淺談利用光纜解決音頻信號傳輸問題的探討

劉艷麗

【摘 要】 聲音是一種低頻信號，低頻信號的傳播受周圍環(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高頻信號作為載波，利用被傳輸?shù)男盘枺ㄈ缫纛l信號）對載波進行調(diào)制。當(dāng)信號到達傳輸?shù)攸c時需對信號進行解調(diào)，也就是將高頻載波濾掉，最終得到被傳輸?shù)囊纛l信號。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，即利用光作為信號的載體來加以解決。本文首先分析了音頻信號傳輸中常見的問題，然后重點探討了利用光纜解決音頻信號傳輸問題的途徑。

【關(guān)鍵詞】 光纜 音頻信號 數(shù)字音頻 激勵器 傳輸

1 音頻信號傳輸中常見的問題

1.1 音頻信號傳輸?shù)钠胶夂筒黄胶膺B接

平衡與非平衡是指音頻信號傳輸?shù)膬煞N不同類型。所謂平衡接法就是用兩條信號線傳送一對平衡的信號的連接方法，由于兩條信號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)射臺的廣播音頻信號傳輸中廣泛運用。而不平衡接法就是僅用一條信號線傳送信號的連接方法，由于這種接法容易受到干擾，所以在發(fā)射臺的廣播音頻信號傳輸中一般不使用。

1.2 音頻信號的接地問題

廣播發(fā)射臺節(jié)目傳送機房的接地系統(tǒng)包括保護接地、過壓保護接地、屏蔽接地、信號接地四種，在實際運用中往往容易混為一談，不十分嚴格區(qū)分，造成四種接地的混接現(xiàn)象，影響了音頻信號的傳輸質(zhì)量。

1.3 音頻信號傳輸中的阻抗問題

在廣播音頻節(jié)目的傳送中，阻抗匹配問題一直是一個重要的部分，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，或粗或細，如果不考慮阻抗匹配問題，就達不到良好的傳輸效果。

2 利用光纜解決音頻傳輸問題的途徑

光纖傳輸信息時，是把電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘枺缓笤诠鈱?dǎo)纖維內(nèi)部進行傳輸?shù)摹Ｋ运哂泻軓姷目垢蓴_性、保密性和可靠性；它的傳輸損耗小，不會因大氣條件而帶來質(zhì)量損傷，也沒有帶寬瓶頸問題；它還具有體積小、重量輕、鋪設(shè)容易等一系列優(yōu)點。現(xiàn)在光纖傳輸設(shè)備很容易使用，不會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，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（含音頻），是廣播電視信號傳輸?shù)淖詈眯问健Ｒ虼瞬捎霉饫w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 光纖音頻信號傳輸?shù)脑?/p>

光纖音頻信號傳輸系統(tǒng)是由“光信號發(fā)送器”“光信號接收器”以及“傳輸光纖”三個部分組成。其主要原理是由音頻信號作為源信號供給“光信號發(fā)送器”，從而產(chǎn)生相應(yīng)的光信號，然后將此信號經(jīng)光纖傳輸后送入“光信號接受器”，最終解調(diào)出原來的音頻信號。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。低損耗的波長在850nm，1300nm或1600nm附近。光電檢測的峰值響應(yīng)波長也應(yīng)與此接近。為了避免或減少波形失真，要求整個傳輸系統(tǒng)的頻帶寬度能覆蓋被傳輸信號的頻率范圍。對于音頻信號，其頻譜在300—3400Hz的范圍內(nèi)。由于光導(dǎo)纖維對光信號具有很寬的頻帶，故在音頻范圍內(nèi)，整個系統(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、激勵器直接光強度調(diào)制，將調(diào)頻電信號轉(zhuǎn)換成調(diào)幅光信號進行傳輸。（DFB）激勵器，其光譜線窄、線性好、輸出功率高、光波長為1310nm，目前使用最多，適用于中短距離傳輸。

2.3 DFB激勵器

DFB激勵器的射頻特性與器件的偏值電流關(guān)系很大。當(dāng)偏值電流超過閾值時，光功率線性增加，激勵器的頻率特性（如噪聲頻響失真）與光功率的平方根（或超過閾值的偏值電流）成比例。光發(fā)射機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)送機的自動功率控制（APC）電路和自動溫度控制（ATC）電路在保證光發(fā)送機正常工作中起著非常重要的作用。

3 自動功率控制（APC）電路

當(dāng)激光器的偏值電流大于其閾值電流時，加到激勵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 是通過改變驅(qū)動電流來進行直接調(diào)制的，因此，自動功率控制（APC）電路就是利用激光器內(nèi)的光電檢測二極管（PD）檢測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)生一個電壓，把它與預(yù)臵的一個參考電壓進行比較，經(jīng)過反饋控制電路驅(qū)動一個穩(wěn)定的電流源，從而達到自動調(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，控制電路促使驅(qū)動器電流減小，使輸出功率減小；當(dāng)光功率減小時，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。輸出光功率的波動不超過一定的范圍。

其工作過程是：激勵器的背向輸出光由光電檢測二極管（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調(diào)節(jié)直流參考電壓來實現(xiàn)。除了直流供電電壓外，光功率控制電路中還有兩個附加電路：一個是慢啟動電路，當(dāng)光發(fā)送機開機時，這個電路使激光器的偏值電流延時2s后才由零增加到設(shè)定值，以消除瞬時沖擊電流損壞激光器；另一個是限流器，通過限流電路控制激光器電流的最大值，即使光電檢測三極管損壞，也不會導(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，必須通過自動溫度控制（ATC）電路來控制致冷器的工作狀態(tài)，消除溫度變化。

其工作過程是：當(dāng)激光器溫度變化時，熱敏電阻的電阻值隨之變化，可設(shè)定一個參考值與其進行比較。誤差電壓驅(qū)動一個放大電路，由它向電子致冷器提供電流。自動溫度控制電路通過改變加到激勵器內(nèi)致冷器上的電流大小和方向，對激光器進行加熱或致冷，從而控制激勵器的工作溫度，穩(wěn)定激光器的輸出功率。當(dāng)激光器溫度升高時，致冷器致冷，激光器溫度下降；當(dāng)激光器溫度降低時，致冷器加熱，激光器溫度上升。自動溫度控制（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)字音頻信號傳輸

美國電影電視工程師學(xué)會制定了ANSI/SMPTE259M信號的電視串行數(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)，這已不成為問題。幾對立體聲的AES/EBU數(shù)字音頻信號能夠被調(diào)制并隨SMPTE259M數(shù)字視頻信號一起在光纖上傳輸。

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

直接在光纖上傳AES/EBU數(shù)字音頻信號也是可能的。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。AES數(shù)字音頻信號是6Mbit不歸零碼（NRz）信號，自然能夠被接納收容。（這也是為什么視頻同軸電纜可用來代替帶XLR連接器的雙絞屏蔽電纜的原因。）光纖傳輸器接收1Vp-p AES信號并通過光纜傳輸，光纖輸出的電信號電平可能會是800mV，但接收器也會恢復(fù)原來的AES信號。因AES接收器能夠接收低到200mV的信號且能正確還原原信號。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比使用SMPTE259M數(shù)字視頻信號時更長。

6 結(jié)語

綜上，在當(dāng)今信息化大發(fā)展的時代，探索數(shù)字視音頻分配傳輸?shù)男路椒ㄊ潜匾模驗閷嶋H需要視音頻信號比以前傳輸更遠的距離。利用光纜傳輸音頻信號清晰、無噪聲干擾，可以說，用光纜代替電纜傳輸信號，不僅徹底擺脫了過去噪聲大、音質(zhì)不佳、信號不清的問題，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的傳輸任務(wù)，加大頻率覆蓋范圍。

參考文獻：

[1]劉浩.廣播節(jié)目傳送中傳輸音頻信號應(yīng)注意的問題[J].陜西電子技術(shù)，2010.4.

[2]王蘇穎.音頻信號傳輸及音頻電纜發(fā)展展望[J].電聲技術(shù)，2007.7.

[3]羅蘊軍，李斌.單纖雙向視音頻及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)暨發(fā)射機遠程監(jiān)測監(jiān)控[J].聲屏世界，2011.1.endprint