VGA/DVI信号的光纤传输

一、 光纤与普通线缆性能对比

    要了解光纤传输与普通线缆传输的区别，首先要了解光纤与普通线缆的差别。

    光纤与电导体构成的传输媒体最基本的差别是，它的传输信息是光束，而非电气信号。因此，光纤传输的信号不受电磁的干扰。光缆不仅是目前可用的媒体，而且是今后若干年后将会继续使用的媒体，其主要原因是这种媒体具有很大的带宽。光缆是由许多细如发丝的塑胶或玻璃纤维外加绝缘护套组成，光束在玻璃纤维内传输，防磁防电，传输稳定，质量高，适于高速网络和骨干网。 

    利用光缆连接网络，每端必须连接光/电转换器，另外还需要一些其它辅助设备。
    基于光缆的网络，国际标准化组织ISO制定了许多规范，具体如下：
        ．10BASE-FL
        ．10BASE-FB
        ．10BASE-FP
    其中10BASE-FL是使用最广泛的数据格式，下面是其组网规则：
    最大段长： 2000M
    每段最大节点（NODE）数：2
    每网络最大节点（NODE）数： 1024
    每链的最大HUB数：4

    下表是三种传输媒介的比较：

二、 为什么要用光纤传输VGA/DVI信号

    随着显控工程中信号显示设备的发展，大屏幕投影系统对分辨率及亮度的要求越来越高，而传统的模拟系统中信号的损失和失真较大，造成高品质的投影设备无法显示高质量的图像，形成显示质量的瓶颈。当前，信号源和显示设备等大都已经支持数字DVI接口甚至只有数字DVI接口，全系统数字化已成为发展趋势。但由于DVI信号码流太快(1.65Gbs)，在传输过程中问题较大。按目前正常情况，DVI电缆只能传输7米，并且DVI信号还存在有关通讯协议的问题(其它数字信号也存在有协议问题)，因此除了正常的转换，分配，切换，驱动外，长线传输就是个大问题了。在VGA方式时，用高品质电缆和好的长线驱动器，可传输300米左右(1280×1024，图像质量基本满意)。在DVI方式下，用电信号的方式传输此距离要选用好的DVI电缆(不便宜的)和多级转发器，代价就太大了。同时对VGA信号而言，再长的距离(如公里一级)也无法办到，因此光纤传输就成为明智的选择。

从实际应用上看，光纤传输的最大优势在于：

    1、 决长距离或超长距离(几十公里)的VGA信号传输，而且是无损的传输，这使得过去许多工程当中极难解决的问题得以合理解决，极大地扩展了应用范围，使得如：机场、大车站、体育中心、商场、高速公路等大型场合的VGA信号的传输得以实现；

    2、 在许多特定场合，如电磁环境很不好的场合，如：军舰、变电站、发电站等。光纤传输的抗干扰特点得以充分发挥，扩展了VGA信号传输应用的范围。

    3、 全数字，全光纤的思维模式与传统的模拟电缆的模式相比，其优点是不言而喻的，也必定会带来很多的新的机会和增长点，这是已经得到证实的。

    4、 在许多场合下，数字光纤模式的综合成本可与模拟、电缆模式相比，甚至可能还要低一些，这对以后的大量应用提供了可能。

    5、 在工程施工时，完全可利用电信或有线电视行业的专业施工人员进行光纤熔接或自行熔接，这是件很容易的事情，甚至比做BNC头、RJ45或VGA头还要容易。另外一个优点，就是光纤是多芯的，可以利用一条光缆，从中取出四芯解决一个终端，其它光纤继续前进，布线极为容易。光缆重量极轻，100米12芯光缆重量还不到1公斤，电缆要到30-40公斤，且价格也比电缆便宜许多，相比之下优势明显。

    总之，普通线缆或是光纤这两种传输媒介之间的选择主要取决于用户对网络的需求，以及相应的预算。我们相信如果用户对的网络是更高带宽，更高可靠性，以及更好的安全性的要求，那么光纤传输是一个较好的选择。

三、 光纤传输原理

    信号传输可分为两种方式，即模拟方式（基带信号）和数字方式。早期的光传输中采用模拟方式，即由光的亮度直接表示信号的幅度（AM方式或IM方式），这种传输原理与在电缆中传输无本质的区别。其明显的缺点在于信号的质量受到传输系统的影响，另外就是信号的带宽不高。（例如：视/音频信号的基带光发射/接收机，这类应用现已有成熟产品，在此不做详细探讨。）

    而数字传输是利用码流中的0和1控制激光管的开/关，形成脉冲的光信号，收端再将光脉冲恢复为电信号，其优点是：

    1、只要收端的光脉冲接收正确，就可无损地恢复原信号，并且在传输中还可对数字信号进行纠错，这与数字信号传输原理一样；

    2、激光管的开/关速度足够快（可在几十个GHZ）因此传输信号的码流也可足够快，信号带宽很宽。

    由数字光纤传输的原理可知，只要收端的光脉冲接收正确，就可无损地恢复信号，如何保障这一点呢？激光发射器有一定的发射功率，光信号在光纤中传输时会有一些衰减（0.5dB/KM单模），在熔接（0.001dB/次）和接头（0.2-0.5dB/次）时也有衰减，但只要激光接收器收到的功率大于它的灵敏度，接收器就可以正确地恢复信号。现在应用的光发/收器件，发射功率与灵敏度之间有20-30dB的差是很容易办到的，那么在单模的传输系统中传输几十公里是完全办得到的，通信行业一般定在20KM左右。

    单模（single-mode SM）是指光线在光纤中基本上按同一角度全反射，传输时只有单一模式，其优点在于损耗小，接收稳定；缺点在于光发/收模块价格较高，安装时要求精度高，但光纤比多模便宜（相差20-30%）。

    多模（Multi-mode）是指光线在光纤中有多种角度反射，包括漫反射等，因此传输时有多种传输模式。其优点是光发/收模块便宜，安装时精度要求低一些，但多模光纤传输由于散射等现象，功率损失严重，传输距离要近得多（按通信行业标准为1024x768分辨率下500米，DPTECH东科－OC5000系列产品实测在分辨率达到1600x1200时，传送距离500米工作正常）且光纤较单模贵一点。

四、 OC5000系列光纤传输设备的型号及分类
 
    东平科技利用DVI-D信号的光纤传输，推出光纤传输的系列产品，按照输入/输出是数字DVI-D还是模拟VGA，是利用单模（SM）传输还是多模（MM）传输可分为下列产品：     

单模模拟输入发送（OC5000-VGAST）
单模模拟输出接收（OC5000-VGASR）
多模模拟输入发送（OC5000-VGAMT）
多模模拟输出接收（OC5000-VGAMR）

单模数字输入发送（OC5000-DVIST）
单模数字输出接收（OC5000-DVISR）
多模数字输入发送（OC5000-DVIMT）
多模数字输出接收（OC5000-DVIMR）

以上都是利用四芯光纤进行传输，双芯和单芯的产品正在研制。

主要的区别在于：

    1，单模传输的距离可达10公里，多模传输的距离在500－800米左右。

    2，如果是DVI-D信号，可直接进行传输，如果是VGA模拟信号，要将VGA信号转换为DVI-D，或将DVI-D信号转换为VGA信号，即其中包括A/D、D/A的转换过程，A/D和D/A的 转换按DVI1.0标准进行，转换后的模拟带宽为120MHZ，此指标远高于业界同类产品。

    3，在多模能达到的距离内，从整个系统的全能配置角度讲，多模方式要比单模方式廉价。

    4，传输过程中采用四芯光纤传输。从原理上进可用单芯光纤或双芯光纤，分频复用，但这样作成本可能还要高于用四芯光纤传输，故用四芯光纤不是因为技术原因，而是因为成本原因。一般情况下自布光缆，光纤资源很大，无所谓多占几芯（多芯的光缆价与单芯、双芯的价格相差无几），如果确实光纤的资源有限，就可采用多频复用方式利用单芯或双芯传输，少占了光纤，但光发/收模块要贵许多。

    5，利用输入/输出的模拟/数字组合，可形成数字入/模拟出或模拟入/数字出的传输系统，方便工程中的实际应用。如：从PC机出口是DVI-D的可利用数字接口光发，但到达模拟矩阵时，可用模拟接口光收，形成模拟信号；或由模拟矩阵利用模拟光发，到达大屏时利用数字光收后进入大屏的DVI-D接口。

五、 OC5000系列光纤传输设备的应用

    光传输设备在国外已经开始广泛应用。资料显示，在国外已有了大量的全光纤的应用，如在美国的Toronto Hydro Telecom Inc内不存在光缆与铜缆双绞线的比较，这是因为“我们的网络百分之百使用的是光纤，我们根本没有使用铜缆。”数据网络公司的董事Ian Miles说。全光纤传输网络可以为未来用户需求的增长提供许多空间。而这类应用国内目前尚未全面展开，只有少数军队项目和一些对信号质量要求极高的工程中有一些应用。

    由于OC5000系列具备极高的传输分辨率（1600x1200）,传输的光信号没有电磁辐射，不会通过电磁波泄漏传输的信息，具有极高的保密性和抗干扰能力，所以在军方的应用较多。如合肥解放军炮兵学院，北京某部指挥中心都已大规模投入使用，效果令军方非常满意。
目前，本公司正在研制DVI-D的矩阵切换器，还有光矩阵切换器，一旦这类产品能进入实用，就能全面解决全数字甚至全光纤应用系统中的问题，为此类应用提供可行的平台。