Мультиплексоры в волоконной оптике

Мультиплексоры в волоконной оптике отличаются от ранее описанных видеомультиплексоров. Мультиплексоры в волоконной оптике объединяют несколько сигналов в один, таким образом используя один волоконный кабель для одновременной передачи нескольких сигналов реального времени. Они особенно практичны в системах с недостаточным числом кабелей (по сравнению с количеством телекамер).

Существует несколько типов волоконных мультиплексоров. Самое простое и наиболее приемлемое (по средствам) мультиплексирование оптической передачи — это использование устройств спектрального разделения (WDM, wavelength division multiplexing). Эти устройства передают оптические сигналы от одного или нескольких источников, работающих на различных длинах волн, по одному кабелю. Такая передача становится возможна благодаря тому, что световые лучи различных длин волн не взаимодействуют (не пересекаются) друг с другом. Таким образом повышается пропускная способность кабеля, а в случае необходимости возможна также и двунаправленная передача данных.

Частотно-модулированное частотное мультиплексирование (FM-FDM, frequency-modulated frequency division multiplexing) — это экономически вполне приемлемое средство, достаточно невосприимчивое к шуму и искажениям, с хорошей линейной характеристикой и схемой средней степени сложности. На рынке существует всего несколько марок FM-FDM-мультиплексоров, предназначенных для систем видеонаблюдения. Эти устройства имеют 4, 8 или 16 каналов.

Амплитудная модуляция с частично подавленной боковой полосой, частотное мультиплексирование (AVSB-FDM, amplitude vestigial sideband modulation, frequency division multiplexing) — это еще один тип устройств, возможно, слишком дорогих для систем видеонаблюдения, но чрезвычайно привлекательных для абонентского телевидения: с качественной оптоэлектроникой устройство позволяет передавать до 80 каналов.

Импульсно-кодовая модуляция, частотное мультиплексирование (PCM-FDM) — еще один дорогой мультиплексор. Это полностью цифровое устройство, и интерес к нему будет расти вместе с распространением цифрового видео в видеонаблюдении.

Возможны также комбинации этих методов.

В видеонаблюдении чаще используются устройства FM-FDM, позволяющие передавать больше сигналов по одному кабелю. WDM-тип мультиплексирования особенно целесообразен для PTZ или пультов управления с матричным коммутатором. Видеосигналы передаются по раздельным оптоволоконным кабелям (один кабель на телекамеру), и только один кабель использует WDM для передачи управляющих данных в противоположном направлении.

Несмотря на то, что мультиплексирование в волоконной оптике становится все более доступным, следует отметить, что на стадии планирования инсталляции кабеля рекомендуется предусмотреть, по крайней мере, один резервный оптоволоконный кабель в дополнение к рабочему.

Рис. 10.47. Пример FM-FDM мультиплексирования (методом спектрального уплотнения) в волоконной оптике

Оптоволоконные устройства миниатюрны. Внешний диаметр используемого в видеонаблюдении и системах безопасности кабеля составляет всего лишь 125 мкм (1 мкм = 10^-6 м). Стекловолокно — материал относительно прочный, но все же легко ломается, если его изогнуть на угол, меньший определенного минимального радиуса. Поэтому характеристики кабеля должны обеспечивать адекватную механическую защиту и ударопрочность, сохраняя минимальный угол изгиба и обеспечивая легкость при укладке и обслуживании кабеля и стабильное качество передачи в течение времени жизни системы.

Общая конструкция может сильно различаться в зависимости от способа прокладки (подводный, подземный, воздушный, кабелепровод), числа каналов и пр. В любом случае кабель включает нечто вроде силовой (несущей) конструкции и жесткую внешнюю оболочку, обеспечивающую механическую защиту и защиту от воздействий окружающей среды.

По конструкции оптоволоконные кабели могут различаться довольно значительно: простой одноволоконный кабель, вставленный в трубку, стержень с пазами (открытый канал), ленточный, с защитным материалом (не обладающим оптическими свойствами).

Обсудим некоторые, наиболее распространенные в видеонаблюдении виды кабеля.

Одноволоконный и двухволоконный кабели обычно включают волокнистую силовую конструкцию (арамидную нить), покрывающую вторичную оболочку. Этот слой защищен пластиковой внешней оболочкой.

Рис. 10.48. Поперечное сечение волоконно-оптического кабеля

Рис. 10.49. Четырехволоконный кабель с силовой конструкцией

Рис. 10.50. Композитный оптико-металлический кабель

Рис. 10.51. Типичный волоконный кабель с силовыми конструкциями и наполнителями

Многоволоконный кабель может иметь множество конфигураций.

Самая простая — это группа нескольких одноволоконных кабелей с центральной силовой конструкцией внутри внешней оболочки. В качестве центральной силовой конструкции может использоваться эластичный стальной провод или укрепленная стекловолокном пластиковая жила. Такие кабели могут включать от двух до двенадцати или более коммуникационных световодов. Если в качестве центральной силовой конструкции используется пластиковая жила, то мы получим не содержащий металла оптоволоконный кабель. Такой кабель, состоящий целиком из полимеров и стекла, предназначен для установки внутри зданий. Кабель годится для многих типов систем, включая видеонаблюдение, системы безопасности, компьютерные линии и др. Такие мощные (предназначенные для работы в тяжелом режиме) кабели делаются жесткими, чтобы их можно было протягивать через кабельные каналы.

Трубочные кабели — это хорошая альтернатива одножильным кабелям и кабелям с пазухами. Оптические кабели защищены водонепроницаемой полиэстерной трубкой, наполненной гелем. Этот вид многоволоконного кабеля предназначен для прямой укладки или для кабелепроводов в протяженных системах. Он может быть сделан водонепроницаемым — с гелевым наполнителем или с воздухом под давлением.

Есть и другие конфигурации — с полиэтиленовым стержнем с пазами, что позволяет включать в кабель больше световодов. Этот тип предназначен для прямой подземной прокладки или для кабелепроводов в протяженных системах. Он может быть сделан водонепроницаемым — с гелевым наполнителем или с воздухом под давлением.

И наконец, еще один типа кабеля — это композитный оптико-металлический кабель. Такие кабели представляют собой комбинацию оптического волокна и изолированного медного провода и предназначены как для внутренней, так и для внешней укладки. Кабель может быть заполнен водозадерживающим веществом для защиты волокна от влаги, что необходимо, например, при прокладке кабеля под землей.

Рис. 10.52. Минимальный радиус изгиба

Поскольку оптоволоконный кабель намного легче любого другого кабеля, то укладывать его гораздо проще, чем электрический кабель такого же диаметра.