以太網同軸電纜傳輸技術在高速公路圖像監控升級改造的應用

王淳宇+孫偉光+王偉

摘 要：文章給出了一種以太網傳同軸電纜傳輸技術以及其在高速公路圖像監控升級改造的應用方法。

關鍵詞：以太網；同軸電纜傳輸；高清圖像監控

中圖分類號：U412.36+6 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0034-02

前言

近年來高速公路行業圖像監控正在由標清向高清化過渡。新的系統已經全部按高清系統設計規劃，但原有系統正在逐步升級改造。在此過程中，由于傳輸模擬圖像的同軸電纜和傳輸以太網的五類線傳輸電纜完全不一樣，導致升級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，最好是升級改造不動原來已經布設的同軸電纜，僅僅更換攝像機和對端設備，以在最短的時間內完成現場設備升級安裝，解決重新布線面臨的困難和矛盾。

1 以太網同軸電纜傳輸技術和應用方法介紹

以太網同軸電纜傳輸技術：

1.1 以太網調制傳輸技術介紹

以太網調制傳輸技術是基于在一根同軸電纜上實現雙向數字信號調制傳輸的應用。在發送端，利用調制技術將以太網數據進行調制，把載有信息的高頻信號在同軸電纜上進行傳輸；在接收端，先經過濾波器將發送端過來的調制信號取出，再經過解調，就可得到原以太網通信信號，并傳送到以太網交換機或者其他以太網終端，實現以太網信號的傳輸。反方向也是同樣的機理。具體的同軸電纜載波雙向傳輸技術的設計思想：由調制器、振蕩器、功放、T/R轉向開關、耦合電路和解調器等部分組成的傳輸模塊，其中振蕩器是為調制器提供一個載波信號。在發射數據時，待發信號從TXD端發出后，經調制器進行調制，然后將已調信號送到功放級進行放大，再經過 T/R轉向開關和耦合電路把已調信號加載到同軸電纜上。接收數據時，發射模塊發送出的已調信號通過耦合電路和T/R 轉向開關進入解調器，經解調器解調后提取原始信號，并將原始信號從RXD 端送到下一級的數字設備中。

由于采用OFDM調試方式，即正交頻分復用。可以在嚴重電磁干擾的通信環境下保證數據穩定完整地傳輸。其頻率范圍覆蓋4-21MHz的通信頻段，并在這個頻段內劃分了84個OFDM通信信道。OFDM的原理是幾個通信信道按90度的相位作頻分，這樣的結果是當某一個信道波形過零點時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因外來的干擾而交疊、串擾。

1.2 以太網調制傳輸技術應用

由于100M以太網在五類線電纜中傳輸的距離一般只有100米左右，且在安防網絡高清圖像升級改造中需要充分利用已有的同軸電纜資源，減少重復布線，不破壞原有的裝修環境，因此采用數字調制技術的以太網同軸電纜傳輸器可以在長達2000米的同軸電纜中可靠地傳輸雙向以太網信號。

以太網同軸電纜傳輸轉換器以該調制技術為基礎，在發送端提供了一個RJ45以太網口和一個同軸電纜連接口，在接收端提供了一個同軸電纜連接口和一個RJ45以太網口，以同軸電纜作為傳輸介質實現雙向以太網信號的傳輸。

2 以太網同軸電纜傳輸轉換器的技術原理

以太網同軸電纜傳輸轉換器主電路的技術原理圖示如下：

其中，AFE電路實現以下基本功能：（1）信號放大：當接收到的信號過于微弱，滿足不了系統載噪比的時候，就需要對信號采用低噪聲放大器進行放大，以提高信號載噪比。（2）頻率變換：為了避開信道干擾，需要對某些通訊頻道進行變換。（3）調制和解調：對收發的數字以太網信號進行調制，調制方式為OFDM。（4）信號混合：將所有處理后的信號混合，以便在1條同軸電纜中傳輸。

3 以太網同軸電纜傳輸轉換器PoE技術

在以太網同軸電纜傳輸轉換器中，為了簡化終端設備供電布線，以太網口可以采用PoE技術，通過轉換器的以太網口為終端設備供電。參見圖示：

PoE攝像機可以通過五類線直接由同軸電纜以太網傳輸轉換器的RJ45電口為其供電，無需再鋪設供電電纜。

PoE最大提供設備終端的功率可以達到25W，滿足IEEE802.3at標準。

4 以太網同軸電纜傳輸轉換器電源共纜傳輸技術

4.1 以太網同軸電纜供電技術簡介

以太網同軸電纜供電是藉由中心接收端設備向遠端設備供電的技術，在一根同軸電纜中既傳輸雙向以太網信號，又通過同軸電纜向遠端發射設備供電。該供電不僅僅為遠端發射設備提供電源，也允許通過遠端發射設備同時向終端以太網設備供電，比如支持PoE的高清網絡攝像機，或者通過遠端發射單元將網絡和電源分離后單獨為非PoE設備（如高清網絡攝像機）供電。

參見圖示：

4.2 以太網同軸電纜供電保護

在以太網同軸電纜共纜供電應用中，非常重要的問題就是供電安全和保護功能。

在實際應用中，同軸電纜接頭容易產生短路問題，同時各種情況下的過流和非法負載接入等等都是事故隱患。因此同軸電纜共纜供電技術的核心就是供電保護。

供電保護保護電纜和終端負載的短路電流保護、終端的過流過載保護、合法負載偵測確認保護等等。因此當中心端在準備供電時，實現需要發出一個較低的電壓和小電流來確認負載性質和狀況，只有當負載在合理的阻值范圍，且發出合法負載確認信息，中心端才會逐步提高供電電壓和驅動能力，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正確的“握手”信號才能由中心端向遠端發射單元供電。參見檢測邏輯圖：

5 以太網同軸電纜傳輸轉換器在高速公路隧道和服務區網絡高清圖像升級中的應用

在高速公路圖像監控應用中，隧道圖像監控系統是攝像機設置較為密集的場所，往往數十米就會設計安裝一個設想點位。在圖像監控由模擬標清到網絡高清升級改造中，由于模擬圖像的傳輸電纜介質形態與網絡高清攝像機完全不同，一個是同軸電纜，一個是五類線，如果直接升級改造勢必需要將同軸電纜換掉，全部重新布設五類線。而重新布線則涉及到為了安全施工需要封路，給升級改造帶來一定的難度。在服務區中的室內攝像機如果重新布線則涉及影響原有的裝修。

因此，結合以太網同軸電纜傳輸轉換器可以方便地降低高速公路隧道等場景圖像監控系統由標清升級為高清網絡圖像。采用該技術可以在隧道升級項目中，將以太網同軸電纜傳輸轉換器發射端連接于網絡高清攝像機的RJ45網口，可以直接沿用原來的同軸電纜將以太網傳輸至原光端機點位，再將節點光端機或者點對點光端機換成以太網同軸電纜轉換器的接收端+工業交換機即可完成系統的現場網絡高清升級。基本上無須封路，一個晚上即可完成整條隧道現場設備的升級安裝。

升級前系統：

升級后系統：

6 結束語

本文給出了一種以太網同軸電纜傳輸技術和解決方案。同時給出了該技術在高速公路由模擬標清向網絡高清升級改造中的應用方法。該技術已經在安防行業應用，應用證明穩定可靠。

參考文獻：

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[2]Liu Weilin，Widmer Hanspeter，Raffin Philippe. Broadband PLC Access Systems and Field Development in European Power Line Networks[J].IEEE Communications Magazine，2003，41（5）：114-118.