劉艷麗

【摘 要】 聲音是一種低頻信號(hào)，低頻信號(hào)的傳播受周圍環(huán)境的影響很大，傳播的范圍有限。在通信中一般是使用一個(gè)高頻信號(hào)作為載波，利用被傳輸?shù)男盘?hào)（如音頻信號(hào)）對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制。當(dāng)信號(hào)到達(dá)傳輸?shù)攸c(diǎn)時(shí)需對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，也就是將高頻載波濾掉，最終得到被傳輸?shù)囊纛l信號(hào)。隨著通信容量的增加和信息傳遞速度的加快，電磁通信暴露出一些缺陷，需采用光纜通信，即利用光作為信號(hào)的載體來(lái)加以解決。本文首先分析了音頻信號(hào)傳輸中常見(jiàn)的問(wèn)題，然后重點(diǎn)探討了利用光纜解決音頻信號(hào)傳輸問(wèn)題的途徑。

【關(guān)鍵詞】 光纜 音頻信號(hào) 數(shù)字音頻 激勵(lì)器 傳輸

1 音頻信號(hào)傳輸中常見(jiàn)的問(wèn)題

1.1 音頻信號(hào)傳輸?shù)钠胶夂筒黄胶膺B接

平衡與非平衡是指音頻信號(hào)傳輸?shù)膬煞N不同類型。所謂平衡接法就是用兩條信號(hào)線傳送一對(duì)平衡的信號(hào)的連接方法，由于兩條信號(hào)線受的干擾大小相同，相位相反，最后將使干擾被抵消。由于音頻的頻率范圍較低，在長(zhǎng)距離的傳輸情況下，容易受到干擾，因此，平衡接法作為一種抗干擾的連接方法，在發(fā)射臺(tái)的廣播音頻信號(hào)傳輸中廣泛運(yùn)用。而不平衡接法就是僅用一條信號(hào)線傳送信號(hào)的連接方法，由于這種接法容易受到干擾，所以在發(fā)射臺(tái)的廣播音頻信號(hào)傳輸中一般不使用。

1.2 音頻信號(hào)的接地問(wèn)題

廣播發(fā)射臺(tái)節(jié)目傳送機(jī)房的接地系統(tǒng)包括保護(hù)接地、過(guò)壓保護(hù)接地、屏蔽接地、信號(hào)接地四種，在實(shí)際運(yùn)用中往往容易混為一談，不十分嚴(yán)格區(qū)分，造成四種接地的混接現(xiàn)象，影響了音頻信號(hào)的傳輸質(zhì)量。

1.3 音頻信號(hào)傳輸中的阻抗問(wèn)題

在廣播音頻節(jié)目的傳送中，阻抗匹配問(wèn)題一直是一個(gè)重要的部分，但是相當(dāng)多的人并不重視它。一條廣播音頻傳輸線路，或短或長(zhǎng)，或粗或細(xì)，如果不考慮阻抗匹配問(wèn)題，就達(dá)不到良好的傳輸效果。

2 利用光纜解決音頻傳輸問(wèn)題的途徑

光纖傳輸信息時(shí)，是把電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)，然后在光導(dǎo)纖維內(nèi)部進(jìn)行傳輸?shù)?。所以它具有很?qiáng)的抗干擾性、保密性和可靠性；它的傳輸損耗小，不會(huì)因大氣條件而帶來(lái)質(zhì)量損傷，也沒(méi)有帶寬瓶頸問(wèn)題；它還具有體積小、重量輕、鋪設(shè)容易等一系列優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在光纖傳輸設(shè)備很容易使用，不會(huì)有同軸電纜討厭的均衡需求。光纖傳輸設(shè)備幾乎不需維護(hù)，并且可靠、穩(wěn)定、便宜。光纖傳輸容量大，可以不壓縮傳輸數(shù)字電視信號(hào)（含音頻），是廣播電視信號(hào)傳輸?shù)淖詈眯问?。因此采用光纖通訊技術(shù)，必將大大提高廣播電視節(jié)目的傳輸質(zhì)量。

2.1 光纖音頻信號(hào)傳輸?shù)脑?/p>

光纖音頻信號(hào)傳輸系統(tǒng)是由“光信號(hào)發(fā)送器”“光信號(hào)接收器”以及“傳輸光纖”三個(gè)部分組成。其主要原理是由音頻信號(hào)作為源信號(hào)供給“光信號(hào)發(fā)送器”，從而產(chǎn)生相應(yīng)的光信號(hào)，然后將此信號(hào)經(jīng)光纖傳輸后送入“光信號(hào)接受器”，最終解調(diào)出原來(lái)的音頻信號(hào)。如下圖所示，為了保證系統(tǒng)的傳輸損耗低，發(fā)光器件LED的發(fā)光中心波長(zhǎng)必須在傳輸光纖的低損耗窗口之內(nèi)，使得材料色散較小。低損耗的波長(zhǎng)在850nm，1300nm或1600nm附近。光電檢測(cè)的峰值響應(yīng)波長(zhǎng)也應(yīng)與此接近。為了避免或減少波形失真，要求整個(gè)傳輸系統(tǒng)的頻帶寬度能覆蓋被傳輸信號(hào)的頻率范圍。對(duì)于音頻信號(hào)，其頻譜在300—3400Hz的范圍內(nèi)。由于光導(dǎo)纖維對(duì)光信號(hào)具有很寬的頻帶，故在音頻范圍內(nèi)，整個(gè)系統(tǒng)的頻帶寬度主要決定于發(fā)送端調(diào)制放大電路和接收端功放電的幅頻特性。

2.2 光纖線路在光傳輸網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

根據(jù)傳輸設(shè)備的不同，光纖線路在光傳輸網(wǎng)絡(luò)中主要有兩種應(yīng)用：一種為數(shù)字傳輸，一般為PDH、SDH制式。PDH目前較少用于廣播電視傳輸，多用于數(shù)據(jù)傳輸。SDH多用于組建干線傳輸網(wǎng)，也是目前廣電系統(tǒng)采用的傳統(tǒng)模式。另一種為AM模擬傳輸，AM模擬有線電視光傳輸系統(tǒng)又可分為直接調(diào)制調(diào)幅和外調(diào)制調(diào)幅系統(tǒng)。直接調(diào)制調(diào)幅系統(tǒng)是半導(dǎo)體、激勵(lì)器直接光強(qiáng)度調(diào)制，將調(diào)頻電信號(hào)轉(zhuǎn)換成調(diào)幅光信號(hào)進(jìn)行傳輸。（DFB）激勵(lì)器，其光譜線窄、線性好、輸出功率高、光波長(zhǎng)為1310nm，目前使用最多，適用于中短距離傳輸。

2.3 DFB激勵(lì)器

DFB激勵(lì)器的射頻特性與器件的偏值電流關(guān)系很大。當(dāng)偏值電流超過(guò)閾值時(shí)，光功率線性增加，激勵(lì)器的頻率特性（如噪聲頻響失真）與光功率的平方根（或超過(guò)閾值的偏值電流）成比例。光發(fā)射機(jī)中激光器的光輸出功率非常穩(wěn)定。激光器的閾值電流、偏值電流和光輸出功率都與激光器的工作溫度有密切關(guān)系。激光器的內(nèi)部發(fā)熱都使其性能大大降低，因此，光發(fā)送機(jī)的自動(dòng)功率控制（APC）電路和自動(dòng)溫度控制（ATC）電路在保證光發(fā)送機(jī)正常工作中起著非常重要的作用。

3 自動(dòng)功率控制（APC）電路

當(dāng)激光器的偏值電流大于其閾值電流時(shí)，加到激勵(lì)器中激光二極管上的偏值電流與激光器的輸出功率基本上成正比的關(guān)系。LED 是通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)電流來(lái)進(jìn)行直接調(diào)制的，因此，自動(dòng)功率控制（APC）電路就是利用激光器內(nèi)的光電檢測(cè)二極管（PD）檢測(cè)激光器的輸出光功率，并根據(jù)光電二極管的輸出電流產(chǎn)生一個(gè)電壓，把它與預(yù)臵的一個(gè)參考電壓進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)反饋控制電路驅(qū)動(dòng)一個(gè)穩(wěn)定的電流源，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)激光器的光輸出功率，保證激光器正常工作的目的。當(dāng)光功率增大時(shí)，控制電路促使驅(qū)動(dòng)器電流減小，使輸出功率減?。划?dāng)光功率減小時(shí)，控制電路又使激光器的控制電流增大，從而使輸出光功率增加。輸出光功率的波動(dòng)不超過(guò)一定的范圍。

其工作過(guò)程是：激勵(lì)器的背向輸出光由光電檢測(cè)二極管（PD）接收后轉(zhuǎn)化為光電壓，經(jīng)N1放大后送至比較器N2的反向輸入端；從直流穩(wěn)壓電源中取出的直流參考電壓送往比較器N1的同相輸入端。V1和V2組成直流恒流源，向激光器提供偏值電流，該偏值電流的大小通過(guò)調(diào)節(jié)直流參考電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。除了直流供電電壓外，光功率控制電路中還有兩個(gè)附加電路：一個(gè)是慢啟動(dòng)電路，當(dāng)光發(fā)送機(jī)開(kāi)機(jī)時(shí)，這個(gè)電路使激光器的偏值電流延時(shí)2s后才由零增加到設(shè)定值，以消除瞬時(shí)沖擊電流損壞激光器；另一個(gè)是限流器，通過(guò)限流電路控制激光器電流的最大值，即使光電檢測(cè)三極管損壞，也不會(huì)導(dǎo)致激光器的偏值電流失去控制而燒毀激光器。endprint

4 自動(dòng)溫度控制（ATC）電路

激光器的閾值電流、偏值電流、輸出光功率與激光器的工作溫度有密切關(guān)系。激光器的閾值電流隨溫度變化，隨著溫度的升高，激光器的效率降低，使輸出光功率及激勵(lì)器發(fā)射波的峰值發(fā)生變化。為了保證激光器的工作狀態(tài)即閾值電流不變，輸出功率不變，必須通過(guò)自動(dòng)溫度控制（ATC）電路來(lái)控制致冷器的工作狀態(tài)，消除溫度變化。

其工作過(guò)程是：當(dāng)激光器溫度變化時(shí)，熱敏電阻的電阻值隨之變化，可設(shè)定一個(gè)參考值與其進(jìn)行比較。誤差電壓驅(qū)動(dòng)一個(gè)放大電路，由它向電子致冷器提供電流。自動(dòng)溫度控制電路通過(guò)改變加到激勵(lì)器內(nèi)致冷器上的電流大小和方向，對(duì)激光器進(jìn)行加熱或致冷，從而控制激勵(lì)器的工作溫度，穩(wěn)定激光器的輸出功率。當(dāng)激光器溫度升高時(shí)，致冷器致冷，激光器溫度下降；當(dāng)激光器溫度降低時(shí)，致冷器加熱，激光器溫度上升。自動(dòng)溫度控制（ATC）電路可以使激光器的工作溫度控制在25℃范圍內(nèi)，使光發(fā)送機(jī)的輸出光功率在較大的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。

5 DFB 數(shù)字音頻信號(hào)傳輸

美國(guó)電影電視工程師學(xué)會(huì)制定了ANSI/SMPTE259M信號(hào)的電視串行數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，它主要是用于串行數(shù)字視頻的，數(shù)字音頻信號(hào)又如何在光纖上傳輸呢？隨著多路音頻調(diào)制、解調(diào)器的出現(xiàn)，這已不成為問(wèn)題。幾對(duì)立體聲的AES/EBU數(shù)字音頻信號(hào)能夠被調(diào)制并隨SMPTE259M數(shù)字視頻信號(hào)一起在光纖上傳輸。

如果在SMPTE259M串行數(shù)字視頻中早已含有音頻，那就不需要外來(lái)調(diào)制解調(diào)器了。然而，如果輸人的音頻是模擬信號(hào)時(shí)，則可以用A/D和D/A轉(zhuǎn)換器來(lái)完成模擬到數(shù)字和數(shù)字到模擬音頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換。

直接在光纖上傳AES/EBU數(shù)字音頻信號(hào)也是可能的。使用一些光纖傳輸器可以傳輸1～3印Mb/s的任何碼率的信號(hào)。AES數(shù)字音頻信號(hào)是6Mbit不歸零碼（NRz）信號(hào)，自然能夠被接納收容。（這也是為什么視頻同軸電纜可用來(lái)代替帶XLR連接器的雙絞屏蔽電纜的原因。）光纖傳輸器接收1Vp-p AES信號(hào)并通過(guò)光纜傳輸，光纖輸出的電信號(hào)電平可能會(huì)是800mV，但接收器也會(huì)恢復(fù)原來(lái)的AES信號(hào)。因AES接收器能夠接收低到200mV的信號(hào)且能正確還原原信號(hào)。由于數(shù)字音頻較低的碼率，傳輸器和接收器之間的距離會(huì)比使用SMPTE259M數(shù)字視頻信號(hào)時(shí)更長(zhǎng)。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上，在當(dāng)今信息化大發(fā)展的時(shí)代，探索數(shù)字視音頻分配傳輸?shù)男路椒ㄊ潜匾?，因?yàn)閷?shí)際需要視音頻信號(hào)比以前傳輸更遠(yuǎn)的距離。利用光纜傳輸音頻信號(hào)清晰、無(wú)噪聲干擾，可以說(shuō)，用光纜代替電纜傳輸信號(hào)，不僅徹底擺脫了過(guò)去噪聲大、音質(zhì)不佳、信號(hào)不清的問(wèn)題，也大大減少了停播和劣播現(xiàn)象的發(fā)生，更好地完成音頻信號(hào)的傳輸任務(wù)，加大頻率覆蓋范圍。

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