VGA/DVI信號(hào)的光纖傳輸

一、 光纖與普通線纜性能對(duì)比

    要了解光纖傳輸與普通線纜傳輸?shù)膮^(qū)別，首先要了解光纖與普通線纜的差別。

    光纖與電導(dǎo)體構(gòu)成的傳輸媒體最基本的差別是，它的傳輸信息是光束，而非電氣信號(hào)。因此，光纖傳輸?shù)男盘?hào)不受電磁的干擾。光纜不僅是目前可用的媒體，而且是今后若干年后將會(huì)繼續(xù)使用的媒體，其主要原因是這種媒體具有很大的帶寬。光纜是由許多細(xì)如發(fā)絲的塑膠或玻璃纖維外加絕緣護(hù)套組成，光束在玻璃纖維內(nèi)傳輸，防磁防電，傳輸穩(wěn)定，質(zhì)量高，適于高速網(wǎng)絡(luò)和骨干網(wǎng)。 

    利用光纜連接網(wǎng)絡(luò)，每端必須連接光/電轉(zhuǎn)換器，另外還需要一些其它輔助設(shè)備。
    基于光纜的網(wǎng)絡(luò)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO制定了許多規(guī)范，具體如下：
        ．10BASE-FL
        ．10BASE-FB
        ．10BASE-FP
    其中10BASE-FL是使用最廣泛的數(shù)據(jù)格式，下面是其組網(wǎng)規(guī)則：
    最大段長(zhǎng)： 2000M
    每段最大節(jié)點(diǎn)（NODE）數(shù)：2
    每網(wǎng)絡(luò)最大節(jié)點(diǎn)（NODE）數(shù)： 1024
    每鏈的最大HUB數(shù)：4

    下表是三種傳輸媒介的比較：

二、 為什么要用光纖傳輸VGA/DVI信號(hào)

    隨著顯控工程中信號(hào)顯示設(shè)備的發(fā)展，大屏幕投影系統(tǒng)對(duì)分辨率及亮度的要求越來(lái)越高，而傳統(tǒng)的模擬系統(tǒng)中信號(hào)的損失和失真較大，造成高品質(zhì)的投影設(shè)備無(wú)法顯示高質(zhì)量的圖像，形成顯示質(zhì)量的瓶頸。當(dāng)前，信號(hào)源和顯示設(shè)備等大都已經(jīng)支持?jǐn)?shù)字DVI接口甚至只有數(shù)字DVI接口，全系統(tǒng)數(shù)字化已成為發(fā)展趨勢(shì)。但由于DVI信號(hào)碼流太快(1.65Gbs)，在傳輸過(guò)程中問(wèn)題較大。按目前正常情況，DVI電纜只能傳輸7米，并且DVI信號(hào)還存在有關(guān)通訊協(xié)議的問(wèn)題(其它數(shù)字信號(hào)也存在有協(xié)議問(wèn)題)，因此除了正常的轉(zhuǎn)換，分配，切換，驅(qū)動(dòng)外，長(zhǎng)線傳輸就是個(gè)大問(wèn)題了。在VGA方式時(shí)，用高品質(zhì)電纜和好的長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)器，可傳輸300米左右(1280×1024，圖像質(zhì)量基本滿意)。在DVI方式下，用電信號(hào)的方式傳輸此距離要選用好的DVI電纜(不便宜的)和多級(jí)轉(zhuǎn)發(fā)器，代價(jià)就太大了。同時(shí)對(duì)VGA信號(hào)而言，再長(zhǎng)的距離(如公里一級(jí))也無(wú)法辦到，因此光纖傳輸就成為明智的選擇。

從實(shí)際應(yīng)用上看，光纖傳輸?shù)淖畲髢?yōu)勢(shì)在于：

    1、 決長(zhǎng)距離或超長(zhǎng)距離(幾十公里)的VGA信號(hào)傳輸，而且是無(wú)損的傳輸，這使得過(guò)去許多工程當(dāng)中極難解決的問(wèn)題得以合理解決，極大地?cái)U(kuò)展了應(yīng)用范圍，使得如：機(jī)場(chǎng)、大車(chē)站、體育中心、商場(chǎng)、高速公路等大型場(chǎng)合的VGA信號(hào)的傳輸?shù)靡詫?shí)現(xiàn)；

    2、 在許多特定場(chǎng)合，如電磁環(huán)境很不好的場(chǎng)合，如：軍艦、變電站、發(fā)電站等。光纖傳輸?shù)目垢蓴_特點(diǎn)得以充分發(fā)揮，擴(kuò)展了VGA信號(hào)傳輸應(yīng)用的范圍。

    3、 全數(shù)字，全光纖的思維模式與傳統(tǒng)的模擬電纜的模式相比，其優(yōu)點(diǎn)是不言而喻的，也必定會(huì)帶來(lái)很多的新的機(jī)會(huì)和增長(zhǎng)點(diǎn)，這是已經(jīng)得到證實(shí)的。

    4、 在許多場(chǎng)合下，數(shù)字光纖模式的綜合成本可與模擬、電纜模式相比，甚至可能還要低一些，這對(duì)以后的大量應(yīng)用提供了可能。

    5、 在工程施工時(shí)，完全可利用電信或有線電視行業(yè)的專業(yè)施工人員進(jìn)行光纖熔接或自行熔接，這是件很容易的事情，甚至比做BNC頭、RJ45或VGA頭還要容易。另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，就是光纖是多芯的，可以利用一條光纜，從中取出四芯解決一個(gè)終端，其它光纖繼續(xù)前進(jìn)，布線極為容易。光纜重量極輕，100米12芯光纜重量還不到1公斤，電纜要到30-40公斤，且價(jià)格也比電纜便宜許多，相比之下優(yōu)勢(shì)明顯。

    總之，普通線纜或是光纖這兩種傳輸媒介之間的選擇主要取決于用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求，以及相應(yīng)的預(yù)算。我們相信如果用戶對(duì)的網(wǎng)絡(luò)是更高帶寬，更高可靠性，以及更好的安全性的要求，那么光纖傳輸是一個(gè)較好的選擇。

三、 光纖傳輸原理

    信號(hào)傳輸可分為兩種方式，即模擬方式（基帶信號(hào)）和數(shù)字方式。早期的光傳輸中采用模擬方式，即由光的亮度直接表示信號(hào)的幅度（AM方式或IM方式），這種傳輸原理與在電纜中傳輸無(wú)本質(zhì)的區(qū)別。其明顯的缺點(diǎn)在于信號(hào)的質(zhì)量受到傳輸系統(tǒng)的影響，另外就是信號(hào)的帶寬不高。（例如：視/音頻信號(hào)的基帶光發(fā)射/接收機(jī)，這類應(yīng)用現(xiàn)已有成熟產(chǎn)品，在此不做詳細(xì)探討。）

    而數(shù)字傳輸是利用碼流中的0和1控制激光管的開(kāi)/關(guān)，形成脈沖的光信號(hào)，收端再將光脈沖恢復(fù)為電信號(hào)，其優(yōu)點(diǎn)是：

    1、只要收端的光脈沖接收正確，就可無(wú)損地恢復(fù)原信號(hào)，并且在傳輸中還可對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行糾錯(cuò)，這與數(shù)字信號(hào)傳輸原理一樣；

    2、激光管的開(kāi)/關(guān)速度足夠快（可在幾十個(gè)GHZ）因此傳輸信號(hào)的碼流也可足夠快，信號(hào)帶寬很寬。

    由數(shù)字光纖傳輸?shù)脑�理可知，只要收端的光脈沖接收正確，就可無(wú)損地恢復(fù)信號(hào)，如何保障這一點(diǎn)呢？激光發(fā)射器有一定的發(fā)射功率，光信號(hào)在光纖中傳輸時(shí)會(huì)有一些衰減（0.5dB/KM單模），在熔接（0.001dB/次）和接頭（0.2-0.5dB/次）時(shí)也有衰減，但只要激光接收器收到的功率大于它的靈敏度，接收器就可以正確地恢復(fù)信號(hào)�，F(xiàn)在應(yīng)用的光發(fā)/收器件，發(fā)射功率與靈敏度之間有20-30dB的差是很容易辦到的，那么在單模的傳輸系統(tǒng)中傳輸幾十公里是完全辦得到的，通信行業(yè)一般定在20KM左右。

    單模（single-mode SM）是指光線在光纖中基本上按同一角度全反射，傳輸時(shí)只有單一模式，其優(yōu)點(diǎn)在于損耗小，接收穩(wěn)定；缺點(diǎn)在于光發(fā)/收模塊價(jià)格較高，安裝時(shí)要求精度高，但光纖比多模便宜（相差20-30%）。

    多模（Multi-mode）是指光線在光纖中有多種角度反射，包括漫反射等，因此傳輸時(shí)有多種傳輸模式。其優(yōu)點(diǎn)是光發(fā)/收模塊便宜，安裝時(shí)精度要求低一些，但多模光纖傳輸由于散射等現(xiàn)象，功率損失嚴(yán)重，傳輸距離要近得多（按通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為1024x768分辨率下500米，DPTECH東科－OC5000系列產(chǎn)品實(shí)測(cè)在分辨率達(dá)到1600x1200時(shí)，傳送距離500米工作正常）且光纖較單模貴一點(diǎn)。

四、 OC5000系列光纖傳輸設(shè)備的型號(hào)及分類
 
    東平科技利用DVI-D信號(hào)的光纖傳輸，推出光纖傳輸?shù)南盗挟a(chǎn)品，按照輸入/輸出是數(shù)字DVI-D還是模擬VGA，是利用單模（SM）傳輸還是多模（MM）傳輸可分為下列產(chǎn)品：     

單模模擬輸入發(fā)送（OC5000-VGAST）
單模模擬輸出接收（OC5000-VGASR）
多模模擬輸入發(fā)送（OC5000-VGAMT）
多模模擬輸出接收（OC5000-VGAMR）

單模數(shù)字輸入發(fā)送（OC5000-DVIST）
單模數(shù)字輸出接收（OC5000-DVISR）
多模數(shù)字輸入發(fā)送（OC5000-DVIMT）
多模數(shù)字輸出接收（OC5000-DVIMR）

以上都是利用四芯光纖進(jìn)行傳輸，雙芯和單芯的產(chǎn)品正在研制。

主要的區(qū)別在于：

    1，單模傳輸?shù)木嚯x可達(dá)10公里，多模傳輸?shù)木嚯x在500－800米左右。

    2，如果是DVI-D信號(hào)，可直接進(jìn)行傳輸，如果是VGA模擬信號(hào)，要將VGA信號(hào)轉(zhuǎn)換為DVI-D，或?qū)�DVI-D信號(hào)轉(zhuǎn)換為VGA信號(hào)，即其中包括A/D、D/A的轉(zhuǎn)換過(guò)程，A/D和D/A的 轉(zhuǎn)換按DVI1.0標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，轉(zhuǎn)換后的模擬帶寬為120MHZ，此指標(biāo)遠(yuǎn)高于業(yè)界同類產(chǎn)品。

    3，在多模能達(dá)到的距離內(nèi)，從整個(gè)系統(tǒng)的全能配置角度講，多模方式要比單模方式廉價(jià)。

    4，傳輸過(guò)程中采用四芯光纖傳輸。從原理上進(jìn)可用單芯光纖或雙芯光纖，分頻復(fù)用，但這樣作成本可能還要高于用四芯光纖傳輸，故用四芯光纖不是因?yàn)榧夹g(shù)原因，而是因?yàn)槌杀驹�因。一般情況下自布光纜，光纖資源很大，無(wú)所謂多占幾芯（多芯的光纜價(jià)與單芯、雙芯的價(jià)格相差無(wú)幾），如果確實(shí)光纖的資源有限，就可采用多頻復(fù)用方式利用單芯或雙芯傳輸，少占了光纖，但光發(fā)/收模塊要貴許多。

    5，利用輸入/輸出的模擬/數(shù)字組合，可形成數(shù)字入/模擬出或模擬入/數(shù)字出的傳輸系統(tǒng)，方便工程中的實(shí)際應(yīng)用。如：從PC機(jī)出口是DVI-D的可利用數(shù)字接口光發(fā)，但到達(dá)模擬矩陣時(shí)，可用模擬接口光收，形成模擬信號(hào)；或由模擬矩陣?yán)�用模擬光發(fā)，到達(dá)大屏?xí)r利用數(shù)字光收后進(jìn)入大屏的DVI-D接口。

五、 OC5000系列光纖傳輸設(shè)備的應(yīng)用

    光傳輸設(shè)備在國(guó)外已經(jīng)開(kāi)始廣泛應(yīng)用。資料顯示，在國(guó)外已有了大量的全光纖的應(yīng)用，如在美國(guó)的Toronto Hydro Telecom Inc內(nèi)不存在光纜與銅纜雙絞線的比較，這是因?yàn)椤拔覀兊木W(wǎng)絡(luò)百分之百使用的是光纖，我們根本沒(méi)有使用銅纜�！睌�(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)公司的董事Ian Miles說(shuō)。全光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)可以為未來(lái)用戶需求的增長(zhǎng)提供許多空間。而這類應(yīng)用國(guó)內(nèi)目前尚未全面展開(kāi)，只有少數(shù)軍隊(duì)項(xiàng)目和一些對(duì)信號(hào)質(zhì)量要求極高的工程中有一些應(yīng)用。

    由于OC5000系列具備極高的傳輸分辨率（1600x1200）,傳輸?shù)墓庑盘?hào)沒(méi)有電磁輻射，不會(huì)通過(guò)電磁波泄漏傳輸?shù)男畔�，具有極高的保密性和抗干擾能力，所以在軍方的應(yīng)用較多。如合肥解放軍炮兵學(xué)院，北京某部指揮中心都已大規(guī)模投入使用，效果令軍方非常滿意。
目前，本公司正在研制DVI-D的矩陣切換器，還有光矩陣切換器，一旦這類產(chǎn)品能進(jìn)入實(shí)用，就能全面解決全數(shù)字甚至全光纖應(yīng)用系統(tǒng)中的問(wèn)題，為此類應(yīng)用提供可行的平臺(tái)。