以太網(wǎng)同軸電纜傳輸技術(shù)在高速公路圖像監(jiān)控升級(jí)改造的應(yīng)用

王淳宇+孫偉光+王偉

摘 要：文章給出了一種以太網(wǎng)傳同軸電纜傳輸技術(shù)以及其在高速公路圖像監(jiān)控升級(jí)改造的應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：以太網(wǎng)；同軸電纜傳輸；高清圖像監(jiān)控

中圖分類(lèi)號(hào)：U412.36+6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）19-0034-02

前言

近年來(lái)高速公路行業(yè)圖像監(jiān)控正在由標(biāo)清向高清化過(guò)渡。新的系統(tǒng)已經(jīng)全部按高清系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)劃，但原有系統(tǒng)正在逐步升級(jí)改造。在此過(guò)程中，由于傳輸模擬圖像的同軸電纜和傳輸以太網(wǎng)的五類(lèi)線傳輸電纜完全不一樣，導(dǎo)致升級(jí)改造必須全部更換傳輸線纜。在一些地方，如隧道等一些路段，重新布線面臨施工安全和封路的矛盾，最好是升級(jí)改造不動(dòng)原來(lái)已經(jīng)布設(shè)的同軸電纜，僅僅更換攝像機(jī)和對(duì)端設(shè)備，以在最短的時(shí)間內(nèi)完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備升級(jí)安裝，解決重新布線面臨的困難和矛盾。

1 以太網(wǎng)同軸電纜傳輸技術(shù)和應(yīng)用方法介紹

以太網(wǎng)同軸電纜傳輸技術(shù)：

1.1 以太網(wǎng)調(diào)制傳輸技術(shù)介紹

以太網(wǎng)調(diào)制傳輸技術(shù)是基于在一根同軸電纜上實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)字信號(hào)調(diào)制傳輸?shù)膽?yīng)用。在發(fā)送端，利用調(diào)制技術(shù)將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，把載有信息的高頻信號(hào)在同軸電纜上進(jìn)行傳輸；在接收端，先經(jīng)過(guò)濾波器將發(fā)送端過(guò)來(lái)的調(diào)制信號(hào)取出，再經(jīng)過(guò)解調(diào)，就可得到原以太網(wǎng)通信信號(hào)，并傳送到以太網(wǎng)交換機(jī)或者其他以太網(wǎng)終端，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)信號(hào)的傳輸。反方向也是同樣的機(jī)理。具體的同軸電纜載波雙向傳輸技術(shù)的設(shè)計(jì)思想：由調(diào)制器、振蕩器、功放、T/R轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)、耦合電路和解調(diào)器等部分組成的傳輸模塊，其中振蕩器是為調(diào)制器提供一個(gè)載波信號(hào)。在發(fā)射數(shù)據(jù)時(shí)，待發(fā)信號(hào)從TXD端發(fā)出后，經(jīng)調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制，然后將已調(diào)信號(hào)送到功放級(jí)進(jìn)行放大，再經(jīng)過(guò) T/R轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)和耦合電路把已調(diào)信號(hào)加載到同軸電纜上。接收數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)射模塊發(fā)送出的已調(diào)信號(hào)通過(guò)耦合電路和T/R 轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)進(jìn)入解調(diào)器，經(jīng)解調(diào)器解調(diào)后提取原始信號(hào)，并將原始信號(hào)從RXD 端送到下一級(jí)的數(shù)字設(shè)備中。

由于采用OFDM調(diào)試方式，即正交頻分復(fù)用。可以在嚴(yán)重電磁干擾的通信環(huán)境下保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定完整地傳輸。其頻率范圍覆蓋4-21MHz的通信頻段，并在這個(gè)頻段內(nèi)劃分了84個(gè)OFDM通信信道。OFDM的原理是幾個(gè)通信信道按90度的相位作頻分，這樣的結(jié)果是當(dāng)某一個(gè)信道波形過(guò)零點(diǎn)時(shí)相鄰信道的波形恰好是幅值最大值，這樣就保證了信道間的波形不會(huì)因外來(lái)的干擾而交疊、串?dāng)_。

1.2 以太網(wǎng)調(diào)制傳輸技術(shù)應(yīng)用

由于100M以太網(wǎng)在五類(lèi)線電纜中傳輸?shù)木嚯x一般只有100米左右，且在安防網(wǎng)絡(luò)高清圖像升級(jí)改造中需要充分利用已有的同軸電纜資源，減少重復(fù)布線，不破壞原有的裝修環(huán)境，因此采用數(shù)字調(diào)制技術(shù)的以太網(wǎng)同軸電纜傳輸器可以在長(zhǎng)達(dá)2000米的同軸電纜中可靠地傳輸雙向以太網(wǎng)信號(hào)。

以太網(wǎng)同軸電纜傳輸轉(zhuǎn)換器以該調(diào)制技術(shù)為基礎(chǔ)，在發(fā)送端提供了一個(gè)RJ45以太網(wǎng)口和一個(gè)同軸電纜連接口，在接收端提供了一個(gè)同軸電纜連接口和一個(gè)RJ45以太網(wǎng)口，以同軸電纜作為傳輸介質(zhì)實(shí)現(xiàn)雙向以太網(wǎng)信號(hào)的傳輸。

2 以太網(wǎng)同軸電纜傳輸轉(zhuǎn)換器的技術(shù)原理

以太網(wǎng)同軸電纜傳輸轉(zhuǎn)換器主電路的技術(shù)原理圖示如下：

其中，AFE電路實(shí)現(xiàn)以下基本功能：（1）信號(hào)放大：當(dāng)接收到的信號(hào)過(guò)于微弱，滿足不了系統(tǒng)載噪比的時(shí)候，就需要對(duì)信號(hào)采用低噪聲放大器進(jìn)行放大，以提高信號(hào)載噪比。（2）頻率變換：為了避開(kāi)信道干擾，需要對(duì)某些通訊頻道進(jìn)行變換。（3）調(diào)制和解調(diào)：對(duì)收發(fā)的數(shù)字以太網(wǎng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制方式為OFDM。（4）信號(hào)混合：將所有處理后的信號(hào)混合，以便在1條同軸電纜中傳輸。

3 以太網(wǎng)同軸電纜傳輸轉(zhuǎn)換器PoE技術(shù)

在以太網(wǎng)同軸電纜傳輸轉(zhuǎn)換器中，為了簡(jiǎn)化終端設(shè)備供電布線，以太網(wǎng)口可以采用PoE技術(shù)，通過(guò)轉(zhuǎn)換器的以太網(wǎng)口為終端設(shè)備供電。參見(jiàn)圖示：

PoE攝像機(jī)可以通過(guò)五類(lèi)線直接由同軸電纜以太網(wǎng)傳輸轉(zhuǎn)換器的RJ45電口為其供電，無(wú)需再鋪設(shè)供電電纜。

PoE最大提供設(shè)備終端的功率可以達(dá)到25W，滿足IEEE802.3at標(biāo)準(zhǔn)。

4 以太網(wǎng)同軸電纜傳輸轉(zhuǎn)換器電源共纜傳輸技術(shù)

4.1 以太網(wǎng)同軸電纜供電技術(shù)簡(jiǎn)介

以太網(wǎng)同軸電纜供電是藉由中心接收端設(shè)備向遠(yuǎn)端設(shè)備供電的技術(shù)，在一根同軸電纜中既傳輸雙向以太網(wǎng)信號(hào)，又通過(guò)同軸電纜向遠(yuǎn)端發(fā)射設(shè)備供電。該供電不僅僅為遠(yuǎn)端發(fā)射設(shè)備提供電源，也允許通過(guò)遠(yuǎn)端發(fā)射設(shè)備同時(shí)向終端以太網(wǎng)設(shè)備供電，比如支持PoE的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，或者通過(guò)遠(yuǎn)端發(fā)射單元將網(wǎng)絡(luò)和電源分離后單獨(dú)為非PoE設(shè)備（如高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)）供電。

參見(jiàn)圖示：

4.2 以太網(wǎng)同軸電纜供電保護(hù)

在以太網(wǎng)同軸電纜共纜供電應(yīng)用中，非常重要的問(wèn)題就是供電安全和保護(hù)功能。

在實(shí)際應(yīng)用中，同軸電纜接頭容易產(chǎn)生短路問(wèn)題，同時(shí)各種情況下的過(guò)流和非法負(fù)載接入等等都是事故隱患。因此同軸電纜共纜供電技術(shù)的核心就是供電保護(hù)。

供電保護(hù)保護(hù)電纜和終端負(fù)載的短路電流保護(hù)、終端的過(guò)流過(guò)載保護(hù)、合法負(fù)載偵測(cè)確認(rèn)保護(hù)等等。因此當(dāng)中心端在準(zhǔn)備供電時(shí)，實(shí)現(xiàn)需要發(fā)出一個(gè)較低的電壓和小電流來(lái)確認(rèn)負(fù)載性質(zhì)和狀況，只有當(dāng)負(fù)載在合理的阻值范圍，且發(fā)出合法負(fù)載確認(rèn)信息，中心端才會(huì)逐步提高供電電壓和驅(qū)動(dòng)能力，以確保供電安全。因此，在建立正常供電之前，首先要建立兩端的通訊和確認(rèn)正確的“握手”信號(hào)才能由中心端向遠(yuǎn)端發(fā)射單元供電。參見(jiàn)檢測(cè)邏輯圖：

5 以太網(wǎng)同軸電纜傳輸轉(zhuǎn)換器在高速公路隧道和服務(wù)區(qū)網(wǎng)絡(luò)高清圖像升級(jí)中的應(yīng)用

在高速公路圖像監(jiān)控應(yīng)用中，隧道圖像監(jiān)控系統(tǒng)是攝像機(jī)設(shè)置較為密集的場(chǎng)所，往往數(shù)十米就會(huì)設(shè)計(jì)安裝一個(gè)設(shè)想點(diǎn)位。在圖像監(jiān)控由模擬標(biāo)清到網(wǎng)絡(luò)高清升級(jí)改造中，由于模擬圖像的傳輸電纜介質(zhì)形態(tài)與網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)完全不同，一個(gè)是同軸電纜，一個(gè)是五類(lèi)線，如果直接升級(jí)改造勢(shì)必需要將同軸電纜換掉，全部重新布設(shè)五類(lèi)線。而重新布線則涉及到為了安全施工需要封路，給升級(jí)改造帶來(lái)一定的難度。在服務(wù)區(qū)中的室內(nèi)攝像機(jī)如果重新布線則涉及影響原有的裝修。

因此，結(jié)合以太網(wǎng)同軸電纜傳輸轉(zhuǎn)換器可以方便地降低高速公路隧道等場(chǎng)景圖像監(jiān)控系統(tǒng)由標(biāo)清升級(jí)為高清網(wǎng)絡(luò)圖像。采用該技術(shù)可以在隧道升級(jí)項(xiàng)目中，將以太網(wǎng)同軸電纜傳輸轉(zhuǎn)換器發(fā)射端連接于網(wǎng)絡(luò)高清攝像機(jī)的RJ45網(wǎng)口，可以直接沿用原來(lái)的同軸電纜將以太網(wǎng)傳輸至原光端機(jī)點(diǎn)位，再將節(jié)點(diǎn)光端機(jī)或者點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光端機(jī)換成以太網(wǎng)同軸電纜轉(zhuǎn)換器的接收端+工業(yè)交換機(jī)即可完成系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)高清升級(jí)。基本上無(wú)須封路，一個(gè)晚上即可完成整條隧道現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的升級(jí)安裝。

升級(jí)前系統(tǒng)：

升級(jí)后系統(tǒng)：

6 結(jié)束語(yǔ)

本文給出了一種以太網(wǎng)同軸電纜傳輸技術(shù)和解決方案。同時(shí)給出了該技術(shù)在高速公路由模擬標(biāo)清向網(wǎng)絡(luò)高清升級(jí)改造中的應(yīng)用方法。該技術(shù)已經(jīng)在安防行業(yè)應(yīng)用，應(yīng)用證明穩(wěn)定可靠。

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