1、第4章 传输系统设备 阐述传输系统中各类型传输设备的架构与原理，并且对其连接、测试与维护方法进行介绍。4.1 传输系统概述从前面所学知识可知，视频监控系统的前端设备和后端设备连接，需要通过传输系统进行，如图4-1所示。传输系统一方面将前端的摄像机、监听头、报警探测器或数据传感器捕获的视/音频信号及各种探测数据传往中心端；另一方面将中心端的各种控制指令传往前端多功能解码器。因此，传输系统应该是双方向的。但在大多数情况下，传输系统都是通过不同的单方向传输介质来实现的，如用同轴电缆传输视频信号，而用2芯屏蔽线传输反向控制信号。在某些场合，也可用单一传输介质来传输按多工（Multiplexing）方式
2、处理的视/音频及控制信号。最新的传输概念则是借用已有的通信传输线路或借助计算机网络来传输视频监控信号，在这种情况下，需要专用的信号格式转换、传输或接入设备。图4-1 传输系统结构 4.2 传输电缆 在局域性质的视频监控系统中，由于前端设备和中心端之间的距离比较短（一般不超过1 km），所以基本上都采用直接传输方式。从前端到中心端所需的各种电缆见图4-1。从系统主机发出的控制指令通过普通2芯线与前端解码器连接；由摄像机输出的视频信号采用同轴电缆连接；从监听头输出的音频信号采用 2芯屏蔽线连接；从报警探测器输出的开关量信号用普通2芯线连接。4.2.1 传输电缆的选用 1视频同轴电缆（1）视频同轴电
3、缆的结构视频同轴电缆的结构如图4-2所示，其中，外导体用铜丝编织而成。不同质量的视频电缆，其编织层的密度是不一样的，如80编、96编、120编，有的电缆编数少，但在纺织层外增加了一层铝箔。外导体接地、内导体接信号端。内、外导体之间填充有绝缘介质，电磁便被限制在内而不能向外界传输，降低了损耗，同时又避免外界杂散信号的干扰。绝缘介质外导体护套芯线（2）视频同轴电缆的特性物理知识告诉我们：如果有电流通过导线，导线就会发热，这是由于导线具有一定的电阻，消耗了有用功功率；又由于导线间绝缘不完全而存在漏电，即导线之间处处有一定的电导；导线中有电流流过时，导线周围就会有磁场产生，所以导线还有一定的电感；导线
4、与导线间的电位差将使其间形成电场，使得导线间存在一定的电容。上述这些分布在电路布线及其结构中的参数统称为“分布参数”，它使得线路中的任一点都呈现出已定的阻抗，这个阻抗即被称为特性阻抗。因此，特性阻抗的大小完全取决于电缆的结构。不同线径的同轴电缆对视频信号的衰减程度是不一样的，线径越粗，衰减越小。符合国家标准GB1226990的某种同轴电缆系列的特性参数见表4-1。从中可知，电缆的线径越粗，则衰减越小，越适合于长距离传输。但在实际应用中可能会遇到这样的情况，即虽然在长距离传输中直接使用电缆连接也可以得到稳定的图像，但因高频衰减会使图像的细节损失过多，分辨率下降，画面有些朦胧感，另外，高频损失还会
5、影响彩色的重现。在这种情况下，就需要使用视频放大器，并通过放大器的高频补偿功能增强图像的轮廓，使图像变得清晰、明快。表4-1 同轴电缆系列的特性参数 2视频电缆的选用 从电学知识可知，当传输线终端阻抗等于特性阻抗时，传输线传播的能量将全部被吸收，此时电源输出的功率最大，即阻抗匹配状态。广播电视标准规定传输线缆的特性阻抗及设备终端阻抗均为75。所以，视频电缆一般用75 的同轴电缆，当视频信号的无中继传输距离在300500 m时，常用SYV753和SYV755两种型号。若超过此距离，则应该选用SYV757、SYV759/12的粗型号同轴电缆，一般来说，传输距离越长则信号的衰减越大，频率越高则信号的
6、衰减也越大，但线径越粗则信号衰减越小。当长距离无中继传输时，由于视频信号的高频成分被过多地衰减而使图像变模糊，而当视频信号的同步头被衰减得不足以被监视器等视频设备捕捉时，图像就无法稳定地显示出来。视频信号实际传输的距离与同轴电缆的质量成正比，也和系统选用的摄像机、监视器有关。当摄像机输出电阻、同轴电缆特性阻抗、监视器输入电阻3个量不能完全匹配时，就会在同轴电缆中造成回波反射，因而长距离传输会使图像出现重影及波纹，甚至跳动。因此，在实际工程中，尽可能一根电缆一贯到底，中间不留接头，因为中间接头很容易改变接点处的特性阻抗，还会引入插入损耗。如西南某大型物流配送中心的视频监控系统的布线，其周界的边长
7、就达350 m，几个远端摄像机到主控室的距离达到了600900 m的范围，该工程事先定制SYV757和SYV759两种超长电缆，每一根电缆都直接引到主控室，没有使用视频放大器，得到了较好的图像质量。3连接器 连接器如图4-3所示，视频电缆与设备的连接通常为BNC连接器，个别设备也选用RCA连接器，还有些系统选用射频传输常用的F头。当接头与插座的规格不一致时，可以用转换器进行转换，如BNCRCA转换器或RCABNC转换器。图4-3 几种连接器4.2.2 音频、通信与控制电缆 音频、通信及控制电缆都是非同轴电缆，其中，音频及通信电缆为2芯线，而控制电缆为10芯线。显然，它们传输的信号内容不同，但电
8、缆的类型却可以是相同的。音频及通信电缆通常可选为同样的2芯屏蔽电缆；在非干扰环境下，也可选为非屏蔽双绞线，如在综合布线中常用的5类双绞线。1音频电缆及连接器（1）音频电缆音频电缆的结构如图4-4所示。在有干扰的情况下，一般选用2芯屏蔽线，因为长距离传输时易引入干扰噪声。音频电缆的屏蔽层有防止干扰的作用，还应在系统主机处单端接地。常用的音频电缆型号为RVVP2/0.3或RVVP2/0.5。学校、超市、车站等应根据自身的使用特点，要求其视频监控系统兼备公共广播或背景音乐的功能，这就同时需布置音频电缆。公共广播系统的声音是采用120 V定压小电流方式传输的，所以也可选用非屏蔽的2芯电缆，如RVV2/
9、0.5等。由于音频电缆采用总线式布线，所以它和监控系统采用的点对点式布线方式（用于将监听头的音频信号传送到监控中心）不一样。图4-4 音频电缆的结构（2）音频连接器的选用 音频电缆一般都配备RCA连接器，个别设备也有选用普通6.5 mm或3.5 mm的杰克插头/座的。对专业音频设备来说，多采用卡侬连接器；对公共广播/背景音乐系统的音频电缆来说，由于大多数直接将其接在喇叭、音箱的接线柱上，故不需要专门的连接器。2 通信电缆的选择、连接通信电缆是接于系统主机与解码器之间的2芯电缆，可以选用普通的2芯扩套线，但一般来说，带有屏蔽层的2芯线干扰性能要好些，更适合于强干扰环境下的远距离传输。可选用的通信
10、线如RVV2/0.15或RVVP2/0.3等。除少数系统在主机一端用DB9型连接器或RJ11型连接器外，通信电缆基本上不需要单独的连接器，通常都是直接将线头接在电路板的接线座上，并用螺钉拧紧即可。3控制电缆的连接、选用（1）连接控制电缆控制电缆是用于控制云台及电动三可变镜头的多芯电缆，其一端连接于控制器的云台、电动镜头控制接线端，另一端则直接接到云台、电动镜头的相应端子上。（2）选用控制电缆 从控制器到云台和电动镜头的距离最长有数百米，导线的直流电阻与导线的截面积平方成反比，而控制信号经长距离导线传输时会因导线电阻而产生压降，线径越小或传输距离越长则导线电阻越大，控制信号压降越大，以至于控制信
11、号到达云台或电动镜头时不能驱动负载电动机动作。这种现象对低电压控制信号尤为明显，如对于交流24 V驱动的云台及直流612 V驱动的电动镜头，云台会经常被卡住而导致电动镜头不动作。如图4-5所示，控制电流I会在导线电阻R上产生压降。实际上，控制器的输出电压是减去该压降后再加在云台或电动镜头上的。图4-5 导线电阻产生压降 综上所述，对控制信号进行长距离传输的电缆的线径必须要大，如选用RVV10/0.5或RVV10/0.75等。从摄像机到控制器相应端子，距离只有几米，并且控制电缆提供的是直流或交流电压，一般不存在干扰问题，所以其控制电缆不需要使用屏蔽线。常用的控制电线大多采用6芯或10芯电缆，如R
12、VV6/0.2、RVV10/0.12等。其中，6芯电缆分别接于云台的上、下、左、右、自动、公共6个接线端；10芯电缆所接端子除了接云台的6个接线端外还包括电动镜头的变倍、聚焦、光圈、公共4个接线端。4.2.3 供电方式与电源线的选择1交流供电方式相应电源线的选择电源线在监控系统中基本上都是单独布设，一般在监控中心设置总开关对整个监控系统直接控制。电源线是按交流220 V布线，到摄像机端经过适配器换成直流12 V，这样可采用总线式布线路，并且线径不需要很粗。2直流供电方式相应电源线的选择小型视频监控系统在监控中心用大功率的直流稳压电源，采用12 V直流电对整个系统供电的方式。这样，电源线就需要选
13、用线径粗的线，且距离不能太长，否则系统不能正常工作。4.2.4 单同轴电缆传输设备从前面的学习中我们知道，一般情况下，视频监控系统都使用同轴电缆传送视频信号，而摄像机电源、云台、镜头的控制信号等却要通过各独立的电缆分别传送。有些用户对这种方式从费用上无法接受，遇到这种情况时，就应该采用单同轴电缆作为传输设备。1单同轴电缆传输设备的结构电源、控制信号和复合视频信号经编码后由单一的同轴电缆来传送，在接收端将上述各种信号解调复原。如图4-6所示，其中，CH0 CH7分别表示远端的8台摄像机输出的视频信号。单根同轴电缆可以通过接口盒把电源传送到远端，选择远端的8个视频信号源之一，并将该视频信号回传到中
14、心控制端。图4-6 采用单根同轴电缆传送多种信号示意图2多路转换盒的原理多路转换盒的电路原理图如图4-7所示。其核心部件MAX455是一个8通道多路转换器和视频放大器的组合集成电路。电容C11的作用是隔直耦合，将多路转换器选择的基带视频信号输出耦合到同轴电缆，向中心端的接口盒传送，同时阻止由同轴电缆传来的直流电源分量。电感L1可看作是一个扼流圈。由它把中心端提供的、经由同轴电缆传来的直流电源分离出来，为多路转换盒中的所有电路供电，起高频扼流的作用。同时还可以把中心端提供并经由同轴电缆传来的低频控制信号耦合到晶体管VT1的发射极。此外，L1还可以阻止MAX455输出的视频信号窜回本电路中。图4-
15、7 多路转换盒的电路原理图多路转换盒的原理如下所述。通道选择信号在接口盒中产生，通道0为1个脉冲、通道7为8个脉冲，由同轴电缆传来10 Hz的速率把10 V电源降至8.8 V再返至10 V。VT1和多路转换盒内的有关元件把脉冲变换为5 V的逻辑电平，将其作为4位计数器74HC191（IC2）的时钟，并通过IC2的输出即可由IC1选择所需的多路转换器通道。脉冲串的第一脉冲选择通道0。后续的脉冲在延时网络R13C13放电前到达，每次使IC2的计数加1，于是通道0几乎立即出现，而通道7（当其被选择时）出现在0.8 s脉冲串的末尾附近。3接口盒信号电路的工作原理接口盒信号的电路如图4-8所示，已被选择
16、的通道要用3位编码，可以用开关设置，也可由外加的数字输入设置。图4-8 接口盒信号电路原理图（1）按下发送按钮瞬间，触发向下变换器IC1（IC 74HC191）和门振荡器IC2A以启动通道选择脉冲串。（2）电源电流通过VT1（正常情况下通且饱和）、R27及同轴线内的导体流至远程多路转换盒。R27经过C21也作为同轴线的终端负载。（3）当VT1瞬时截止时，VD3和VD4两端的正向偏置产生负1.2 V的通道选择脉冲（由于电源电压1.2 V的下降和远程多路转换器视频输出无关。故假如通道信号具有公共同步，即使在通道改变期间，视频监视器也不会出现翻转）。（4）由多路转换器盒的C11、R9和接口盒的R27
17、共同构成短时间常数（与视频耦合至同轴线有关），使任何通道的选择小于1 s，但是它也使合成视频的同步脉冲基线随图像内容而移动。4.2.5 双绞线视频传输设备 在视频监控系统中，视频信号还可以用双绞线传输，前提条件是需用双绞线传输设备。双绞线传输设备在视频监控系统中采用得比较少。然而若监控系统采用综合布线方式，且在建筑物内部已按EIA/TIA568综合布线标准铺设大量的双绞线；并在各相关房间内均留有RJ11/45等接口时，那么视/音频信号及控制数据都将通过已铺设的双绞线来传输了。此外，由于双绞线传输设备本身具有视频放大的作用，所以也适合长距离的信号传输。在信号传输距离达到1 km以上的视频监控系统
18、中，考虑到不用同轴电缆可减少其用量，同时又节省用同轴电缆传输所需的视频放大器及用单根5类线布线时可节约的工作量，也会用到双绞线传输设备。1双绞线视频传输设备的功能 双绞线视频传输设备是在前端将适合非平衡传输的视频信号转换为适合平衡传输的视频信号；在接收端则进行与前端相反的处理，将通过双绞线传来的视频信号重新转换为非平衡的视频信号。2双绞线传输设备的原理 如图4-9所示，双绞线传输设备由两部分电路组成，其中，在发送端电路中，放大器IC1和IC2先将组合彩色视频信号变换为差分信号，以减少在双绞线上的线路损耗和失真，同时也消除发、收两端两块印制电路板上地电位差带来的接地误差。此部分电路的增益设计为2
19、 dB，这样可以补偿终端6 dB的衰耗。调整电阻RG可使双绞线的衰耗最小。另外，RG还可以用作视频系统的对比度调整。在接收端电路中，放大器IC3将差分信号再变换回单端信号。此电路的增益也设计为2 dB，使视频放大器具有高的驱动能力。图4-9 双绞线传输设备 3双绞线传输设备的选择若用600 终端电阻，则由于电缆电容与终端电阻组成的时间常数可能使信号的变化部分劣化，因而造成图像模糊不清。所以，在电路中的双绞线两端的匹配电阻选用的是75 终端电阻。同样，为避免过高的分布电容增加RC时间常数，也不采用屏蔽双绞线。4.2.6 视频传输设备日常故障的处置在视频传输设备中，最容易出现两种故障。第一种故障现
20、象表现为：在监视器的画面上出现一条黑白杠，并且向上或向下慢慢滚动。第二种故障现象表现为：在监视器上出现木纹状的干扰。下面我们分别对这两种故障进行剖析。1出现一条黑白杠的故障原因及处置方法 在分析这类故障现象时，要分清产生故障的原因是电源的问题还是地环路的问题。一种简易的方法是，在控制主机上，就近只接入一台电源没有问题的摄像机输出信号，如果在监视器上没有出现上述的干扰现象，则说明控制主机正常。然后用一台便携式监视器就近接在前端摄像机的视频输出端，并逐个检查每台摄像机。如有干扰，则进行处理。如无，则干扰是由地环路等其他原因造成的。2出现木纹状干扰的原因及处置方法 木纹状干扰的出现，轻微时不会淹没正
21、常图像，而严重时会因同步破坏图像而无法观察。此故障产生的原因较多且复杂。大致有如下几种原因：（1）视频传输线的质量不好，特别是屏蔽性能差（屏蔽网不是质量很好的铜线网，或屏蔽网过稀而起不到屏蔽作用）。这类视频线的线电阻过大，因而造成信号产生较大衰减也是加重故障的原因。此外，这类视频线的特性阻抗不是75 及参数超出规定也是产生故障的原因之一。由于产生上述的干扰现象不一定就是视因为频线不良，因此在判断这种故障原因时要准确和慎重。只有当排除了其他可能后，才能从视频线不良的角度去考虑。若电缆质量有问题，最好的办法是把所有的电缆全部换掉，换成符合要求的电缆。（2）由于供电系统的电源不“洁净”而引起的。这里
22、所指的电源不“洁净”，是指在正常的电源（50周的正弦波）上叠加有干扰信号。而其干扰信号多来自本电网中使用可控硅的设备。特别是大电流、高电压的可控硅设备，对电网的污染非常严重。若本电网中有大功率可控硅调频调速装置、可控硅整流装置、可控硅交/直流变换装置等，都会对电源产生污染。解决方法比较简单，只要对整个系统采用净化电源或在线UPS供电就可基本上解决问题。（3）系统附近有很强的干扰源。可以通过调查和了解而加以判断。如果属于这种原因，解决的办法是加强摄像机的屏蔽，或者对视频电缆线的管道进行接地处理。3其他故障的处置（1）由于视频电缆线的芯线与屏蔽网短路、断路造成的故障。这种故障的表现形式是在监视器上
23、产生较深、较乱的大面积网纹干扰，以至使图像全部被破坏，无法形成图像和同步信号。这种情况多出现在BNC接头或其他类型的视频接头上，即这种故障现象出现时，往往不会是整个系统的各路信号均出现问题，而仅仅出现在那些接头不好的路数上。只要认真逐个检查这些接头，就可以找到故障原因。（2）由于传输线的特性阻抗不匹配引起的故障现象。这种现象的表现形式是在监视器的画面上产生若干条间距相等的竖条干扰，干扰信号的频率基本上是行频的整数倍。这是由于视频传输线的特性阻抗不是75 而导致阻抗失配造成的。也可以说，产生这种干扰现象是由视频电缆的特性阻抗和分布参数都不符合要求引起的。一般靠“始端串接电阻”或“终端并接电阻”的
24、方法解决。另外，值得注意的是，在视频传输距离很短（一般为150 m以内）时，使用上述阻抗失配和分布参数过大的视频电缆不一定会出现上述的干扰现象。（3）由传输线引入的空间辐射干扰。这种干扰现象的产生，多数是因为在传输系统中、系统前端或中心控制室附近有较强的、频率较高的空间辐射源。遇到这种情况，在系统建立时，应对周边环境有所了解，尽量设法避开或远离辐射源；另一个办法是当无法避开辐射源时，对前端及中心设备加强屏蔽，对传输线的管路采用钢管并良好接地。解决上述问题的根本办法是在选购视频电缆时，一定要保证质量，必要时应对电缆进行抽样检测。4.3 射频传输设备 从前面的内容可知，选用粗同轴电缆并用视频放大器
25、，虽可有效延长视频信号的传输距离。但当传输距离过长时，随着距离的增加及放大器数量的增多，视频信号经多次放大后，叠加的噪声也同样经过了多次放大，而噪声叠加会使噪声电平与视频信号电平处于同一个数量级，因此监视器上的视频图像会被背景噪声所淹没。此时，即使用再大的同轴电缆，增加再多的视频放大器，也无济于事，只能转变用射频传输的方式。射频电缆如图4-10所示。图4-10 射频电缆的结构4.3.1 射频传输原理 射频（RF）是信号经过调制的高频电磁波。射频传输方式是基于CCTV的、仍属于电缆传输的一种传输方式。它先将视/音频信号调制到高频，然后再进行传输，在接收端经解调后才可恢复视/音频信号。射频传输原理
26、如图4-11所示，在前端使用调制器和混合器，在中心端对应使用分配器和解调器。各调制器的输出频道各自独立，每个频道的频带宽度为8 MHz；混合器将各FDM方式的射频信号分为多路，供每一个解调器解调出基带视/音频。图中所示的射频传输仅仅是单方向的视/音频传输，因此，对于具有系统主机及解码器的全方位监控系统来说，还需另外布设通信电缆。图4-11 射频传输原理示意图 4.3.2 射频传输方式 1低频、强干扰环境下的传输如电力系统的视频监控系统，由于其系统屏蔽接地等环节处理得不好，导致传输的图像受到低频干扰，这种低频干扰又称工频干扰50 Hz（强电信号及其谐波成分对图像的干扰）。表现在监视器上，显示的图
27、像出现了明显的干扰纹，有时像雪片那样飞舞，有时又产生强烈滚动。解决的方法很简单，把摄像机输出的视频信号用射频调制器调制到VHF或UHF频段进行传输，在中心控制室再用解调器将视频信号解调出来，就可以有效地消除上述低频干扰。这里就需要用到射频传输设备。2多路视、音频的长距离传输在实际的视频监控系统中/受应用需求、环境的影响，其前端设备与控制中心距离相对较远又相对集中时，应该就地将多路视/音频信号经射频调制并混合后，再经由一根射频同轴电缆来传输。这种方式省去了传输环节的大量线缆。特别是当从前端摄像机到中心控制室之间没有或很难有宽裕的布线通路时，射频传输方式便是首选方案了.4.3.3 射频同轴电缆 射
28、频同轴电缆和视频同轴电缆的结构基本相同，但其内、外导体间的绝缘材料不一样，外导体材料也不全是铜线编织网，有些外导体采用氩弧焊接铝管。常见的射频电缆有SYKV系列纵孔聚乙烯绝缘同轴电缆和SYWV高物理发泡同轴电缆。这两种电缆的高频特性要比前述的SYV系列好一些。某种国产SYWV系列射频电缆的频率特性见表4-2。除采用闭路方式外，射频传输也可采用开路方式，即将调制后的视/音频信号经无线发射机发送出去，再在接收端用天线及接收机解调出来。但这涉及到远程开路的传输方式，或者采用频率更高的微波传输方式。由于现在大多数远程数字视频监控系统的建设，已逐步应用先进的高速视频光纤传输网络（SDH）。所以开路方式的
29、射频、微波传输方式，除了某些特种系统外，大多数视频监控系统已经不再使用。4.4 光纤传输 20世纪60年代，红宝石激光源和光纤媒介技术的不断成熟，使得光纤通信逐渐进入实用化阶段，光纤已成为现代通信系统中不可或缺的重要传输媒介。光纤传输具有衰减小、频带宽、不受电磁波干扰、重量轻、保密性好等一系列优点，故广泛应用在国家及省、市级的主干通信网络、有线电视网络、宽带计算机网络等方面。现在的视频监控系统（特别是基于网络的远程数字视频监控系统）中，光纤传输成为长距离多媒体（包括视/音频、控制信号及数据）信息传输的首选方式。4.4.1 光纤传输的特点 1宽频带光纤传输的信号带宽可达1.0 GHz以上，而普通
30、视频信号只有6 MHz，用1芯光纤来传输一路视频信号是绰绰有余的。实际上，经过对多路视频信号进行预处理，可以利用1芯光纤来传输2路、4路、8路甚至更多路数的视频信号。若是将多路视/音频信号经调制、混合形成宽带射频信号并经由射频光端机来传输，则1芯光纤就可以传输几十路视/音频信号。除了上述宽带的视频信号以外，利用光纤的宽频带特性还可以同时传送音频信号，控制信号的开关量信号，并可以在1芯光纤上实现各种信号的双向传输。2低衰减光纤对信号的衰减非常小，普通发光二极管光源所发出的光在无放大器的情况下可以传输35 km，而若用波长为1 300 nm的大功率激光二极管为光源，无放大器传输距离可达12 km。
31、9/125 m的单模光纤的衰减更小，对1 300 nm波长的光的衰减约为0.4 dB/km，而对1 500 nm波长的光的衰减约为0.3 dB/km。因此，一般LD光源可传输1520 km，最新的产品甚至可传输100 km。由此可见，在远距离信号传输的实际应用中，光纤传输远比同轴电缆的传输效果好。3不受电磁波干扰光纤传输的另一个优点就是不受电磁波干扰，因而特别适合在大型工厂、电厂、通信机房等强电磁波干扰环境中应用。即使与电源线同时布放在同一条管道内，也不会受到任何干扰。另外，由于光纤采用玻璃材质，不导电，可以防雷击，因此在雷击过程中也不至使两端的设备遭受损坏。4不会产生火花 信号在光纤中以光的
32、形式进行传输，因而不会像一般电线那样因短路或接触不良而产生火花。因此，光纤传输还特别适合于油库、弹药库、瓦斯储存槽、化学工厂等易燃易爆的场合应用。5其他特点 光纤细小如丝，重量极轻，虽然外加保护层及抗拉钢丝等材料使光缆重量增加，但大路数光缆平均分配到每一路的重量并不多。相比之下，当增加同轴电缆的路数时，电缆束的重量和外径都是成倍增加的。另外，由于光信号在光纤中传输，无电磁辐射，其保密性也比普通同轴电缆要好。4.4.2 光纤传输设备与光纤通信 1光纤传输过程光纤传输过程如图4-12所示，由发光二极管LED或注入型激光二极管ILD发出光信号，沿光媒体传播，在另一端则有PIN或APD光电二极管作为检
33、波器接收信号。对光载波的调制为移幅键控法，又称亮度调制（IntensityModulation）。典型的做法是在给定的频率下，以光的出现和消失来表示两个二进制数字。发光二极管LED和注入型激光二极管ILD的信号都可以用这种方法调制，PIN和APD检波器直接响应亮度调制。光纤传输设备主要由光端机（光发射机、光接收机）、波分复用器、光放大器、光切换器、光分配器等几部分构成。2光纤传输设备（1）光端机 在发射端有完成电光转换的光端机，在接收端应有完成光电转换的光端机，发、收端之间为一段数千米或数十千米的光纤。完成电光转换的方式有调幅和调频两种。在调幅方式下，输出光的强度随输入视频信号的变化而变化；而
34、在调频方式下，输出光脉冲的频率随输入视频信号的变化而变化。如图4-13和图4-14所示。单向、单通道的视频传输系统最简单，系统造价低，但光纤的利用率也低，一般多用于短距离的通信业务。除此之外，有些光端机还具有视/音频同步传送等功能，IMD-16V-8A（D）-E系列数字光端机通过一根光纤同时传输十六路视频、八通道任意可选双向音频、双向数据信号，以及以太网信号。如图4-15所示。（2）其他设备 光放大器用于长距离传输场合的光中继；光切换器用于从多路光信号中选择一路或几路光输出；而光分配器则是将一路光信号分配为多路。专门用于光纤网络系统的光端机又简称光纤收发器。另外，当两路光信号在同一根光纤中进行
35、传输时，就要用到波分复用器。3波分复用原理 目前大多使用的是二波长的复用器，如1 300/850 nm、980/1 550 nm和1 480/1 550 nm等，前者用于通信线路，后两种用于光纤放大器。如图4-16所示，980 nm的光信号和1 550 nm的光信号同时在同一根光纤中传输且互不干扰，这种波分复用技术有时也称双波长技术或双窗口技术。利用波分复用技术，可以方便地在单根光纤中传送视频信号及反射控制数据，同时还可以实现双向对讲功能。4应用实例分析 如图4-17所示，为波分复用技术应用的某种实例，前端摄像机摄取的视频信号及麦克风感应的声音信号在混合器中形成基带信号，并以850 nm的光波
36、长经单根光纤传输到中心端的分离器，该基带信号经解调后分别送往监视器和音箱；同时，中心端的声音信号及由控制器发出的控制信号经混合器后以1 300 nm的光波长经同一根光纤返送到前端的分离器，分离出来的控制信号被送往解码器，经解码后可形成控制云台、电动变焦镜头及其他前端设备动作的各种控制电压。这样，借助单根光纤就实现了在中心端遥控远端摄像机组件的目的。通过以上分析，再结合光纤传输的特点可知，除可在单根光纤中传送两种不同波长的光信号外，在同一波长上也可以通过调幅和调频两种方式来传送光信号，这样就可以方便地在单根光纤中同时传送4路光信号。如图4-18所示，为采用双8路视频复用器的系统应用图。4.4.3
37、 光纤与光缆 1光纤如图4-19所示，光纤一般由纤芯、包层和涂覆层组成。其芯线材料一般为玻璃；光信号层一般也由玻璃组成，其基本功能就是将光信号封闭在芯线内，最大限度地保持光信号的能量；保护层也称缓冲层，一般由塑料组成，其基本功能是保护芯线与包层。光纤的尺寸以微米（m）为单位，且一般以两个参数进行标识，第一个参数为芯线的尺寸，第二个参数为包层的尺寸。图4-19中标出了常用光纤的尺寸。根据光的传播路径不同，光纤一般可分为单模光纤和多模光纤两种，如图4-20所示。这两种光纤的结构示意图如图4-21所示。由于光纤的材料与制造工艺不同，光在光纤中传输时会有一定的衰减，其衰减量用Db/km表示。不同波长的
38、光在光纤中传播时造成的衰减是不一样的。在以纳米表示波长的一些特定点上，光的衰减最小。因此，光纤通信中常用的光波长一般选用使光衰减量最小的850nm、1300nm及1550nm等波长。2光缆 光缆是对光纤进行防护、加强后使之成为具有实用价值的传输介质，有两种基本类型。（1）室外用的松管型松管光缆如图4-22所示，其内填充有防潮用的软胶，每根管最多可以装12根光纤。在多光纤室外应用时，一般采用多光纤室外光缆，如图4-23所示。该光缆除具有多层金属与非金属的保护套管外，其中心还有一根抗拉钢丝，以进一步提高光缆的抗拉强度。某种室外光缆的机械性能见表4-3。光缆种类 型号 纤芯数量 拉力N（lb）弯曲半
39、径cm（in）单模延展型光纤62.5/125安装时长期安装时长期松散套管型769507-4769507-542700（609）440（99）16（6.3）83.1769509-4769509-56769623-4769623-58769510-4769510-512单套管恺装型295025-4295025-542700（609）440（99）20（8）10（4）295026-4295026-56295027-4295027-58295028-4295028-512单套管铝防潮膜349265-1 41000（225）12（4.7）349265-2 6349265-3 8349265-4 12（2
40、）室内用的紧包缓冲型 紧包缓冲型光缆如图4-24所示。3光缆的连接（1）光缆连接器在光纤传输系统中，为实现不同模块、设备和系统间灵活连接的需要，必须有一种能在光纤与光纤之间进行可拆卸连接的器件，使光路能按所需的通道进行传输，以实现期望的目的与要求。能实现这种功能的器件称为连接器。它是光纤系统中使用最多的光纤无源器件。目前，连接器的主流品种是FC型（螺纹连接式）、SC型（直插式）和ST型（卡扣式）3种，如图4-25所示。（2）光芯截面的磨光处理 若要光纤连接器的光芯和光发射机、光接收机上接口座内的光芯部分平滑无缝地连接，必须对光纤连接器的光芯截面进行磨光处理，其具体操作如图4-26所示。通过使光
41、芯在磨光薄膜表面绕“8”字形的轨迹反复摩擦运动，以尽可能地减小光纤连接点处的插入损耗。光芯截面的磨光处理有如下两种方法。PF磨光方法 PF（Protruding Fiber）是STII连接器使用的磨光方法。STII使用铅陶质平面的金属圈，必须将光纤连接器磨光直至陶质部分。不同材料的金属圈需要使用不同的磨光程序和磨光纸。经过正确的磨光操作后，将露出13 m的光纤，当连接器进行耦合时，唯一的接触部分就是光纤，如图4-27所示。PC磨光方法 PC（Pcgsica Contact）是STII连接器使用的圆顶金属连接器的交接。PC磨光方法中，圆顶的顶正部位恰好配合金属圈上光纤的位置，当连接器交接时，唯一
42、产生接触的地方在圆顶，并构成紧密的接触，如图4-28所示。PC磨光方法可得到较佳的回波耗损（Return Coss）。目前，工程上常常采用这种方法。（3）光缆连接头的连接如果两个光纤端面完全接触，则不考虑损耗的存在，但是两个光纤端面会相互擦伤甚至挤碎，因而不可取。现实中，通过对端面的合理设计，在加工中采取恰当的手段可以保证合理的光纤端面与插针体（Ferrule）端面的相对位置。一般要求光纤端面的凹凸量U00.05m，另外，Ferrule端面的曲率半径R在1025 mm间为佳。实际工程中一般都通过电烧烤或者化学环氯工艺与光学接口连在一起，还应确保光通道不被阻塞。如图4-29所示，光缆的接头处的焊
43、接要借助电烧烤机对所连接的光纤进行熔接。如图4-30所示，使用机械接头，可以在很多场合代替熔接接头。在与机架连接时，可以使用图4-31所示的接头套管。（4）光缆接头防护装置 由于熔接后的光纤是裸露的，因此必须进行防护。防护装置的功能如下所述。保证接头部分的密封性，防止潮湿进入防护腔内（因为潮湿是引起光纤损耗增加和寿命降低的主要原因）。另外也防止内部机械件的锈蚀而失去原有的功能。能够很好地安放剩余的光纤。光纤的熔接必须有一定的余量，还可能出现余量长度不同的情况，因此安放这些光纤时，要求有足够的尺寸，使之可在最小折弯限度以上顺畅的盘放，并很好地固定。可靠地固定光缆接头，以保证加上防护装置后，光缆仍
44、有一定的机械强度。要便于现场的操作与使用。光缆接头防护主要在室外，最好不需要特殊工具和方法就能安装，即具有好的工程性能。常用的防护装置一般是一些机械结构件，为腔体结构，内部有安放剩余光纤的空间和固定光缆端头、光纤的结构。光缆的出入口要采用一定的密封技术，腔体的结合处也要采用密封装置。4光纤传输设备的维护（1）光发射机的维护光发射机是光传输系统的核心部分，由于其价格昂贵，又对外界环境要求高，因此，技术维护要做到以下方面：机房配备足够容量的不间断电源UPS，机房温度要保持在25 左右，各种设备的面板要保持无尘。对光发射机、光放大器及接收机进行定期检测，检查和分析各项运行数据，借此判断光发射机的射频
45、输入电平、输出光功率、光放大器的输入和输出光功率是否正常。检查声光报警装置、各种按键和指示灯的状态是否正常；检查电源插头、电缆接头、尾纤接插头等各种接插头有无松动或脱落；检查各种设备接地是否良好；检查和整理光缆终端配线柜；检查尾纤有无受压、受牵引或过度弯曲。（2）光接收机的维护 检查光接收功率的射频输出电平是否正常。检查光纤尾纤和光接收机有无进水；检查光接收机里的尾纤有无受压、受牵引和过度弯曲；检查光纤连接器是否松动、洁净。检查光接收机的供电电压是否正常（最好配备不间断电源UPS）、电缆接头接触是否良好。检测光接收机的接地电阻是否符合要求。检测整条光缆的主要技术指标C/N,C/CSO,C/CT
46、B，并对数据进行分析。（3）光缆的维护 光缆的基本特性参数是损耗与色散，损耗可直接影响传输距离，色散则将引起光脉冲信号的展宽和码间串扰，影响传输距离和容量。为此，在维护中要保证光缆具有低损耗和低色散特性。一般光纤的最小色散出现在波长1 310 nm处，最小衰减却出现在波长1 550 nm处。在光缆的维护中，要定期检查其外形（包括光缆接头）有无异常变化，定期对光缆进行损耗测试。在敷设好后的一年内可多测试几次，一年以后逐渐减少。对衰减变化较大的光纤，可用OTDR测试，打印出背向散射曲线，与验收时的曲线对比分析（注意：定期检查和测试的结果均应做好记录，存档备查）。总之，对光纤传输系统的维护，必须了解各个部分的性能指标及检测方法，并做好各种数据的记录，建立原始档案，便于维护时作参考。复习思考题4 1若采用直接电缆传输方式，由某前端点到控制室最多需要几条电缆？各是何种电缆？作用是什么？2单同轴电缆传输设备为什么能够同时双向传输多种信号？3双绞线传输设备的主要优点是什么？4在什么情况下适宜用射频传输方式？为什么？5单模光纤与多模光纤有什么不同？光纤与光缆有什么不同？6采用光纤传输有什么优点？哪些监控系统应该首选光纤传输方式？7如何具体连接光纤？又如何维护光纤线路？8如何维护光纤设备？9在网络视频监控的传输部分容易出现哪些故障？如何处置这些故障？
