以太网同轴电缆传输技术在高速公路图像监控升级改造的应用

王淳宇+孙伟光+王伟

摘 要：文章给出了一种以太网传同轴电缆传输技术以及其在高速公路图像监控升级改造的应用方法。

关键词：以太网；同轴电缆传输；高清图像监控

中图分类号：U412.36+6 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）19-0034-02

前言

近年来高速公路行业图像监控正在由标清向高清化过渡。新的系统已经全部按高清系统设计规划，但原有系统正在逐步升级改造。在此过程中，由于传输模拟图像的同轴电缆和传输以太网的五类线传输电缆完全不一样，导致升级改造必须全部更换传输线缆。在一些地方，如隧道等一些路段，重新布线面临施工安全和封路的矛盾，最好是升级改造不动原来已经布设的同轴电缆，仅仅更换摄像机和对端设备，以在最短的时间内完成现场设备升级安装，解决重新布线面临的困难和矛盾。

1 以太网同轴电缆传输技术和应用方法介绍

以太网同轴电缆传输技术：

1.1 以太网调制传输技术介绍

以太网调制传输技术是基于在一根同轴电缆上实现双向数字信号调制传输的应用。在发送端，利用调制技术将以太网数据进行调制，把载有信息的高频信号在同轴电缆上进行传输；在接收端，先经过滤波器将发送端过来的调制信号取出，再经过解调，就可得到原以太网通信信号，并传送到以太网交换机或者其他以太网终端，实现以太网信号的传输。反方向也是同样的机理。具体的同轴电缆载波双向传输技术的设计思想：由调制器、振荡器、功放、T/R转向开关、耦合电路和解调器等部分组成的传输模块，其中振荡器是为调制器提供一个载波信号。在发射数据时，待发信号从TXD端发出后，经调制器进行调制，然后将已调信号送到功放级进行放大，再经过 T/R转向开关和耦合电路把已调信号加载到同轴电缆上。接收数据时，发射模块发送出的已调信号通过耦合电路和T/R 转向开关进入解调器，经解调器解调后提取原始信号，并将原始信号从RXD 端送到下一级的数字设备中。

由于采用OFDM调试方式，即正交频分复用。可以在严重电磁干扰的通信环境下保证数据稳定完整地传输。其频率范围覆盖4-21MHz的通信频段，并在这个频段内划分了84个OFDM通信信道。OFDM的原理是几个通信信道按90度的相位作频分，这样的结果是当某一个信道波形过零点时相邻信道的波形恰好是幅值最大值，这样就保证了信道间的波形不会因外来的干扰而交叠、串扰。

1.2 以太网调制传输技术应用

由于100M以太网在五类线电缆中传输的距离一般只有100米左右，且在安防网络高清图像升级改造中需要充分利用已有的同轴电缆资源，减少重复布线，不破坏原有的装修环境，因此采用数字调制技术的以太网同轴电缆传输器可以在长达2000米的同轴电缆中可靠地传输双向以太网信号。

以太网同轴电缆传输转换器以该调制技术为基础，在发送端提供了一个RJ45以太网口和一个同轴电缆连接口，在接收端提供了一个同轴电缆连接口和一个RJ45以太网口，以同轴电缆作为传输介质实现双向以太网信号的传输。

2 以太网同轴电缆传输转换器的技术原理

以太网同轴电缆传输转换器主电路的技术原理图示如下：

其中，AFE电路实现以下基本功能：（1）信号放大：当接收到的信号过于微弱，满足不了系统载噪比的时候，就需要对信号采用低噪声放大器进行放大，以提高信号载噪比。（2）频率变换：为了避开信道干扰，需要对某些通讯频道进行变换。（3）调制和解调：对收发的数字以太网信号进行调制，调制方式为OFDM。（4）信号混合：将所有处理后的信号混合，以便在1条同轴电缆中传输。

3 以太网同轴电缆传输转换器PoE技术

在以太网同轴电缆传输转换器中，为了简化终端设备供电布线，以太网口可以采用PoE技术，通过转换器的以太网口为终端设备供电。参见图示：

PoE摄像机可以通过五类线直接由同轴电缆以太网传输转换器的RJ45电口为其供电，无需再铺设供电电缆。

PoE最大提供设备终端的功率可以达到25W，满足IEEE802.3at标准。

4 以太网同轴电缆传输转换器电源共缆传输技术

4.1 以太网同轴电缆供电技术简介

以太网同轴电缆供电是藉由中心接收端设备向远端设备供电的技术，在一根同轴电缆中既传输双向以太网信号，又通过同轴电缆向远端发射设备供电。该供电不仅仅为远端发射设备提供电源，也允许通过远端发射设备同时向终端以太网设备供电，比如支持PoE的高清网络摄像机，或者通过远端发射单元将网络和电源分离后单独为非PoE设备（如高清网络摄像机）供电。

参见图示：

4.2 以太网同轴电缆供电保护

在以太网同轴电缆共缆供电应用中，非常重要的问题就是供电安全和保护功能。

在实际应用中，同轴电缆接头容易产生短路问题，同时各种情况下的过流和非法负载接入等等都是事故隐患。因此同轴电缆共缆供电技术的核心就是供电保护。

供电保护保护电缆和终端负载的短路电流保护、终端的过流过载保护、合法负载侦测确认保护等等。因此当中心端在准备供电时，实现需要发出一个较低的电压和小电流来确认负载性质和状况，只有当负载在合理的阻值范围，且发出合法负载确认信息，中心端才会逐步提高供电电压和驱动能力，以确保供电安全。因此，在建立正常供电之前，首先要建立两端的通讯和确认正确的“握手”信号才能由中心端向远端发射单元供电。参见检测逻辑图：

5 以太网同轴电缆传输转换器在高速公路隧道和服务区网络高清图像升级中的应用

在高速公路图像监控应用中，隧道图像监控系统是摄像机设置较为密集的场所，往往数十米就会设计安装一个设想点位。在图像监控由模拟标清到网络高清升级改造中，由于模拟图像的传输电缆介质形态与网络高清摄像机完全不同，一个是同轴电缆，一个是五类线，如果直接升级改造势必需要将同轴电缆换掉，全部重新布设五类线。而重新布线则涉及到为了安全施工需要封路，给升级改造带来一定的难度。在服务区中的室内摄像机如果重新布线则涉及影响原有的装修。

因此，结合以太网同轴电缆传输转换器可以方便地降低高速公路隧道等场景图像监控系统由标清升级为高清网络图像。采用该技术可以在隧道升级项目中，将以太網同轴电缆传输转换器发射端连接于网络高清摄像机的RJ45网口，可以直接沿用原来的同轴电缆将以太网传输至原光端机点位，再将节点光端机或者点对点光端机换成以太网同轴电缆转换器的接收端+工业交换机即可完成系统的现场网络高清升级。基本上无须封路，一个晚上即可完成整条隧道现场设备的升级安装。

升级前系统：

升级后系统：

6 结束语

本文给出了一种以太网同轴电缆传输技术和解决方案。同时给出了该技术在高速公路由模拟标清向网络高清升级改造中的应用方法。该技术已经在安防行业应用，应用证明稳定可靠。

参考文献：

[1]Lin Yuju， Latchman A H， Lee Minkyu et al .A PowerLine Communication Network Infrastructure for the SmartHome[J].IEEE Wireless Communications，2002，9（6）：104-111.

[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.