摘要：光端機分為模擬光端機和數(shù)字光端機，數(shù)字光端機在穩(wěn)定性、信號失真方面比模擬光端機具有得天獨厚的優(yōu)勢，所以數(shù)字光端機逐步替代了模擬光端機。近年來，數(shù)字光端機在安防行業(yè)的廣泛應用，加速了光端機的發(fā)展。隨著高清時代的到來，數(shù)字化、多功能化、智能化、標準化、集成化必將是光端機技術的未來發(fā)展方向。

關鍵詞：光端機、光發(fā)送機、光接收機、數(shù)字光端機、調制、解調、均衡器

隨著通信技術的飛速發(fā)展，光纖通信技術已成為通信的重要手段。光纖傳輸系統(tǒng)具有容量大，傳輸距離遠,抗干擾性強等優(yōu)勢,在通信傳輸方面有著不可替代的地位.光纖通訊容量大,理論可利用帶寬可達50000GHz，無中繼傳輸距離可達50－80公里,光纖由玻璃做成,抗電磁干擾,傳輸質量好,可用于電力網和變電所內等強電磁環(huán)境中.

光端機的發(fā)展

     光端機從國外引進，經由模仿制造到*自主知識產權的自主創(chuàng)造，經歷了從模擬技術到數(shù)字化技術過渡，實現(xiàn)了從功能單一到多業(yè)務綜合傳輸?shù)娘w躍，由少量使用到大規(guī)模應用，光端機伴隨著應用技術的發(fā)展一步步地走向了成熟。

光端機的工作原理

    光端機就是用來將光信號和電信號互相轉換的一種設備,它對所傳信號不會有任何壓縮.它的作用主要就是實現(xiàn)電-光和光-電轉換。光端機一般分為光發(fā)射機和光接收機。

光發(fā)送機的功能

    光發(fā)送機把電端機輸出的數(shù)字信號對光源進行直接光強度調制轉換為光信號，并用耦合技術有效注入光纖線路。電/光轉換是用承載信息的數(shù)字電信號對光源進行調制實現(xiàn)。光發(fā)送機由輸入碼型變換電路、光發(fā)送電路組成。其中，輸入碼型轉換電路用CPLD或FPGA來實現(xiàn)。

光纖通信系統(tǒng)中對光源的基本要求

a. 光源發(fā)光波長必須與光纖的低損耗工作波長相一致

b. 光源的輸出功率必須足夠大

c. 光源應有很高的可靠性；

d. 光源的譜線寬度要窄；

e. 電光轉換效率要盡量高

f. 光源應便于調制

g. 光源應體積小、重量輕，便于安裝。

光發(fā)送機的主要指標

光發(fā)送機的指標很多，從應用的角度主要指標有：

平均發(fā)送光功率及穩(wěn)定度：平均發(fā)送光功率又稱為品軍輸出光功率，通常是指光源尾巴光纖的平均輸出光功率。

消光比：消光比定義為zui大平均發(fā)送光功率與zui小法光功率之比。

光接收機的功能

光接收機的作用是把經光線傳輸后幅度被衰減，波形被展寬的微弱光信號轉換為電信號，并處理放大，恢復為原發(fā)射的數(shù)字序列。

管接收機的主要性能指標：

接收靈敏度：在一定誤碼率條件下接收機能監(jiān)測到的zui小平均信號光功率。

接受動態(tài)范圍：在一定誤碼率條件下，接收機能監(jiān)測到的zui小平均接受光功率與zui大平均接受光功率之間的比值。

光端機分類

     從傳輸方式上光端機分為數(shù)字光端機和模擬光端機兩類。數(shù)字光端機是將所要傳輸?shù)膱D像、語音以及數(shù)據(jù)信號進行數(shù)字化處理，再將這些數(shù)字信號進行復用處理，使多路低速的數(shù)字信號轉換成一路高速信號，并將這一信號轉換成光信號。在接收端將光信號還原成電信號，還原的高速信號分解出原來的多路低速信號，zui后再將這些數(shù)據(jù)信號還原成圖像、語音以及數(shù)據(jù)信號。模擬光端機就是將要傳輸?shù)男盘栠M行幅度或頻率調制然后將調制好的電信號轉化成光信號。在接收端將光信號還原成電信號，再把信號進行解調，還原出圖像、語音或數(shù)據(jù)信號.下面我們一起討論下數(shù)字光端機與模擬光端機的區(qū)別:傳輸?shù)男盘柗绞讲煌?nbsp;
      模擬光端機上光頭發(fā)射的光信號是模擬光調制信號，它隨輸入的模擬載波信號的幅度、頻率、相位變化引起光信號幅度、頻率、相位變化而分別稱為調幅、調頻、調相光端機。而數(shù)字光端機上光頭發(fā)射的光信號是數(shù)字信號即0或1對應光信號強、弱兩種狀態(tài)，不同的0和1組合代表不同幅度的視頻、音頻、數(shù)據(jù)信號。  
      信號輸入、輸出處理方式不同  
      無論模擬、數(shù)字光端機，對輸入的基帶的視頻、音頻、數(shù)據(jù)信號都必須進行處理。對于模擬調幅光端機，處理方式是將視頻、音頻、數(shù)據(jù)的幅度對一高頻載波信號進行調制，使高頻載波信號的幅度、頻率、相位隨視頻、音頻、數(shù)據(jù)的幅度變化而變化。而數(shù)字式光端機對輸入的基帶的視頻、音頻、數(shù)據(jù)進行高分辨率的模擬-數(shù)字轉換，如1Vp-p幅度范圍的幅度信號利用12bits的數(shù)字信號來表示，1V等分成4096，因此模數(shù)轉換后引起的zui大電壓幅度誤差為1/4096V（約2.5mV）,此誤差電壓稱為量化誤差電壓，各種幅度的電壓數(shù)值從0V、1/4096V、2/4096V...zui大1V分別對應的數(shù)字編碼為000000000000、11111111111數(shù)字編碼信號直接控制光頭發(fā)射的光信號的強、弱兩種狀態(tài)（對應0或1），接收光端機再將數(shù)字編碼進行數(shù)字-模擬轉換，恢復成原始的基帶的視頻、音頻、數(shù)據(jù)信號。 
      處理方式的不同，引起的視頻、音頻、數(shù)據(jù)信號信號失真、變畸變、干擾不同 
      模擬光端機由于要進行調幅、調頻、調相，所以模擬信號的幅度的變化與載波信號因調制而引起的幅度、頻率、相位的變化是否為一一對應的線形關系成為擬光端機質量好壞的關鍵，到目前為止，很難做到真正線性調制，非線形必然引起信號失真；同時調制好的載波信號信號還要調制光信號，光信號的非線性也是一個非常重要的因素，*，光器件的非線性與環(huán)境溫度變化、工作電壓的穩(wěn)定性、光發(fā)射功率有很大的影響,因此光器件在生產時需進行7-10天的熱循環(huán)老化等等工藝篩選、老化、測試也只能以將這種變換控制在一定的范圍；光信號在光纖中長距離傳輸，會引起光信號的功率衰減，傳輸頻率漂移、相位失真，光信號色散效應同樣也會引起光信號畸變；光信號到達接收端，接收光器件仍然要引起非線性失真，由光電轉換后的模擬信號進入解調，解調與調制一樣會產生非線性畸變。所以綜合模擬光端機，從輸入信號調制-電光轉換-光輸-光電轉換-解調這五個過程，都會引起非線形失真，而這些信號畸變失真是固有的，所以是不可消除的，所以模擬光端機傳輸視頻圖象、音頻質量、數(shù)據(jù)的效果很難達到很滿意的效果。數(shù)字式光端機僅只有模數(shù)轉換的量化誤差（如1V視頻信號12bits時僅為2.5mv)，不足以引起信號畸變。  
      多路信號同傳引起的交調失真  
      在現(xiàn)場監(jiān)控應用中，用戶可能有許多各種信號，如視頻圖像、音頻、數(shù)據(jù)、以太網、或其它用戶自定義的信號，每種信號分別用一對光端機來傳輸，必然價格昂貴，所以為了提高光纖的利用效率，降低成本，必須的各種信號在光端機進行復用，以便在一對或一根光纖上傳輸。對調頻、調幅、調相光端機來講，傳輸10/100M以太網信號或多路等高速信號是難以做到的，將多路視頻或音頻信號混合調頻、調幅、調相在某一載波上必然會引起各種鏡像、交調干擾。所以目前市場上不乏很多國外品牌的調頻、調幅、調相光端機多路視頻、音頻、數(shù)據(jù)同傳時經常出現(xiàn)相互干擾的現(xiàn)象，這些不穩(wěn)定的現(xiàn)象都是模擬調制技術長期以來一直所固有的缺點。所以模擬光端機傳輸信號容量有限，一般不會超過4路信號同傳。而數(shù)字光端機傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，很容易進行大容量復用并且不會出現(xiàn)相互干擾。  
      穩(wěn)定性不同  
      模擬調制光端機由于采取載波調制方式，載波及光頭很容易受環(huán)境溫度影響。出現(xiàn)傳輸質量隨環(huán)境變化而變化的缺點。正因為這種缺點，對一些大型、重要工程來講，模擬光端機的維護成了很令人頭疼的問題，由此也給很多工程承包商或業(yè)主帶來了很大不滿。所以對一些重要的工程選用數(shù)字光端機是一種明智的選擇。正因為數(shù)字光端機有如此多的優(yōu)點,所以在工程應用方面,廣泛使用數(shù)字光端機以成為大勢所趨。

數(shù)字光端機的發(fā)展歷程以及在安防領域的發(fā)展趨勢。 
      2001～2003年，隨著寬帶數(shù)字光傳輸器件技術以及數(shù)字視頻技術的飛速發(fā)展，數(shù)字光端機開始走向市場。由于在市場以及應用領域上，數(shù)字光端機和模擬光端機基本重疊，所以數(shù)字光端機憑借其優(yōu)勢，在短時間內就占據(jù)了模擬光端機的市場，并使得國內外眾多光端機廠商趨之若騖。是什么原因導致這樣的情況呢？期待已久的新一代光端機技術具有怎么樣的*性呢？ 
      數(shù)字光端機是將多路模擬基帶的視頻、音頻、數(shù)據(jù)進行高分辨率數(shù)字化，形成高速數(shù)字流，然后將多路數(shù)字流進行復用，通過發(fā)射光端機進行發(fā)射；另一端的接收光端機進行接收，解復用，恢復成各路數(shù)字化信號，再通過數(shù)字/模擬轉換恢復成模擬視頻、音頻、數(shù)據(jù)。 
      將模擬信號*行數(shù)字化處理后再進行傳輸是光端機技術的質的飛躍性發(fā)展。數(shù)字光端機不僅能解決前面所說的模擬光端機的諸多問題，并且還具有*的優(yōu)勢： 
 

傳輸容量大，業(yè)務種類繁多 
      傳統(tǒng)的模擬光端機之所以被打敗、市場被吞噬*是因為模擬光端機自身的缺陷造成的，它傳輸?shù)男盘柸萘坑邢蓿荒艹浞掷霉饫w的帶寬；傳輸?shù)男盘柗N類也比較單一，也就是視頻、音頻、RS-232、RS－422等低速數(shù)據(jù)等幾種信號，這和當前多樣化的市場需求是極不相符的。而數(shù)字光端機能夠更好的利用光纖帶寬資源，能夠傳輸更大容量的信號，例如，按照模擬視頻技術的普遍水平，模擬光端機zui多可在一芯光纖上傳輸32路視頻信號，而數(shù)字光端機的傳輸容量能達到單纖傳輸上百路的非壓縮視頻。可使用一根光纖同時傳輸多達8路視頻（采用CWDM可達64路）以及多路雙向音頻、多路雙向數(shù)據(jù)、以太網、開關量等。這極大的豐富了光端機傳輸?shù)男盘柗N類。所以傳輸容量的提升，提高了光纖帶寬的利用率，降低了傳輸系統(tǒng)的成本，提高了性價比。 
      信號質量好還是以信噪比指標為例，視頻圖像的信噪比指標在8bit分辨量化級的情況下可以輕松達到60dB，在10bit分辨量化級的情況下甚至可以達到70dB。再者，由于將傳輸信號數(shù)字化，也避免了模擬光端機傳輸中傳輸通道之間相互干擾的問題。此外，數(shù)字光端機傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，不存在模擬信號那樣的衰減，經過無損中繼理論上的傳輸距離達到無限遠。 

提供新技術的應用基礎 
      將模擬信號數(shù)字化，使得光端機向標準化、模塊化方面發(fā)展成為可能；同時，和其他眾多數(shù)字化設備一樣，數(shù)字光端機實現(xiàn)設備自身的監(jiān)控和管理成也為可能。所以，信號數(shù)字化為光端機引入更多的新技術、新結構以及新概念提供了根本基礎。 
 

數(shù)字監(jiān)控光端機市場分析

 　　根據(jù)《2008-2009 年度中國光端機市場研究報告》的調查統(tǒng)計，2008 年國內光端機市場容量在6.8億元左右，2009年我國光端機的市場容量預計達到8億元。隨著經濟復蘇對安防行業(yè)的拉動，特別是光網絡平臺廣泛應用于安防領域，未來幾年我國光端機市場的有效需求平均增長率將達到 25%。而據(jù)《中國公共安全》雜志9月刊調查數(shù)據(jù)顯示，光端機在2012年第二季度市場規(guī)模為3.8億元，同比增長13%，預計全年能達到15-16億元。另外，光端機的價格同比下降2%左右；高清光端機出貨量同比增長約100%；在總銷量中，點對點光端機的出貨量仍占優(yōu)勢達到60%，節(jié)點光端機占20%，其他類型占20%。

數(shù)字光端機應用現(xiàn)狀

 　　隨著我國城市交通和高速公路建設的快速發(fā)展，對監(jiān)控系統(tǒng)中的設備要求也越來越高，由于光纖傳輸具有帶寬大、傳輸距離遠、抗干擾的優(yōu)勢被廣泛應用。光端機由于其諸多傳輸優(yōu)勢，加上這幾年的市場需求猛增，光纜成本大幅降低，已經進入相對良性的產業(yè)發(fā)展軌道。目前，平安城市、城市智能交通、高速公路、城市軌道交通項目是光端機的主要市場。

數(shù)字光端機在安防領域的發(fā)展方向

    我國安防視頻監(jiān)控行業(yè)市場規(guī)模穩(wěn)定增長，行業(yè)周期性較弱。根據(jù)行業(yè)經驗，視頻監(jiān)控設備每 5-8 年進行一次設備更新和升級，是否具有持續(xù)創(chuàng)新能力是考量一個公司能否跑贏全行業(yè)、在行業(yè)發(fā)展的各個階段能否挖掘新的利潤增長點的決定性因素。

 　　早在2000年，國內光端機市場主要被模擬視頻光端機占據(jù)；2003年，數(shù)字視頻光端機迅速發(fā)展，取代模擬視頻光端機；2005年-2009年，隨著數(shù)字監(jiān)控技術的迅猛發(fā)展，大項目、大系統(tǒng)中的組網方式越來越傾向于選擇基于 TCP/IP 網絡傳輸協(xié)議的傳輸技術，用戶的需求不再不滿足于單一的產品，而需要一整套解決方案和一整套平臺，光傳輸平臺化產品以及系統(tǒng)解決方案技術成為新的技術競爭點；2010年，高清、智能時代到了，各大光端機廠商又紛紛將自身經歷投向了視頻監(jiān)控智能技術、高清技術的研究，各種高清光端機產品紛紛投入生產、應用。

    在電信交換平臺日臻完善的條件下，基于網絡的視頻傳輸應用更加靈活，光端機也需要在多業(yè)務接入能力、大規(guī)模組網應用方面進行提高。多業(yè)務視頻光端機可以提供集視頻、音頻、數(shù)據(jù)、、以太網等多種業(yè)務接口的一個綜合光傳輸平臺，不僅完成數(shù)據(jù)的傳輸，還能實現(xiàn)矩陣、管理的功能，組網應用十分靈活。隨著光端機的大量使用，對光端機的管理也迫在眉捷，針對該狀況，不少廠商研發(fā)了網管系統(tǒng)。環(huán)網型光端機不僅僅是在硬件和軟件設計上運用了*的網絡管理技術，而且在產品構造和結構形式上也具有*性。網管型光端機都采用了模塊化的設計方式，以功能機盤為設備基本單元，功能機盤通過背板總線連接，完成用戶需要的各種信號傳輸功能。

HD-SDI興起 高清光端機步入市場

 　　2010年成為監(jiān)控行業(yè)的高清元年，視頻光端機行業(yè)中"高清"概念也開始興起。各大廠家分別推出了涵蓋HDMI、DVI、SDI等行業(yè)通用接口的高清視頻光端機。目前，高清產品的應用正如火如荼的進行，市場上高清視頻監(jiān)控方案主要有基于IP的網絡高清和基于HD-SDI的實時高清兩大技術路線。HD-SDI高清通過同軸電纜或光纖直接傳輸非壓縮的視頻信號，實現(xiàn)了真正的實時高清。HD-SDI高清因為其能夠提供更豐富的圖像細節(jié)、能夠實現(xiàn)從傳統(tǒng)標清視頻監(jiān)控系統(tǒng)平滑升級為高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)和實時性、標準性、高可靠性在更多的領域得到日益廣泛的應用。

 　　隨著HD-SDI的興起，在高速公路項目和平安城市建設中，高清光端機已經出現(xiàn)了一定規(guī)模的應用，但是HD-SDI畢竟只是革命性的爆發(fā)，還不能成為視頻監(jiān)控的潮流，此外，高清光端機（主要是HD-SDI接口）技術仍然不夠成熟，產品系列不齊全，目前能夠做的業(yè)務功能主要是視頻+數(shù)據(jù)；芯片、模塊成本較高，造成整體成本遠高于標清光端機。所以廣大的光端機廠家還需要加強研發(fā)力量，將技術、產品完善；形成較為完善的產業(yè)鏈，提高設備的出貨量，將成本降低；對于新事物，廠商需要加大服務力度，更深入地和客戶和溝通，以增強客戶對該方案的使用信心。

網絡視頻解決方案與平臺化 光端機發(fā)展兩大主流方向

 　　在光端機行業(yè)高速發(fā)展的同時，也伴隨著技術方案的競爭，其中zui主要的是網絡視頻解決方案的競爭。目前的光纖傳輸方案中，除了單純利用光端機組網的方案之外，還包括光矩陣、視頻編解碼器+交換機、以太網無源光網絡（EPON）+視頻編解碼器、UTN綜合業(yè)務光傳輸網等方案。

 　　不同方案利用光端機的種類和方式也不同，例如為配合以太網無源光網絡建設，基于EPON技術的光端機也開始受到廠家重視，這種產品對于大容量前端視頻接入的項目中能降低成本。綜合業(yè)務全數(shù)字光傳輸交換系統(tǒng)可以很好的解決多級傳輸/交換和管理的要求，是光端機技術發(fā)展的一個新的技術平臺。該系統(tǒng)的產品也可以很好地支持各種拓撲結構的圖像分布的接入，比如星形、鏈形、環(huán)形以及混合型拓撲結構。網絡、高清、智能趨勢需要光端機更好地融入到網絡化應用中，提供的應用解決方案。需要光纖傳輸在超大容量，超長距離的傳輸中取得技術上的突破,才能在與網絡傳輸?shù)母偁幹姓嫉孟葯C。

整合或成為光端機未來發(fā)展另一個方向

 　　光端機與其他產品的整合也是將來的一個發(fā)展方向，早幾年國外企業(yè)就開發(fā)了光傳輸攝像機。這兩年國內企業(yè)也在開發(fā)類似產品，以光纖高速球為例，天地偉業(yè)的光線高速球就是將光端機發(fā)射機的模塊做到高速球的線路板上。

 　　隨著光纖和光端機核心芯片的價格降低，光端機的應用越來越廣泛，多種安防系統(tǒng)都需要更好的傳輸技術，客戶的需求會進一步的多樣化，光端機產品總體要向多業(yè)務綜合平臺發(fā)展。總之，數(shù)字化、多功能化、智能化、標準化、集成化是當前光端機技術發(fā)展的方向。

結束語

   “十二五”發(fā)展期間將是光纖寬帶接入網發(fā)展的關鍵時期。根據(jù)國家的發(fā)展要求，三網融合、寬帶提速、物聯(lián)網、節(jié)能減排等都將是“十二五”期間光纖寬帶接入網發(fā)展的重點方向，主要工作包括：積極推進10G無源光網絡（PON）、復用型無源光網絡（WDMPON）等新技術的試商用，滿足每用戶100Mbit/s的FTTH（Fiber To The Home，光纖入戶)接入，打造的光纖寬帶接入網絡；研究和開發(fā)能夠更好結合物聯(lián)網的技術和產品，為物聯(lián)網打造強大的接入承載網絡；不斷提升綠色環(huán)保和節(jié)能減排技術，努力使光纖接入網中有源設備的功耗做到水平。通信運營商大規(guī)模建設光纖寬帶接入網對于專業(yè)安防視頻光端機生產企業(yè)的影響是多方面的。大規(guī)模建設光纖寬帶接入網為光傳輸設備和光纜生產企業(yè)提供了良好的發(fā)展機遇，綜合性光通信企業(yè)如能獲得進入該市場的機會，對其擴大市場是十分有利的。

　　安防行業(yè)通過橫向擴大及縱向延伸，極大地擴充了安防的內涵及市場需求，技術進步與行業(yè)交融加速，“大安防”的概念逐漸形成。一方面，我國經濟快速發(fā)展，基建投資和內需擴大，帶動高速公路、鐵路、軌道交通、能源、水利等領域的安防建設步伐，不斷催生新的市場需求；另一方面，傳統(tǒng)應用領域如金融、*、教育等不斷拓展應用范圍和層面，擴大市場規(guī)模或進行系統(tǒng)產品的更新?lián)Q代。

 　　作為安防生產鏈上重要的一環(huán)，光端機的發(fā)展前景不是一家之言，而是時代所需。作為產品，我們跟緊時代的步伐，積極創(chuàng)新，以優(yōu)品處在時代潮流中；而作為廠商，我們應該爭取時代競爭的主動地位，居安思危，方才不會被拍到時代洪流之外。跳出光端機市場，融入“大安防”。歸根結底，競爭的關鍵在于誰的東西更貼近客戶的需求。

參考文獻

1、辛化梅,李忠;論光纖通信技術的現(xiàn)狀及發(fā)展[J];山東師范大學學報(自然科學版);2003年04期；

2、王磊；裴麗；光纖通信的發(fā)展現(xiàn)狀和未來；中國科技信息；2006年04期

3、李超;淺談光纖通信技術發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢[J];沿海企業(yè)與科技;2007年07