)），傳輸介質(zhì)、檢測(cè)器（光接收機(jī)）。
　　
　　按傳輸信號(hào)劃分，可分為數(shù)字傳輸系統(tǒng)和模擬傳輸系統(tǒng)。
　　
　　在模擬傳輸系統(tǒng)中，是把輸入信號(hào)變?yōu)閭鬏斝盘?hào)的振幅（頻率或相位）的連續(xù)變化。光纖的模擬傳輸系統(tǒng)是把光強(qiáng)進(jìn)行模擬調(diào)制，其光源的調(diào)制功率隨調(diào)制信號(hào)的幅度變化而變化。但由于光源的非線性較嚴(yán)重，因此其信噪比、傳輸距離和傳輸頻率都十分有限。
　　
　　數(shù)字傳輸系統(tǒng)是把輸入的信號(hào)變換成“1”，“0”表示的脈沖信號(hào)，并以它作為傳輸信號(hào)。在接受端再把它還原成原來的信息。這樣光源的非線性對(duì)數(shù)字碼流影響很小，再加上數(shù)字通信可以采用一些編碼糾錯(cuò)的方法，且易于實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，因此數(shù)字傳輸系統(tǒng)占有很大的優(yōu)勢(shì)，并在很多地方得到了廣泛的應(yīng)用。
　　
　　三、數(shù)字視頻光傳輸簡(jiǎn)介
　　
　　目前在高速公路、交通、電子*、監(jiān)控、安防、工業(yè)自動(dòng)化、電力、海關(guān)、水利、銀行等領(lǐng)域視頻圖像、音頻、數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)、等光端機(jī)開始普遍大量應(yīng)用。初期主要以模擬調(diào)頻、調(diào)幅、調(diào)相的模擬光端機(jī)為主，但數(shù)字代替模擬是光纖通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。由于數(shù)字光端機(jī)具有傳輸信號(hào)質(zhì)量高，沒有模擬調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)幅光端機(jī)多路信號(hào)同傳時(shí)的交調(diào)干擾嚴(yán)重、容易受環(huán)境影響、傳輸質(zhì)量低劣、長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，因此許多大型重點(diǎn)工程已普遍采用數(shù)字光端機(jī)。
　　
　　人們?cè)缇椭罃?shù)字通信具有許多優(yōu)點(diǎn)，它zui適于長(zhǎng)途通信。由于數(shù)字信號(hào)在傳輸過程中可以不斷地通過整形和判決再生，因此它可以實(shí)現(xiàn)無噪聲積累和無非線性失真的高質(zhì)量長(zhǎng)途傳輸。光纖所具有的極寬傳輸帶寬和極小傳輸損耗，使數(shù)字通信的廣泛應(yīng)用成為可能。數(shù)字視頻光傳輸與傳統(tǒng)的模擬光傳輸相比，具有如下顯著特性：
　　
　　1）可級(jí)聯(lián)，隨距離的增加，SNR信噪比不會(huì)下降。
　　
　　2）由于是數(shù)字傳輸方式，采用數(shù)字編碼糾錯(cuò)方式，具有高穩(wěn)定性和高可靠性。
　　
　　3）多路信號(hào)同傳時(shí)，采用數(shù)字時(shí)分復(fù)用技術(shù)（TMD），不會(huì)產(chǎn)生模擬傳輸時(shí)的交調(diào)失真。
　　
　　4）穩(wěn)定性好，環(huán)境適應(yīng)性高，比模擬傳輸系統(tǒng)易于維護(hù)與調(diào)節(jié)。
　　
　　5）易于實(shí)現(xiàn)大容量傳輸，且性價(jià)比高。
　　
　　6）采用無壓縮編碼，圖像信號(hào)質(zhì)量高，達(dá)廣播級(jí)。
　　
　　STF系列數(shù)字視頻光端機(jī)采用的10位數(shù)字視頻編碼技術(shù)，圖像信號(hào)可達(dá)廣播級(jí)質(zhì)量。視頻格式兼容PAL、NTSC、SECAM制式。可采用獨(dú)立式，插卡式（配插卡機(jī)箱）安裝方式。
　　
　　STF系列數(shù)字視頻光端機(jī)可使用一根光纖同時(shí)傳輸多達(dá)8路視頻（采用CWDM可達(dá)64路）以及多路雙向音頻和多路雙向數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)格式有：RS-232、RS-422、RS-485、Manchester碼。其前面板上有電源指示及工作狀態(tài)指示。該系列數(shù)字視頻光端機(jī)性能優(yōu)異，是一種可靠性高、性價(jià)比好的遠(yuǎn)距離光傳輸系統(tǒng)。
　　
　　四、應(yīng)用示例
　　
　　STF系列數(shù)字視頻光端機(jī)型號(hào)齊全、配置靈活，可廣泛應(yīng)用于社會(huì)的各行各業(yè)。其主要應(yīng)用的行業(yè)有：智能交通監(jiān)控系統(tǒng)（ITS）、安防系統(tǒng)、智能樓宇/智能小區(qū)、校園網(wǎng)、工業(yè)監(jiān)控（電力、化工、鋼鐵、鐵路等等）、軍事監(jiān)控（邊防、守衛(wèi)等）和體育場(chǎng)館（現(xiàn)場(chǎng)直播音視頻傳輸）。
　　
　　1、城市交通監(jiān)控應(yīng)用示例
　　
　　目前許多城市使用的交通監(jiān)控系統(tǒng)采用光端機(jī)傳輸視頻圖像。每個(gè)監(jiān)視點(diǎn)安裝有CCD攝像機(jī)、云臺(tái)和光端發(fā)射機(jī)。交通監(jiān)控中心到每個(gè)監(jiān)視點(diǎn)要鋪設(shè)一條單芯或雙芯光纜。光纜一端與光端發(fā)射機(jī)相連，另一端與監(jiān)控中心的光接收機(jī)相連。視頻圖像信號(hào)從現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)輸出到光發(fā)射機(jī)，光發(fā)射機(jī)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)送入光纜。光信號(hào)通過光纜到監(jiān)控中心的光接收機(jī)。光接收機(jī)將接收機(jī)還原為視頻信號(hào)送入圖像顯示控制系統(tǒng)中處理。云臺(tái)控制信號(hào)也是通過光端機(jī)傳輸?shù)摹＝煌ㄖ笓]中心的云臺(tái)控制信號(hào)通過光端機(jī)的串行接口輸入，由監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的光端機(jī)將光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，送到譯碼器后輸出云臺(tái)、鏡頭控制信號(hào)。同時(shí)電子*占用了一路同向RS-232數(shù)據(jù)；交通信號(hào)指示燈占用了一路反向RS-232數(shù)據(jù)；對(duì)講系統(tǒng)通過光端機(jī)的雙向音頻通道傳輸。
　　
　　由于高速公路各個(gè)收費(fèi)站之間距離監(jiān)控中心較遠(yuǎn)，且全線監(jiān)控系統(tǒng)需要上傳的圖像也較多，因而采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式光端機(jī)進(jìn)行圖像傳輸?shù)男詢r(jià)比不理想，所以在高速公路收費(fèi)站采用多路視頻傳輸節(jié)點(diǎn)機(jī)級(jí)聯(lián)方式進(jìn)行圖像傳輸，即N個(gè)收費(fèi)站均通過視頻矩陣切換出2（或3、4路）視頻圖像通過視頻節(jié)點(diǎn)光端機(jī)由1芯光纖級(jí)聯(lián)傳送到監(jiān)控中心。同時(shí)，各收費(fèi)站的監(jiān)控用（云臺(tái)、鏡頭、矩陣切換等）反向控制數(shù)據(jù)傳輸由各收費(fèi)通信站提供一條數(shù)據(jù)通道。

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