Николай Чура
Технический консультант компании «Фирма «Видеоскан»
Появление IP-видеонаблюдения было ознаменовано надеждами, что все заботы по передаче изображения возьмет на себя «Ее величество Сеть». Надо просто взять камеру и подключить ее к цифровой сети, а дальше весь мир перед твоими ногами. Потом уже выяснилось, что лучше всего иметь отдельную сеть для видео, по крайней мере, для отдельного охраняемого объекта. Но типовая сетевая структура на кабелях «витая пара» предполагает максимальную дальность сегмента 100 м. А это даже несколько меньше типовых коаксиальных линий на относительно низкокачественных комбинированных кабелях КВК-2 и КВК-3.
Здесь, в дополнение ко всему, если забыть о комбинированных кабелях с проводами питания, существенным достоинством можно считать возможность подачи питания PoE. Причем в этом случае, учитывая интеллектуальность источника питания PoE, от инсталлятора требуется только правильно смонтировать (обжать) разъемы. К сожалению, пресловутая многоканальность IP-систем по одному кабелю появляется только после первого узла сети, выполненного на переключателе (Switch) или маршрутизаторе (Router).
Увеличение дальности передачи Ethernet + PoE по витой паре
В настоящее время различными компаниями предлагается широкий выбор оборудования для поэтапного увеличения дальности передачи Ethernet + PoE с дискретом в 100 м. В таком случае поступающее питание используется в этих устройствах (удлинителях Ethernet + PoE) для восстановления уровня сигнала и питания до номинального значения. Естественно, на это тратится часть передаваемой питающей мощности. Сейчас базовым стандартом уже можно считать систему PoE+ с выходной мощностью 25,5 Вт. В табл. 1 приведены примерные значения увеличения дальности передачи и доступной мощности при каскадном применении подобных устройств для одного из производителей.
При каскадном увеличении дальности обеспечивается передача информации с типовой скоростью 10/100 Мбит/с, а в более совершенных моделях и до 1000 Мбит/с . Некоторые «отчаянные» производители обещают увеличение единичной дальности (дискрета) до 120 м. На рис. 1 представлена обобщенная схема увеличения суммарной дальности до 500 м. Понятно, что эта дальность ограничена постепенным уменьшением питающей мощности, расходуемой на восстановление уровней сигнала и питающего напряжения. Выпускаются также влагозащищенные удлинители для наружного применения.
Предлагаются и приемо-передающие комплекты с использованием технологии сверхвысокоскоростной цифровой абонентской линии VDSL (Very-high Data Rate Digital Subscriber Line). В этом случае передача видеосигнала может осуществляться единым шлейфом до 3000 м. В качестве кабельной линии могут использоваться витые пары (UTP/FTP, телефонная сеть), коаксиальный кабель и даже любые двухпроводные линии, включая питающие сети.
Для примера в табл. 2 приведены средние значения скоростей передачи удлинителей Ethernet по витой паре телефонного кабеля.
Однако подобные системы могут обеспечить одновременную передачу PoE не более чем на 500 м.
Конечно, несколько увеличить дальность подачи питания PoE можно увеличением напряжения с 48 до 56 В (предельное значение безопасности 60 В). Что касается информационного сигнала, простое увеличение дальности при сохранении типовых технических решений неизбежно приводит и к падению скорости передачи. Это и показано в табл. 2.
На рис. 2 приведен подобный комплект, обеспечивающий передачу Ethernet + PoE на 500 м (витая пара/коаксиальный кабель); 200 м (телефонный/силовой кабель); 1000 м (без подачи питания PoE). Рисунок показывает это комплект с двух сторон.
Вышепредставленные устройства предлагаются по ценам в 50–100 долларов за устройство при каскадном методе увеличения дальности передачи Ethernet + PoE. Для комплектов технологии VDSL цена лежит в пределах 180–220 долларов.
«Суррогатный» метод подачи Ethernet + PoE
В заключение рассмотрения методов передачи Ethernet + PoE по витым парам хочется упомянуть «эксклюзивный» способ использования IP-камер, все еще распространенный на постсоветском пространстве. По всей видимости, он распространен, поскольку не перевились еще на этой территории «автомото-велофото-телерадио-монтеры». Часто потребитель, «обольщенный» рекламой, безусловно желает использовать IP-камеру и одновременно не желает оплачивать дополнительные расходы на PoE. В этом случае две свободные пары UTP-кабеля выводятся из кабеля и по ним на камеру напрямую подается типовое питание 12 В. Такая незатейливая технология, совершенно недоступная «забугорным» специалистам, позволяет обеспечить успешную передачу цифрового видеосигнала и питания на дальность до 100 м, что и требуется для типовой IP-технологии.
Это утверждение основано на допустимости снижения питания камеры на 1,5–2 В, погонном сопротивлении типовой витой пары с диаметром жил 0,5 мм и сдвоенными проводами в 4,3 Ом/100м. Потребляемый ток камеры при этом не должен превышать 200 мА. Естественно, в этом случае невозможен какой-либо серьезный подогрев камеры или мощная ИК-подсветка.
Коаксиальный кабель и витая пара в передаче видеосигнала
Многие годы и даже десятилетия коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом был практически безальтернативным средством для трансляции видеосигнала в системах видеонаблюдения. В последние 10–15 лет для передачи стандартного композитного видеосигнала достаточно широкое применение нашла витая пара. Можно сказать, что это несколько поколебало монополию коаксиального кабеля, чемму способствовало широкое распространение типовых кабелей UTP/FTP для цифровых структурированных сетей, снижение их стоимости и рост доступности. Существенным преимуществом этого метода является симметричность сигнала, а следовательно высокая помехозащищенность, особенно на низких, наиболее информационных частотах видеосигнала. Данный метод нашел широкое применение на промышленных объектах с большими длинами кабелей и обилием электромагнитных полей. И это несмотря на обязательное применение корректирующего и симметрирующего приемопередающего оборудования, а также неизбежного обилия артефактов от коррекции. Вместе с тем коаксиальный кабель до сих пор можно считать наиболее высококачественным средством передачи видеосигнала ввиду широкополосности и максимальной линейности амплитудочастотных и фазочастотных характеристик.
Только появление IP-систем наблюдения однозначно исключило коаксиальный кабель из списка интересов разработчиков и инсталляторов этих систем. К этому времени коаксиальные цифровые кабельные сети (10BASE5/10BASE2) с волновым сопротивление 50 Ом уже были прочно забыты.
Возврат коаксиальных кабелей
Попытка реабилитации «чести и достоинства» коаксиальных систем произошла при появлении видеонаблюдения на основе стандарта HD-SDI, а затем повторилась с появлением аналоговых HD-стандартов – AHD, HD-TVI и HD-CVI. Оживление интереса шло под флагом замены оборудования на HD-формат с использованием существующих коаксиальных кабельных сетей действующих систем видеонаблюдения. Такая замена обещала дополнительную прибыль от модернизации существующих объектов. Подобные надежды практически не оправдались в основном по причине низкого качества существующих систем, где из экономии часто применялись комбинированные кабели уровня КВК-2 и КВТ-2, а иногда и уровня экранированных проводов класса ШЭГС 2/4.
Передача Ehternet + PoE по коаксиальному кабелю
По всей видимости, аналогичные резоны послужили основанием создания оборудования для передачи Ethernet + PoE по коаксиальному кабелю. Кроме того, применяя кабель высокого качества, можно увеличить дальность передачи до 1 км. Во всяком случае, лучшие образцы это обещают.
Комплекты для передачи Ethernet + PoE по коаксиальному кабелю до 1000 м некоторых производителей практически не представлены на российском рынке из-за высокой цены. Кроме того, передача PoE до 12 Вт и битрейтом в 75–90 Мбит/с (при физическом пределе в 200 Мбит/с) реализуется по кабелю 5C-HFBT. Хотя его класс определен как RG6, на самом деле из отечественных кабелей ему уступает даже «безусловный» RG6-кабель РК75-4,8-321, во всяком случае, по погонному активному сопротивлению в 4 Ом/100 м против 3,3 Ом/100 м. Возросшие потери на активном сопротивлении кабеля могут сократить дальность передачи при максимальной потребляемой мощности.
Устройств, передающих цифровые данные (Ethernet) по коаксиальному кабелю, предлагается достаточно много. От пассивных комплектов с дальностью до 200 м (но со скоростью лишь 10 Мбит/с) до активных устройств с дальностью предачи до 2000 м при скорости от 20 до 50 Мбит/с. Естественно, максимальная скорость обеспечивается на меньшей дальности (до 300 м). В основном подобные активные изделия работают по технологии VDSL.
Устройств, обеспечивающих передачу Ethernet совместно с PoE, а следовательно и удлинение линии коаксиальным кабелем, предлагается существенно меньше.
Один из доступных комплектов, обеспечивающих подобную передачу по коаксиальному кабелю RG11 на дальность 250 м и кабелю RG6 – на 180 м, представлен на рис. 3. Максимальная скорость передачи до 200 Мбит/с, полный дуплекс. Максимальная мощность передачи PoE – 18 Вт. Питание комплекта производится также от источника PoE.
Комплект другого производителя обеспечивает похожие характеристики. Дальность передачи по коаксиальному кабелю уже до 500 м, однако со скоростью до 47 Мбит/с. Максимальная мощность передачи питания до 12 Вт. Питание передатчика и приемника осуществляется от PoE.
Пример технической реализации передачи цифрового потока по коаксиальному кабелю
Для передачи цифровых данных по коаксиальной линии обычно используется цифро-аналоговое преобразование с последующим усилением, частотной коррекцией и обратным аналого-цифровым преобразованием.
При прохождении аналогового сигнала через кабель его высокочастотные составляющие затухают больше, чем низкочастотные, в результате чего принятые данные могут оказаться искаженными. Для коррекции аналогового сигнала используется технология выравнивания спектра (Multi-Rate Аdaptive Еqualization), позволяющая восстановить сигнал на приемной стороне, обеспечив тем самым корректный прием данных. На рис. 4 представлена структура подобной обработки для передачи цифровых данных по коаксиальному кабелю. Подобная технология используется для передачи аналогового HD.
Заключение
Из приведенного материала видно, что в настоящее время вполне возможно вдвое и даже впятеро удлинить сетевой сегмент до IP-видеокамеры с использованием как типовой витой пары, так и коаксиального кабеля. Естественно, для этого потребуются дополнительные средства.