關(guān)于光纖通信技術(shù)在廣播電視傳輸中的應用
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關(guān)鍵詞：光纖通信系統 光纖傳輸特性 SDH技術(shù) 光纖連接
近年來(lái)，光纖通信技術(shù)在有線(xiàn)電視系統和其他通信系統中得到了非常廣泛的應用，人們對光通信越來(lái)越熟悉，而且光纖通信技術(shù)越來(lái)越成熟。在廣播電視領(lǐng)域將光纖作為廣播電視信號傳輸的載體應用也越來(lái)越得到重視和應用。
光纖通信系統
1．系統基本構成
光纖通信系統是以光波作為載波，以光纖作為傳輸媒介的通信系統。光纖通信系統由光發(fā)射機、光接收機、光中繼器、光纖連接器及耦合器的無(wú)源器件等五個(gè)部分組成。
光端機是光纖通信系統的核心設備，光端機分為光發(fā)射機和光接收機，它們的性能直接影響整個(gè)通信系統的傳輸質(zhì)量。光纖通信系統中對來(lái)自信息源的信號傳送到發(fā)送端的光端機，光發(fā)射機則是將光源通過(guò)電信號調制成光信號，輸入光纖傳輸至遠方；接收端的光端機內有光檢測器將來(lái)自光纖的光信號還原成電信號，經(jīng)放大、整形、再生后恢復還原輸出。對于長(cháng)距離的光纖通信系統還需中繼器，其作用是將經(jīng)過(guò)長(cháng)距離光纖衰減和畸變后的微弱光信號經(jīng)放大、對失真的脈沖波形進(jìn)行整形、校正生成一定強度的光信號，繼續向前方以保證良好的通信質(zhì)量。
光纖通信系統中各部分的功能作用：
(1)光發(fā)射機：光發(fā)射機是實(shí)現電/光信號轉換的光端機。它由光源、驅動(dòng)器和調制器組成。其功能是將來(lái)自于信號源（視頻、音頻或射頻）的電信號對光源發(fā)出的光波進(jìn)行調制，成為已調光波，然后再將已調的光信號耦合到光纖去傳輸。
(2)光接收機：光接收機是實(shí)現光/電轉換的光端機。它由光檢測器和光放大器組成。其功能是將光纖或光纜傳輸來(lái)的光信號，經(jīng)光檢測器轉變?yōu)殡娦盘枺ㄒ曨l、音頻或射頻），然后，再將這微弱的電信號經(jīng)放大電路放大到足夠的電平，送到用戶(hù)接收端去。
(3)光纖或光纜：光纖或光纜構成光的傳輸通路。其功能是將發(fā)射端發(fā)出的已調光信號，經(jīng)過(guò)光纖或光纜的遠距離傳輸后，耦合到接收端的光檢測器上去，完成傳送信息任務(wù)。
(4)中繼器：中繼器由光檢測器、光源和判決再生電路組成。它的作用有兩個(gè)：一個(gè)是補償光信號在光纖中傳輸時(shí)受到的衰減；另一個(gè)是對波形失真的脈沖進(jìn)行校正。
(5)光纖連接器、耦合器等無(wú)源器件：由于光纖或光纜的長(cháng)度受光纖拉制工藝和光纜施工條件的限制，且光纖的拉制長(cháng)度也是有限度的（如1Km)。 因此一條光纖線(xiàn)路可能存在多根光纖相連接的問(wèn)題。于是，光纖間的連接、光纖與光端機的連接及耦合，對光纖連接器、耦合器等無(wú)源器件的使用是必不可少的。
2. 光纖（光纜）傳輸特性
光纖是用高純度的玻璃材料制造而成。光纖線(xiàn)路由光纖、光纖接頭、光纖連接器組成。光纖是光纖線(xiàn)路的主體，實(shí)際中使用的是容納許多根光纖的光纜（每根光纖都有自己的包層）。
光纖線(xiàn)路的性能主要由光纜內光纖的傳輸特性決定。目前使用的石英光纖有多模光纖和單模光纖。單模光纖（Single-Mode）只傳輸主模，也就是說(shuō)光線(xiàn)只沿光纖的內芯進(jìn)行傳輸。由于完全避免了模式射散使得單模光纖的傳輸頻帶很寬，因而適用與大容量，長(cháng)距離的光纖通迅。多模光纖（Multi-Mode） 在一定的工作波長(cháng)下，有多個(gè)模式在光纖中傳輸。由于色散，這種光纖的傳輸性能較差頻帶比較窄，傳輸容量也比較小，距離比較短。單模光纖使用的光波長(cháng)為1310nm或1550 nm。單模光纖的傳輸特性比多模光纖好，價(jià)格比多模光纖便宜，而得到了廣泛的應用。對于光纖的基本要求是損耗和色散這兩個(gè)傳輸特性參數盡可能地小。
產(chǎn)生光纖損耗的原因主要分為三種：吸收損耗、散射損耗和輻射損耗。光纖損耗關(guān)系到光纖通信傳輸距離的長(cháng)短和中繼距離的選擇。即光纖損耗限制了光纖通信的最大直通距離。目前光纖通信中常用三個(gè)低損耗窗口。0.85 （850nm）、1.31 (1310nm)和1.55 (1550nm)左右是光纖通信中常用三個(gè)低損耗窗口。
光纖色散是指輸入光脈沖在光纖中傳輸時(shí)由于各波長(cháng)光波的群速度不同而引起光脈沖展寬的現象。光纖色散的存在使傳輸的信號脈沖發(fā)生畸變，從而限制了光纖的傳輸帶寬。
3．SDH傳輸技術(shù)簡(jiǎn)介
SDH(Synchronous Digital Hierarchy)是一種同步數字體系，一種高速傳輸的數字通信技術(shù)。在SDH網(wǎng)中，有主從同步方式和相互同步方式，二者各有優(yōu)缺點(diǎn)。SDH的傳輸速率分級稱(chēng)為同步傳輸模塊STM，其中STM—1的傳輸速率為155.520Mb/s，STM—4的傳輸速率為622.080 Mb/s，STM—6的傳輸速率為2488.320 Mb/s，STM—64的傳輸速率為9953.280 Mb/s等。
SDH網(wǎng)絡(luò )中的設備主要有終端復用器、分插復用器、交叉連接設備和再生器等。
終端復用器（TM）是在網(wǎng)絡(luò )的終端把多路底速信號復用成一路高速信號，或反過(guò)來(lái)把一路高速信號分接成多路底速信號的設備。
分插復用器（ADM）用于網(wǎng)絡(luò )交叉節點(diǎn)，從輸入的高速信號中分接部分低速信號（或向輸出的高速信號中插入部分低速信號）。
數字交叉連接設備（DXC）是具有一個(gè)或多個(gè)信號端口，可以對任意之間的信號進(jìn)行可控連接的設備，它兼有復用、配線(xiàn)、保護/恢復、監控和網(wǎng)管多次功能。
再生器（RG）位于傳輸鏈路中途，是能夠接收STM—N信號，并經(jīng)過(guò)適當的處理，使信號按照規定的幅度、波形和定時(shí)特性繼續向前傳送的設備。
在SDH網(wǎng)中，常采用環(huán)型自愈網(wǎng)的方式來(lái)進(jìn)行保護，以增強通信的可靠性。所謂環(huán)型自愈網(wǎng)保護就是把各個(gè)ADM節點(diǎn)組成一個(gè)環(huán)型，在某段線(xiàn)路或某個(gè)網(wǎng)元出現故障時(shí)，利用ADM的智能，尋找替代路由，為所傳輸的信號提供保護。
SDH傳輸網(wǎng)是由一些SDH網(wǎng)絡(luò )單元組成，在光纖、微波或衛星上進(jìn)行同步信息傳送，融復接、傳輸、交換功能于一體，由統一的網(wǎng)絡(luò )管理操作的綜合信息網(wǎng)?？蓪?shí)現網(wǎng)絡(luò )有效管理、動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò )維護、對業(yè)務(wù)性能監視等功能，能有效的提高網(wǎng)絡(luò )資源的利用率，能滿(mǎn)足廣播電視干線(xiàn)傳輸網(wǎng)的信息傳輸和交換的要求，對提高廣播電視傳輸質(zhì)量有了質(zhì)的飛躍，因而SDH技術(shù)正成為廣播電視領(lǐng)域傳輸技術(shù)方面的發(fā)展和應用熱點(diǎn)。
光纖在電視傳輸的應用
1．傳輸應用
在廣播電視領(lǐng)域，以光纜網(wǎng)絡(luò )為基礎的網(wǎng)絡(luò )建設，是事業(yè)發(fā)展的主要基礎。我省東南廣播電視網(wǎng)絡(luò )有限公司已建成了以光纜為傳輸介質(zhì)，SDH為傳輸平臺的傳輸網(wǎng)絡(luò )。東南網(wǎng)絡(luò )是覆蓋全省，連接全國，高度信息化的廣播電視傳輸網(wǎng)。光纜網(wǎng)絡(luò )是城市最可靠的數字電視和數據傳輸鏈路，現在，從電視臺總控機房到衛星上行站、有線(xiàn)電視網(wǎng)或發(fā)射臺傳輸信號都選擇使用光纜，其質(zhì)量高、效果好。通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò )傳輸電視直播信號，改變了以往只靠微波中繼傳輸的方法，也消除了由于微波中繼引起的噪聲，而保證了信號的可靠性。
2004年12月，我省五地市高速公路通車(chē)的開(kāi)通典禮上，我們就是利用光纖傳輸進(jìn)行直播的。將四個(gè)地方的現場(chǎng)信號通過(guò)光纖網(wǎng)傳輸到福州主會(huì )場(chǎng)和轉播車(chē)，同時(shí)各地分會(huì )場(chǎng)通過(guò)光纖接收主會(huì )場(chǎng)的信號；轉播車(chē)導播的通話(huà)信號都是建立在光纖的第二路音頻通路上。再如，今年四月份，我臺的《新聞啟示錄》欄目進(jìn)行了一次通過(guò)光纖實(shí)施三地同時(shí)互動(dòng)的節目錄制過(guò)程。三地之間信號都是互通?？梢允且坏嘏c另一地互通，將本地信號送給其他兩地，同時(shí)接收其他兩地的信號，也可以是一地與兩地互通或者是三地同時(shí)互通。主持人與三地的嘉賓可以互通交流，以及導播與主持人也可以互通，這些都是通過(guò)光纖來(lái)傳送實(shí)現的。當然，通過(guò)光纖實(shí)現兩地傳送或直播是最經(jīng)常的一種電視傳送方式。但是，光纖傳輸時(shí)要注意的是視頻與音頻信號的同步問(wèn)題，這經(jīng)過(guò)調整可以解決。
光纖傳輸系統具有傳輸頻帶極寬，通信容量很大，衰減低，串擾小，抗干擾能力強的特點(diǎn)，不象微波傳送使用中繼會(huì )產(chǎn)生因中繼引起的噪聲，而影響信號質(zhì)量；也不象衛星傳送那樣接收時(shí)信號延時(shí)較大，而且容易受干擾。因此，光纖傳輸系統的優(yōu)越性是明顯的。
2．注意的問(wèn)題
光纖系統的主要故障來(lái)自接頭不清潔、連接不良，光纖斷裂、裸露、變形，光發(fā)射機和光接收機調試不正確等，要根據實(shí)際情況及時(shí)處理。對于光纖部分的故障，一般都可以通過(guò)OTDR（光時(shí)域反射計）的測試來(lái)找出故障。
前端的光發(fā)射機應有良好的工作環(huán)境，注意防潮，防止灰塵的進(jìn)入，要保證其工作電壓的穩定可靠，要經(jīng)常檢查光纖是否變形和斷裂，光纖尾纖不能過(guò)于彎曲，要有一定的曲度，對于光接收機，要檢查其輸出電平。
光纖傳輸系統與同軸電纜有線(xiàn)電視系統一樣都有技術(shù)指標的。光纖傳輸系統除光端機、光纖外還有各類(lèi)連接器所組成，這些組成都會(huì )是光纖傳輸鏈路中噪聲的主要來(lái)源，而連接頭引起的噪聲是主要原因。光纖連接可分為固定接頭和活動(dòng)連接器。在敷設光纜時(shí)，需要將每段光纖進(jìn)行連接，通常是采用熔接技術(shù)將其熔接形成光纖的固定接頭。而在光纖鏈路中，光纖與設備的連接，光端機內部連接，光纖與其他光源器件的連接以及光配線(xiàn)架的連接需要采用活動(dòng)連接器。光纖活動(dòng)連接器的主要光學(xué)性能要求是插入損耗小，一般小于0.5dB，后向反射損耗要大，一般大于40dB，在要求比較嚴格的地方，后向反射損耗要大于60 dB，重復拔插1000次后損耗變化量小于0.2dB。插入損耗主要由兩根光纖接觸不良造成的。
活動(dòng)連接器按光纖的種類(lèi)或是傳輸特性分類(lèi)，有單模和多模型。按光纖芯數有單芯?p多芯及帶狀連接器。兩根光纖的活動(dòng)連接是靠活動(dòng)連接適配器(尾纖)來(lái)連接的，單模光纖活動(dòng)連接器按其結構或連接方式分為FC(平面對接)?pSC（矩形）?pST(壓接式)等，端面接觸方式有PC（直接接觸）、UPC、APC(斜面對接)型。
所以采用何種連接器，插頭應配置相應的適配器才能完好的將兩根光纖連接起來(lái)，使用時(shí)要將其結構以及端面的處理情況一起結合起來(lái)考慮，比如FC適配器只適用于兩個(gè)FC?uPC或兩個(gè)FC?uAPC?p兩個(gè)FC?uUPC插頭的連接。在有線(xiàn)電視系統中，由于只用單模光纖，為了減少光纖的反射影響，單模斜面（APC）活動(dòng)連接器是最常用的一種。為了加大反射損耗避免反射光對光發(fā)射機性能的影響，一般都要采用FC/APC或SC/APC連接器。連接時(shí)，一定要保證端面的清潔，可先用脫水酒精擦洗干凈，尾纖斜面對齊,再與插座擰緊或插緊，否則使用不當會(huì )使光纖傳輸系統指標下降，甚至劣化。在光纖鏈路中，串接的活動(dòng)連接器過(guò)多，不但增加了插入損耗，且由于使用不當，易造成連接器端面接觸不緊，以及連接器端面不干凈，都會(huì )造成光反射增大使C/N值下降。
光纖傳輸系統具有傳輸頻帶極寬，通信容量很大；傳輸速率高，衰減低，串擾小，抗干擾能力強，信號傳輸質(zhì)量高；同時(shí)光纖尺寸小，重量輕，便于傳輸和鋪設；光纖是石英玻璃拉制成形,原材料來(lái)源豐富，并節約了大量有色金屬等特點(diǎn)。它是高性能通信網(wǎng)絡(luò )的重要組成部分，在電視臺的節目數字化制作網(wǎng)中，它是高質(zhì)量的視音頻實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的最理想傳輸介質(zhì)。因此，光纖在通信網(wǎng)，廣播電視網(wǎng)，計算機網(wǎng)，以及在其他數據傳輸系統中，都得到了廣泛應用。光纖寬帶干線(xiàn)傳送網(wǎng)和接入網(wǎng)發(fā)展迅速，是當前研究開(kāi)發(fā)應用的主要目標。
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