Вибір оптоволоконних передавачів відеосигналу

7


Давно відомо, що мідні лінії обмежені за своїми можливостями. Килогерцовый спектр телефонних каналів можна передати на десятки кілометрів. Мегагерцовий спектр відеосигналу – на сотні метрів. І це в оптимальних умовах, при відсутності перешкод. А якщо поряд, скажімо, електростанція або трамвайний парк, все стає набагато, набагато гірше. Звичайно, є способи, що дозволяють трохи поборотися з законами природи, але кардинальне поліпшення при сучасному рівні технології можливо лише при переході на оптичні лінії зв’язку, нечутливі до перешкод і шумів. Звичайно, волоконні лінії також мають свої обмеження, але вони істотно вище, ніж у мідних ліній. І вже свідомо оптичний кабель в будь-якому випадку абсолютно нечутливий до електромагнітних перешкод. Більше того, існують повністю діелектричні кабелі, які можна підвісити спільно з високовольтною лінією електропередачі.

Які ж нині існують пристрою для передачі відеосигналу по волокну?

По-перше, відео можна оцифрувати і передавати по мережах Ethernet, які теж на відстані більше 100 м нині існують тільки в оптоволоконном вигляді. Недоліком цього способу є суттєві спотворення сигналу, значно ускладнюють подальший аналіз зображення. Достоїнством – сумісність і широкий вибір різноманітних пристроїв, призначених для побудови комп’ютерних мереж.

Другий варіант – застосувати спеціалізовані пристрої для передачі відео по волокну. Сьогодні вони забезпечують помітно більш висока якість передачі. Якими ж бувають пристрої для передачі відео по волокну?

Найдешевші і давно відомі використовують пряму передачу НЧ-відеосигналу по оптичному волокну. В такому випадку сигнал на приймальному кінці також підданий загасання, причому нерівномірного по частотному спектру. Звичайно, таке загасання починає позначатися значно пізніше – найгірший волоконний кабель в поєднанні з некогерентним світлодіодним випромінювачем забезпечує смугу пропускання в районі 200 МГц на кілометр. Це означає, що один НЧ відеосигнал можна передати на 10-20 км без істотних спотворень у частотній області. Правда, є ще один параметр, який необхідно знати, – просто загасання, яке для дешевих пристроїв на довжині хвилі в районі 900 нм становить близько 3 дБ на кілометр. На жаль, сам по собі запас (так званий оптичний бюджет) пари передавач/приймач становить лише близько 50 дБ. Тому вже на 10 км лінії залишкове відношення сигнал/шум складе не більше 20 дБ, що прийнято вважати межею для хоч скільки-небудь прийнятного сигналу. Нарешті, рівень сигналу (загасання) при прямій передачі неминуче буде коливатися в залежності від погоди, натягу з’єднувачів, втоми (старіння) волокна. У найбільш дешевих пристроїв, що не мають навіть АРУ у приймальнику, це призводить до суттєвих коливань сигналу на виході. Звичайно, більшість моніторів має вбудовані ланцюга АРП, які самі відпрацюють принаймні +-6дБ, але багато пристроїв на зразок цифрових рекордерів можуть виявитися досить примхливими.

Зрозуміло, що такі пристрої, з передачею НЧ відеосигналу по визначенню одноканальні (передають по одному волокну тільки один канал відео). Варто відзначити, що навіть в такому випадку загальна вартість системи може виявитися нижче, ніж із застосуванням мідного кабелю, – адже волокна, особливо якщо один кабель містить багато волокон, істотно дешевше (і незрівнянно компактніше) мідного коаксіального кабелю.

Наступний тип пристроїв для передачі відео по волокну – з частотною модуляцією. Оскільки передача йде на несучій, бувають вироби багатоканальні. Так як смуга переданого сигналу значно ширше, ніж у відеосигналу (якщо в одне волокно вмістити 4 каналу, смуга зазвичай займає 150 МГц), то на дешевому кабелі з дешевим випромінювачем допустима дальність виходить приблизно 1 км (пам’ятаєте, вище я вже згадував, що такий параметр, як широкосмуговість волокна, може складати всього 200 МГц*км). Тому такі вироби навіть для передачі одного каналу нерідко виконують з узкополосными або лазерними передавачами, призначеними для одномодового волокна.

У чому переваги ЧС-передавачів? Передача з частотною модуляцією значно менш чутлива до нестабільності лінії передачі, так само як радіо в УКХ-ЧМ діапазоні значно чистіше від перешкод, ніж в АМ діапазонах. Тим не менш, сьогодні ці вироби майже не випускаються, вони витіснені цифровими передавачами.

Отже, третій тип передавачів, найбільш поширений у наш час, – цифрові. Звертаю увагу, це зовсім не те ж саме, що всілякі IP-камери. У цих пристроях не здійснюється цифрове стиснення сигналу, оцифрований сигнал передається безпосередньо, незважаючи на те, що він становить близько 150 Мбіт/с. на один канал.

Перевагою цифрових передавачів є повна відсутність перешкод до тих пір, поки сигнал доходить успішно. Правда, як тільки сигнал починає порівнюватися з шумами, на екрані це виглядає як жахливий сумбур, повністю приховує зображення. Така вже особливість цифрової передачі: поки сигнал більше, ніж шум, передача практично ідеальна. Але як тільки приймач починає помилятися в окремих бітах, виявляється, що помилки практично рівноймовірно можуть трапитися і в молодшому біті (його майже не видно), і в старшому (а це означає, що картинка буде білою замість чорної, або навпаки), або, що ще гірше, помилки в службових біт синхронізації призведуть до того, що біти випадково перемішаються і вийде приблизно те ж саме, як якщо намагатися по телевізору прийняти радіостанцію «Маяк».

Вибір оптоволоконних передавачів відеосигналу
Своєю популярністю цифрові системи зобов’язані швидкого здешевлення компонентів для комп’ютерних мереж. 100-мегабітні і гігабітні оптичні мережі поширені настільки широко, що компоненти для їх виробництва сталі значно дешевше, ніж теоретично більш прості, але менш поширені низькочастотні випромінювачі.

Крім того, для цифрової передачі зовсім необов’язково забезпечувати лінійність передатної характеристики випромінювача, він працює в двійковому режимі: або включений на повну потужність, або повністю вимкнений, що також знижує вимоги до нього. Тому-то цифрові передавачі нині становлять основну масу пропонованих на ринку.

Які особливості їх застосування? По-перше, як ви вже, напевно, помітили, цифровий сигнал сам по собі дуже широкополосен. Один канал відео займає 150 мегабіт в секунду, тобто приблизно 70 МГц. Згадувані вище некогерентные випромінювачі на довжину хвилі 800-900 нм навіть один канал можуть передати максимум на 1-2 км. Для цифрової передачі зазвичай використовуються лазери, подібні до тих, що стоять в CD-програвачах. Тим не менше навіть лазери з працею можуть забезпечити ефективну передачу по багатомодовому волокну. Тим більше якщо вони працюють на довжині хвилі 850 нм. Багатомодове волокно не призначене для передачі широкосмугових сигналів. Багатомодове волокно не призначене для роботи з лазерними випромінювачами. І хоча на практиці це можливо (зараз навіть випускається багатомодове волокно, сертифіковане на роботу з гігабітним Ethernet), дальність передачі зазвичай не перевищує 1 км
Виробники нерідко вказують, що їх пристрої можуть працювати на 2, 5 або навіть 10 км по багатомодовому волокну. Як правило, це означає, що випромінювачі застосовані якісні – лазери на 1300 нм. Проте якість роботи системи в цілому в такому випадку буде обмежено не випромінювачем, а кабелем. Гірше того, оскільки виробники волокна не призначають його для такого застосування – практично неможливо отримати від них необхідні параметри волокна для розрахунку проектної дальності (той самий параметр – мегагерци на кілометр, який істотно залежить від складу випромінювання і визначається виробником для основних випромінювачів, для яких волокно призначене). Вам може пощастити, і все буде працювати. А може виявитися, що навіть потужний лазерний випромінювач буде працювати лише на 2-3 км, і то сигнал буде порушуватися при зміні погодних умов (температури іноді незначно, на десяті частки децибела, підвищуються втрати в з’єднувачах. Зазвичай це несуттєво, але якщо ви працюєте на межі можливостей волокна – і це може виявитися останньою соломинкою).

Отже, якщо для вас істотні дальність передачі, слід використовувати одномодові передавачі. Тим більше що за ціною вони несуттєво відрізняються від багатомодових (деколи вони взагалі не відрізняються по конструкції, хоча у деяких виробників в багатомодових застосовуються трохи більш дешеві випромінювачі, забраковані при проходженні контролю на нормативи для одномодового застосування). До речі, одномодовий волоконний кабель дешевше, ніж багатомодовий. Це і зрозуміло, адже волокно діаметром 9 мікрон просто-напросто містить в собі набагато менше чистого скла, чим волокно діаметром 50 мікрон.

Чому ж взагалі досі ще застосовується багатомодове волокно? Справа в тому, що його трохи легше з’єднувати, особливо у випадку ремонту. Існують швидкомонтовані механічні з’єднувачі, що дозволяють обходитися без зварювання, без клею, без полірування. Ці з’єднувачі щодо дороги (10 доларів), тому їх не застосовують при масовому монтажі, але у випадку ремонту такий з’єднувач більш ніж доречний. Нагадаю, що всі проблеми з дальністю у цифрових пристроїв обумовлені саме смугою переданих частот, а зовсім не загасанням сигналу по амплітуді, а тому дещо більші втрати на механічному з’єднанні в порівнянні зі зварюванням несуттєві.

Для одномодового волокна такі з’єднувачі також існують, але вони ще дорожчі, вимагають значно більш обережного поводження і вносять ще більшу загасання. Як же вибрати? Якщо потрібно передати на кілометр-два, можна використовувати багатомодові пристрою. Якщо ви очікуєте часті пошкодження і необхідно здійснювати ремонт не дуже кваліфікованим персоналом, краще використовувати багатомодове волокно, відповідно, спроектувавши систему або перевіривши зразки волокна перед закупівлею на заводі. У всіх інших випадках одномодові пристрою забезпечать незрівнянно більш якісну роботу. Для порівняння скажу, що якщо для багатомодового волокна широкосмуговість становить 200-500 МГц*км в діапазоні 850 нм і в кращому випадку 2000 МГц*км в діапазоні 1300 нм, то для одномодового волокна широкосмуговість, як правило, приймає значення в районі 20 000 МГц*км, тобто типовий 4-канальний передавач впевнено працює приблизно на 50 км.

На що ще слід звернути увагу при виборі цифрового передавача відео по волокну. Розрядність. Її часто указують у рекламі. Якщо не зазначено, значить, 8 біт. Якщо 10 чи 12 біт, виробник не забуде це підкреслити. Наскільки важлива розрядність? Для кольорового сигналу іноді може виявитися важливою. Однак не менш (а може бути, навіть більш) важливою є і частота дискретизації, яку ви навряд чи знайдете в описах пристроїв. І нерідко підвищення розрядності відбувається саме за рахунок зниження частоти дискретизації. Втім, повторюся, це важливо лише для кольорового сигналу. Та й перевірити якість передачі дуже легко. Оскільки цифровий сигнал передається, або ні, якість можна перевірити навіть на метровому шматку волокна, прямо на столі. Скористайтеся стандартною телевізійної кольоровий таблицею або просто смугастої таблицею різних кольорів, гарною відеокамерою і монітором і подивіться, наскільки гірше зображення з пропонованим передавачем порівняно з прямим з’єднанням камери з монітором. На реальному об’єкті якість буде таке ж, як і на короткому шматку волокна.

Вибір оптоволоконних передавачів відеосигналу
Зверніть увагу на температурний діапазон роботи передавачів. Саме передавачів, оскільки вони зазвичай встановлюються недалеко від відеокамер, на вулиці, де-то рівномірно вздовж багатокілометрового периметра об’єкта. Дивіться, щоб вам не довелося будувати для передавачів теплу хатинку. До речі, передавачі Ethernet по волокну, як правило, призначені саме для теплих хатинок, а рідкісні версії з індустріальним діапазоном температур значно дорожче звичайних. Які ще бувають особливості?

Не настільки істотні для роботи, але часом значно полегшують життя. Наприклад, пристрої можуть монтуватися в 19″ стійку, що буває зручно в переповненому центральному пункті.

Пристрої можуть харчуватися від виносного блоку живлення (це популярно в імпортних пристроїв) або безпосередньо від 220 В. Дивіться, що вам зручніше. Виносні блоки живлення нерідко такі, що їх можна увіткнути тільки безпосередньо в розетки, а це зайві роз’ємні з’єднання, що не підвищує надійність системи.

Бувають універсальні пристрої, які легко монтуються на стінку, так і в стійку, які працюють як по одномодовому, так і по багатомодовому волокну, можуть працювати від 220 вольт, так і від зовнішнього низьковольтного живлення. Але така універсальність важлива хіба що дистриб’юторам, щоб не зберігати на складі великий асортимент пристроїв. У кожному конкретному проекті більш або менш відомо, що конкретно потрібно, і вже міняти кабель в процесі експлуатації точно ніхто не буде.