Цифровые устройства приема и передачи сигналов по ВОЛС.
В предыдущем материале (ТЗ № 1-2010) речь шла о возможностях передачи по ВОЛС аналогового сигнала. Были рассмотрены некоторые из основных понятий передачи сигналов по оптоволоконному кабелю. В этом номере остановимся на таком понятии, как оптический бюджет (или энергетический потенциал линии).
Оптический бюджет – разность между оптической мощностью передатчика и чувствительностью приемника, выраженная в дБ. Это паспортная информация, которую производитель должен указывать в сопроводительной технической документации на свое оборудование.
Расчет бюджета оптических потерь происходит на последнем этапе проектирования. Цель его – определить величину потерь для наихудшего пути прохождения сигнала (самого длинного или с наибольшим количеством соединений). Это один из важнейших этапов проектирования, позволяющий выявить необходимые технические характеристики используемого оборудования и других элементов ВОЛС. Расчет достаточно прост и состоит в суммировании потерь в децибелах всех компонентов тракта, в том числе затухания в кабеле и на всех видах соединений. В зависимости от полученного результата может потребоваться замена выбранного для тракта передачи оборудования на более мощное или с большей рабочей длиной волны. Если суммарное затухание линии больше оптического бюджета – проектируемая система работать не будет. Поэтому часто бывает нужно сделать оценку заранее, учитывая каждый компонент линии.
Упрощенно это можно представить себе в виде следующей схемы:
Типовые значения потерь в пассивных компонентах тракта приведены
Например, при соединении ТВ-камеры и монитора многомодовым кабелем длиной 1 км с одним сплайс-соединением и оконцованного ST-коннекторами расчетная величина потерь на длине волны 850 нм составит 1,0 + 1,0 + 2,5 + 0,5 = 5 дБ. В системе обычно предусматривают запас в 3 дБ на неизбежное снижение мощности излучателя и старение линии во времени. Таким образом, прогнозируемые потери в линии связи не превысят 8 дБ, что позволяет использовать сравнительно маломощный передатчик с оптическим бюджетом в 10 дБ. Увеличение длины кабеля до 2 км при той же мощности передатчика повлечет за собой необходимость перехода на большую длину волны.
Помощь в расчете оптического бюджета вам могут оказать калькуляторы, часто размещаемые производителями и торгующими организациями на своих сайтах.
Цифровая передача
Передавать и принимать сигналы по ВОЛС с помощью аналогового оборудования бывает достаточно сложно. Применение оцифровки сигналов позволяет добиться гораздо лучших результатов.
Использование цифровых приемников/передатчиков обеспечивает передачу следующих видов сигналов:
видео;
аудио;
видео + аудио;
сигналы управления;
видео + сигналы управления;
видео + сигналы управления + аудио;
видео + сигналы управления + 10/100 М;
видео + сигналы управления + состояние контактов + телефония + 10/100 М.
Для передачи могут использоваться как многомодовые, так и одномодовые волокна.
Принципиальным отличием цифрового оборудования от аналогового является наличие функции аналого-цифрового преобразования в передатчике и цифро-аналогового преобразования в принимающем устройстве. АЦП (аналого-цифровой преобразователь) преобразует непрерывный аналоговый сигнал в последовательность «0» и «1». Обратную операцию производит цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Большое влияние на качество передаваемых сигналов имеет качество устройств оцифровки (АЦП и ЦАП) применяемых при сборке приемников и передатчиков по ВОЛС.
Рис. 2. Принцип передачи цифрового сигнала по ВОЛС
Рис. 3. Представление аналогового (а) и цифрового (б) сигналов
Одним из наиболее принципиальных различий между аналоговым и цифровым сигналом, кроме непосредственно формы, является иммунитет к шумам. Цифровой сигнал в электронной форме также подвержен воздействию шума, как и аналоговый. Но цифровые сигналы могут иметь только два значения: нуль и единицу. Шум будет воздействовать на сигнал только в том случае, если его величина достигнет уровней, которые могут превзойти помехоустойчивость цифровых схем, определяющих равенство сигнала нулю или единице. Это означает, что цифровые сигналы допускают аккумуляцию шума до более высокого уровня по сравнению с аналоговыми видеосигналами, поэтому мы считаем, что цифровые сигналы фактически имеют иммунитет к шумам. В конечном счете это дает увеличение расстояния передачи, высокую помехозащищенность и отсутствие искажений сигнала, т. е. более высокое качество изображения.
Другое важное преимущество цифрового видеосигнала – это возможность цифровой обработки и хранения информации. Под этим подразумевается его сжатие, различные коррекции и т. д. без ухудшения качества изображения. Крайне существенным является то, что копия и оригинал ничем не отличаются по качеству изображения. Сколько бы копий цифрового изображения мы ни делали, качество всегда будет оставаться таким же, как у оригинала. Еще одним преимуществом цифрового видео является возможность проверки подлинности копии. Эта функция часто называется нанесением водяных знаков (water-mark) и позволяет защитить информацию, записанную в цифровой форме от подделки, что бывает крайне важно при использовании систем CCTV.
Широкое применение различных способов мультиплексирования также можно отнести к преимуществам передачи сигналов в цифровом виде.
Технологии мультиплексирования
Мультиплексирование позволяет передавать по одному оптоволоконному кабелю большое количество сигналов (видео- и аудиоинформация, состояние тревожных датчиков, сигналы управления камерами).
Основные виды мультиплексирования при передаче цифровых сигналов:
WDM (WDM – wavelength division multiplexer) – мультиплексирование с разделением по длине волны – технология, позволяющая одновременно передавать несколько информационных каналов по одному оптоволокну на разных частотах.
DWDM (Dense Wave Division Multiplexing) – системы, обеспечивающие увеличение скорости передачи по одному волокну до терабитных величин. В основу системы DWDM положен принцип волнового мультиплексирования с фиксированной сеткой длин волн с «шагом» 10 нм.
CWDM (coarse wavelength division multiplexer) – упрощенный вариант DWDM. Разделение каналов является неплотным (грубым, coarse). В настоящее время выпускаются CWDM-системы с 16 каналами (в диапазоне волн от 1310 до 1610 нм) с «шагом» 20 нм.
Лазеры, используемые в DWDM-системах, имеют большую избирательность (полезную мощность) и, как следствие, большее расстояние передачи, меньший «шаг» между передаваемыми каналами, более высокие требования к спектральным характеристикам. В системах видеонаблюдения, построенных на основе оптоволоконной техники, широкое распространение получили системы CWDM как соответствующие требованиям CCTV и имеющие меньшую стоимость.
1-канальный цифровой видео + передатчик/приемник (Fiber System)
Изделия предназначены для передачи 1 канала видео и 1 канала данных по одному или двум одномодовым оптическим волокнам в режиме реального времени, используя 8/10-битное цифровое кодирование/декодирование при длине волны лазера 1310/1510 нм, высокого качества на расстояние до 50 км. Канал данных имеет поддержку RS-232, RS-422, RS-585 (2- и 4-проводной) и совместим с Biphase, Manchester, NRZ. И канал видео, и канал данных имеют грозозащиту по входу. Оптический бюджет составляет 17dB, а потребляемая мощность – 10Вт. Блок питания на 220 В имеет встроенную защиту от перепадов напряжения. Изделия выпускаются как в плоском корпусе с внешним блоком питания, так и в виде компактных стоечных (для монтажа в 19” стойку) блоков высотой 1U. Внутри установлены трансформатор питания и одна или две платы. Эксплуатационные характеристики позволяют применять устройства в различных температурных условиях, от -45 °С до +70 °С. В основном данные модели используются в системах видеонаблюдения для передачи на значительные расстояния сигналов видео и управления от поворотных камер.
Система CFO-OPX (Teleste)
Платформа CFO-OPX с технологией Coarseutilises Coarse Wavelength Division (CWDM) – это модульная система передачи видео (до 64 каналов и до 72 при использовании 1310 нм), данных, аудио, а также информации о контактах и данных Ethernet в одномодномодовом волокне на расстояние до десятков километров.
В состав комплексной системы CFO-OPX входит целый ряд устройств, предназначенных для различных целей, – активные устройства передачи видео и аудио на расстояния до 100 км серии CEV, пассивные устройства серии COM, оптические повторители и Ethernet-свитчеры.
Модульная структура CFO OPX позволяет гибко формировать конфигурацию системы для решения самых разных задач. Надежность CFO-OPX отвечает всем требованиям, предъявляемым к профессиональным системам видеонаблюдения.
VDT/VDR 14100-WDM (IFS)
Серия VDT/VDR14100-WDM передатчиков/приемников видеосигнала и приемопередатчиков сигналов данных поддерживает одновременную передачу видеосигнала вещательного качества с 10-разрядным аналого-цифровым преобразованием и двунаправленную передачу данных по одному многомодовому или одномодовому оптоволокну. Модули обладают универсальной совместимостью с продукцией основных изготовителей автономных ТВ-камер и поддерживают интерфейсы RS-232, RS-422 Sensormatic Sensornet и 2- или 4-проводной RS-485 и все основные протоколы передачи данных. Конструкция plug-and-play обеспечивает простоту установки без необходимости электрической или оптической юстировки. Для мониторинга нормальной работы системы в каждом модуле предусмотрены светодиодные индикаторы статуса. Модули выпускаются в различных исполнениях: автономном или для монтажа в крейт. Оборудование имеет широкий температурный диапазон работы (от – 40 °С до +75 °С) и полную пожизненную гарантию.
Серия KBC FDVA (KBC)
Используя передовые технологии цифровой обработки, обеспечивает хорошие эксплуатационные характеристики для CCTV. Поддерживается передача одного аналогового композитного видеоканала через многомодовое (до 4 км) или одномодовое (до 42 км) оптоволокно. В одном устройстве возможно размещение одного, двух или четырех модулей, что обеспечивает существенную экономию места в стойке и потребления электроэнергии на месте. Данная серия доступна в различных конфигурациях: компактной, с креплением на стену или в виде платы для крейта 3U. Полностью поддерживаются стандарты PAL, NTSC и SECAM. Передача несжатого видеосигнала с 8-битной цифровой кодировкой. 4-канальный модуль для крепления на стену или в виде платы. До 56 приемников в одном крейте 3U.
Рабочая температура – от -40 °С до +70 °C. Рабочая влажность – от 0 до 95% без образования конденсата. Средняя наработка на отказ (MTBF): > 100 000 часов.
Оптоволоконный приемник SF42A2S5R/W-N и оптоволоконный передатчик SF42A2S5T/W-N (SF&T)
Устройства обеспечивают передачу по одномодовому оптическому волокну стандарта 9/125 мкм на расстояние до 40 км 4 видеосигналов с использованием цифрового кодирования высокого качества, 1 аудиосигнала (возможно увеличение до 8 аудиоканалов) и 1 двунаправленного сигнала управления (максимально 3 канала).
Устройства имеют широкий оптический динамический диапазон, оптические аттенюаторы не требуется. Совместимы с любыми камерами CCTV систем NTSC, PAL или SECAM. Полоса пропускания – 5 Гц–10 МГц. Устройства соответствуют стандартам NEMA & CALTRANS Traffic Signal Control Equipment Specifications.
Мультиплексная передача в режиме реального времени, поддержка plug-and-play.
Оборудование не требует дополнительных настроек, может использоваться в качестве отдельных модулей или на установку в стойке (опция). Имеется светодиодная индикация, встроенная грозозащита. Рабочая температура от -40 °С до +70 °С. Гарантия – 3 года.