基于同轴电缆的电源和数据传输

   一、 概述

　　在同轴电缆传输中即传输信号又传输电源，最早运用于有线电视系统。在国内，已经有十多年历史。而如今把有线电视技术转移到监控领域已经数年，但却很少有人把电源的传输技术同时转移过来。虽然我们曾反复倡议此技术在共缆监控领域的推广，但却还是有不少安防行业的朋友表示质疑甚至反对。而如今在监控系统中的电源线和数据线已经是一项不可忽略的开销（每公里距离两种线大约需要花费6000 多元左右）。它应该引起业界的再度关注。

　　采用共缆技术传输信号的同时，如果再利用它同时传输电源和数据，这显然可节约一笔不小的开销。这种技术我们已经在实际监控工程中运用近一年时间，事实证明是完全可行的。

　　二、 传输原理

　　共缆监控传输技术是一种射频宽带技术。在有线电视中通常称为HFC（光纤和同轴电缆混合）技术。它是把需要传输的视频、音频或数据基带信号搭载在高频载波上传输，到达目的地后，再从载波里取出基带信号。这样的传输方式可使同轴电缆的信息传输容量增加许多倍。高频同轴电缆的频率带宽可达0 – 1GHz以上。现在通常使用的信号实际带宽一般在5 - 860MHz。在共缆监控传输中的频谱分配可见上图。

　　由于直流电源的频率是0HZ，交流电源的频率是50Hz，显然它们都可以通过同轴电缆传输。在共缆监控中，我们可以把5-30MHZ 的频段分为下行通道（控制信号从中心发出到监控摄像机的方向）。这个25MHz 宽度的通道可以传输很多数据信号，但监控发出的控制信号（约100KHz 带宽）只占它的带宽的0.5%不到。因此下行通道大部分资源是空闲的。

　　从监控摄像机到监控室方向我们称为上行通道。带宽从45MHz – 860MHz 达815MHz。我们传输一个摄像机的视频只需要8MHz，因此，上行通道最多可以传输100 路视频信号。但在实际工程中的情况是，一根同轴电缆传输的频道数越少，工程越容易做。因此，每条线究竟计划传输多少个频道，需要根据技术实力而定。

　　在对电缆供电时，采用的是有线电视系统目前通用的电源插入器。它完成电源与高频载波的混合，提供高频通路和隔离高频与电源的信号通道。电源到达前端（摄像机端）后，再利用分离器，把信号和电源分离开。

　　三、 实现方法及成本比较

　　通过同轴电缆集中供电我们分为两种方式：一种是直流供电，另一种是交流供电。无论那种供电方式，供电点都可在任何距离插入。供电电压建议控制在60V 以下。

　　上图的监控系统共采用SYWV-75-7 的同轴电缆1231 米。如果采用传统方式敷设电源线，根据耗电和距离情况，一般采用2 × 2.5 截面的RVV 线。这种电线目前的价格大约在4.5 元/米。那么系统花费的电源线费用是1231 × 4.5 = 5539.5元。在集中供电系统中配置是：一个60V10A 的电源，成本大约是700 元，一个电源插入器，成本大约是90 元。每个前端需要增加一个信号分路器，大约在15元，14 路摄像机共需4 × 15 = 210 元。这三项总共开销是1000 元，这样，工程节约的成本是：5539.5 – 1000 = 4539.5 元。假设全部采用直流供电。

　　3. 传统传输供电：在传统点对点的视频传输中，同样可以采用同轴电缆供电方式。不过在传输时，需要对视频信号进行调制解调处理。由于这种供电大多是单一负载，流过同轴电缆的电流不大。供电器全部可以放在监控室内。这种传输方式的接线见下图：
 

　　上图供电方式的基本配置是：一个集中供电电源、两个信号复用器、一对调制解调器。

　　后端（监控室端）调制解调器可把中心输出的数据控制信号调制成数据载波信号，然后与电源混入电缆后传送到各前端的稳压器和调制解调器。控制信号的取出和图像信号的调制回传，全部由前端调制解调器来完成。假设上图的传输距离为1000 米，我们可以分别算出两种不同供电方式的成本。

　　传统RVV1*2 线供电：假设采用1.0×2 的RVV 线。1000 米所需线材成本为：

　　1000×2.4=2400(元)75-5

　　同轴电缆供电：集中供电器一台98 元，信号混合分离器两只30 元，调制解调器一对248 元。所需设备成本为：

　　98 + 30 + 248 = 376 （元）

　　同轴电缆供电节约的成本为：

2400 – 376 = 2024（元）

　　如果多条同轴电缆在监控室共用一个供电电源，成本还可有望降低。

　　4. 控制信号传输：同轴电缆在传输图像信号和电源的同时，还可以把控制数据信号从监控中心发到各解码器。这显然给每路信号增加了数据调制解调器的成本。这个成本只能用省去的数据传输线的成本来弥补。我们用一条500 米传统传输方式与其做比较，计算两种方式各需的成本。

　　传统数据传输：500(米) ×1.5（元）=750 元

　　电缆数据载波：数据调制解调器一对：150 元

　　能节约的成本为：750 – 150 = 600 元

　　以上可知，距离越长，共缆传输数据方式越省钱。在实际使用中，数据调制解调器与图像调制解调器是集成在一起的。计算线材的价格可能与各地市场价有所差异。大家可以以当地实际购买价进行计算比较。

　　四、 共缆供电和数据传输设备

　　1、集中供电器：集中供电器分为直流集中供电器和交流集中供电器。

　　●直流供电器：直流供电器市场上有各种电压和电流规格。比如电压有15V20V30V64V 等。电流有1A/2A/3A/5A/10A/20A/30A 等。至于需要选择多大的电压和电流的供电器，需要根据摄像机的工作电流和电缆的型号及长度来决定。计算方式是：各摄像机工作电流的总和即是需要选择的电流规格；摄像机需要的工作电压+电缆的线损电压即是需要选择的电压规格。但在选择中需要留有一定余量。下面是一种直流稳压可调供电器的实物图：

　　上图的电源电压和电流保护都是可调的。调整范围是0 – 最大电压和最大电流。

　　●交流供电器：交流供电器有磁饱和稳压60V 输出供电器和非稳压电压可调输出两种。磁饱稳压型只有60V 电压输出，电流有4A/6A/10A 等。非稳压供电器可以有各种电压和电流输出。选用稳压型或非稳压型需要根据各地区的供电稳定性来决定。电压的选择是：24V+电缆线损 = 供电电压。电流的选择与直流供电相同。

　　非稳压型供电器价格相对便宜，并且供电电压可以根据实际工程情况进行相应调整。只要区域供电电压波动不是太大。完全可以采用这种供电器。

　　下面是一种交流供电器外形图：

　　2、 电源插入器：电源插入器根据供电大小的不同分为3A 和10A 两种

　　3A 电源插入器见下图：

　　这种插入器又称信号复用器，共有三个接口。分别为电源端，信号端和混合端。它可作为电源与信号的混合或分离。该设备主要用于单路供电和前端信号的分离。

　　10A 电源插入器见下图：

　　这种插入器有3 各接口，一个是电源输入口，另两个是信号和电源混合口。它主要适合于共缆监控中多路前端传输的大电流供电要求。

　　上述两种插入器即可用于交流，也可用于直流的插入。在多路供电时，供电点的选择很重要。通常建议电源插入点选择在传输电缆的中间。这样供电电压要求低，功耗少，同样功率的供电器可增加供电点数量。

　　3、 前端稳压器：前端稳压器的作用是为摄像机、解码器、云台和变焦镜头等提供必要的电源。

　　直流稳压器电路简单，价格低廉。主要用于固定和可控摄像机的直流供电。它有12V 电源输出，RS485 控制信号输出。稳压输入口即可加入交流，也可加入直流电源。在需要控制云台和镜头的情况下，只能采用交流供电。
　　这时必须增加一个60V 转24V 的可调变压器。以便为云台供电。

　　防水箱和稳压器实物图

　　4、 调制解调器共缆供电用单路调制解调器实物图：

　　多路解调器实物图

　　五、 设备连接

　　在多路设备的连接方式中，无论是交流还是直流供电，连接方式基本相同。前端设备的直流供电连接方式如图：

 

　　交流供电时，只需要把电源端接变压器初级，再把变压器次级接稳压板的电源输入端即可。变压器的24V 交流输出端接云台的电源输入端。

　　多路集中供电器的连接如下图：

 

　　上图的电源插入器和过流分支器均有防水和抗高压能力。主要用于野外干线的分支和过流。