光纖傳輸系統在廣播電視中的應用研究

宋杰

（山東省濟南市平陰縣融媒體中心 山東濟南 250400）

近年來，廣播電視信號傳輸主要是以光纖傳輸、微波傳輸及衛星傳輸3 種方式為主。目前，隨著光纜和傳輸資源的逐漸生疏，光纖傳輸逐漸成為了廣播電視信號的主要傳輸手段。與此同時，三網融合的速度不斷加快，這對光纖傳輸技術的穩定高效提出了新的要求。對于廣播電視系統而言，光纖傳輸的出現及應用帶來了極大程度上的進步與便利，信號質量與傳播速度都得到了很大提升，在此背景下，廣播電視行業應對光纖傳輸的應用有所了解與研究。

1 光纖傳輸系統的概念及結構

1.1 光纖傳輸的概念

光纖即為光導纖維，是一種由玻璃或者塑料制成的纖維，可以作為光傳導的工具。光纖的傳輸原理是利用光波作為媒介，通過光的全反射達到數據傳輸的目的。光纖傳輸即以光導纖維為介質進行的數據信號的傳輸，具有靈敏度高、質量輕、損耗小、壽命長、價格低、保密性強且抗干擾能力強的優點。光纖傳輸的發射器與接收器可以將光信號與電信號進行轉換［1-2］。

1.2 光纖傳播的結構

光纖傳輸系統按照順序主要由光源（發射器）、中繼器、檢測器（接收器）3個部分構成。首先是發射器，通過調制器、驅動器及光源3個部分配合，將電信號轉換為光信號，調制器將信號源的光波與光信號結合，送入到光纖傳輸的介質中進行光纖傳輸，這個過程也實現了對光信號的調試，能夠使觀眾觀看到更清晰、穩定的廣播電視節目。然后是中繼器，中繼器的存在主要是通過光源、判決再生電路、光檢測器3 個部分，配合解決一些異常問題，將一些畸形信號進行放大或者完善，將失真信號進行矯正和補償，以保證最終能夠形成完整的光信號，維持光纖傳輸的信號質量和效率。最后是光的接收器，接收器的主要作用是用光放大器、光檢測器及均衡器，將光信號重新轉化為電信號，接收器所接收到的光信號在轉化為電磁信號之后是十分微弱的，不能被客戶端所識別，這時就需要放大器及均衡器將電磁信號進行放大與調整，使得最后的信號傳輸能夠滿足播放需求。另外，光線傳輸過程中也少不了各種耦合器，光纖在實際架設過程中可能會受到施工環境與光纖拉制的影響，一根光纖也有可能與多根光纖進行連接，在此情況下，耦合器對光纖信號的穩定傳播起到重大作用［3-4］。

1.3 廣播電視傳輸系統

廣播電視系統主要由傳輸系統、接受系統及信號源組成。傳輸系統包括衛星、地面及有線傳輸，是信號的傳輸媒介。目前，隨著SDH 技術的發展，信號傳輸的速度與質量大幅提升；接受系統顧名思義就是對信號進行接收整合與顯示，其中包括天線、顯示器、機頂盒等；信號源則是最重要的部分，它是信息的來源，是廣播電視系統的播放內容。

2 光纖傳輸系統的優勢及特點

2.1 安全性高，損耗率低

傳統的傳輸媒介可能會受到電磁、安裝環境及惡劣天氣的影響。而光纖傳輸可以極大地避免因為外界因素而造成的信號不完整，在極大程度上確保了廣播電視系統的正常運行。相對于傳統媒介而言，光纖傳播的信號安全性更高。光纖的損耗是指傳播主體在傳輸過程中會隨著距離的變化而發生改變，通常情況下，損耗程度與波長有關。但光纖相對于其他傳輸媒介而言，損耗率更低，更適合遠距離傳輸，在遠距離傳輸后，仍然可以保持信號的完整性與清晰度，可以在更大程度上提升廣播電視行業的服務質量［5-6］。

2.2 性能優越，適應性強

目前，光纖的主要制作材料為玻璃或者塑料，這種原材料的采用使得光纖可以在多種不同的環境下進行工作，無論是高溫、低溫，還是潮濕干燥，光纖都能夠正常維持工作。同時，因為其適應性強、具有抗腐蝕性，其使用壽命較其他材料也相對更長，更有利于節約成本，節約資源。另外，光纖傳輸的絕緣性高、抗干擾性也更強，不會因為接觸高壓設備等對傳輸造成損耗［7-8］。

2.3 質量更小，更加安全

光纖一般可以分為多模光纖和單膜光纖兩種。多模光纖中，芯的直徑有50μm和62.5μm兩種，與人的發絲直徑相當。而單模光纖芯的直徑為8～10μm，即使在外層采取多種保護措施，光纖的直徑也可保持在1mm以下。重量及直徑的大幅降低使得光纖的架設效率相對于傳統媒介大幅提升，更容易進行推廣傳播。光纖傳輸對于信號的傳輸也能做到完全保密，即使中途被竊聽竊取，也能很快發現并且及時處理。

3 光纖傳播在廣播電視領域的應用

3.1 廣播電視壓縮傳輸

廣播電視的壓縮傳播技術是一種使用相對廣泛的傳播技術，它通過壓紋設備對廣播電視信號進行壓縮，在保證信號質量不變的前提下，使其體積變小，從而創造質量較高的大數據傳播機制，為廣播電視信號傳輸的高效化及高清化奠定了基礎。不僅如此，壓縮傳播還可以最大限度地保證廣播電視信號內容的安全性，避免資源流出問題。

在光纖傳輸中心中，外地的光纖傳輸過程主要在TER機房中進行，信號到達機房后，使SDI信號通過光端機在TOC機房和TER機房中傳播。長距離的信號傳播容易信號受到影響，而通過結束解碼器，可以盡量解決。解碼器的作用就是對信號解碼，從而獲取ASI 信號，再經過網絡配置器，將ASI信號送到IBC機房，進而解碼，獲得有效SDI信號。光纖傳輸能夠滿足目前廣播電視系統所提出的高清、高效的傳輸需求，也符合如今電視廣播系統聽眾及觀眾日益提高的節目質量需求。

廣播電視信號的壓縮傳輸能夠滿足大部分廣播電視節目，但不是所有節目都適合使用壓縮傳輸技術。例如，直播的廣播電視信號的壓縮傳輸的壓縮和解壓并不會對圖像質量和信號產生影響，但是并不能保證傳播速度，會出現延遲的情況，容易打亂廣播電視直播節目的節奏，影響聽眾和受眾的觀感，嚴重的可能會造成畫面紊亂或音畫不同步等問題。所以，光纖傳輸系統在信號壓縮傳輸方面的應用應該選擇不需求即時性的廣播電視節目。

3.2 廣播電視非壓縮傳輸

光纖傳輸系統既可以應用在廣播電視信號的壓縮傳輸，也可以應用在非壓縮傳輸。非壓縮傳輸相對于壓縮傳輸而言更加快捷，因為不用再對信號進行壓縮和解壓。但相應地，廣播電視信號的高速傳輸也需要機房與終端直連進行支持。目前，在廣播電視節目的制作當中，非壓縮傳輸技術應用也十分廣泛，現階段，人們對新聞的即時性要求越來越高，非壓縮傳輸技術不僅能夠提供高清畫面，還能夠最大限度地保證信號內容傳遞的即時性。不過凡事有利即有弊，非壓縮傳輸技術雖然在速度上做到了最快，但是相應地，其安全性得不到最大保障，具有一定的不可控性。輕微問題如信號差、傳播速度降低，會造成聲音、畫面卡頓不流暢，使畫面清晰度降低，嚴重一些可能會出現信號的完全中斷，造成直播事故。基于以上的情況，光傳輸系統在應用于廣播電視信號非壓縮性傳輸時，應該更加注重傳輸的穩定性，以保障直播節目的順利進行。具體可以從以下兩方面進行穩定性的增強。

首先，要增強光纖傳輸系統在非壓縮傳輸中距離的把控。雖然光纖傳輸相較于傳統的傳輸媒介最遠傳輸距離得到了很大的提升，但是目前由于技術限制，光纖傳輸還不能完全不受距離影響，如果傳輸距離過長，也會出現信號不穩定的現象，因此，應該在實際光纖傳輸系統使用中增強對距離的把控。再者，要做到對硬件設施即傳輸路徑的優化，如增設轉播機房、配置轉播車等，保證廣播電視直播信號的即時穩定傳播，保障非壓縮傳輸的遠距離傳輸。在實際應用過程中，如果需要進行大型直播活動，那么數字化光纖傳輸是不二選擇，它可以保證信號的傳輸質量與傳輸速度。同時，為了保障直播活動的順利進行，可以在電視臺與信號發射地、直播活動場地之間搭設光纖傳輸通道，并為其配置功能完善的新型轉播車、增設信號轉播機房，協助遠距離信號傳輸，這樣能夠充分滿足電視直播節目所需求的信號穩定、畫面高清、傳播速度快，也能在最大程度上避免信號受干擾甚至中斷的幾率。

其次，增強危機意識，及時準備優化備用方案。光纜是光線運輸系統的承載基礎。廣播電視信號傳輸為保證信號安全傳輸、維持節目順利進行，基本全部設置備用光纜，這樣一來，即使主光纜突然出現問題時，采取備用方案，利用備用光纜就可以進行廣播電視信號傳輸，避免信號完全中斷。這也要求相關工作人員在日常活動中不斷對光纜的性能進行檢查，并準備好充足完善的備用方案，以保證無論發生何種情況都可以讓廣播電視節目繼續進行。

3.3 廣播電視混合傳輸

無論是壓縮傳輸，還是非壓縮傳輸，都具備各自的優點和缺陷。而混合傳輸就是融合壓縮傳輸與非壓縮傳輸的一種傳輸方式。混合傳輸作為一種更新型的傳輸方式，它將兩種常用方式進行結合，可以改善各自的缺點漏洞，實現優勢互補，真正發揮出光纖傳輸的優勢，保障廣播電視信號的傳輸能夠達到穩定性高、速度快、內容高清、容量大。現如今，廣播電視事業仍在不斷發展，隨著人們生活水平的提高，對廣播電視節目的要求也日益提高。電視行業在此要求下節目類型不斷豐富，節目綜合質量不斷提升，也融入了更多新鮮元素。壓縮傳輸與非壓縮傳輸的結合能夠充分滿足現如今廣播電視行業與觀眾的需求。

在壓縮與非壓縮結合的技術中，主要是通過TER機房來實現信號傳播。信號首先達到TER機房，之后，利用光端機將HD-SDI信號在TER機房與TOC機房中傳輸，ASI信號經由高清信號壓縮編碼器進行壓縮，通過SDH傳輸至TOC機房，之后，將ASI信號重新解碼回HD-SDI信號。

為了保障信號不會因各種內部外部原因中斷，一般在使用混合傳播時，會通過“1+1（主+備）”的傳輸模式進行傳輸，即主用、備用雙管齊下，保障公共信號的即時傳輸。為了實現“1+1”模式，將會采用雙光纜進行保證，TOC機房會設置兩個接口與兩個路由器，分別進行主備信號的處理，如果主光纜出現問題，也不會造成傳輸中斷。另外，除了要進行雙光纜雙路由器的準備，還要及時進行設備線路的調試，以保證不會出現各種影響信號傳輸的意外情況。

4 光纖傳播應用要點

光纖作為一種優秀的傳播介質，其傳播效率與傳播效果主要受到3個因素的影響，即光纖損耗、光纖色散和數值孔徑。

光信號經過光纖傳輸后，光的強度會逐漸減弱，光信號也會逐漸減弱，光纖損耗就是指在此過程中光信號的損失。光纖的損耗率相對于其他傳統傳播介質而言已經非常低，但是距離越遠，損耗越強。光纖的損耗主要會導致電視信號在傳輸過程中衰減，最終造成電視節目畫面傳輸質量不理想等問題。光纖損耗主要受到以下兩個方面的影響：本征光纖損傷和非本征光纖損傷。本征光纖損耗是指光纖材料本身由于光的吸收及光的散射造成的固有損耗，可以通過優化光纖性能、完善光纖纖芯涂層等方式進行改善。非本征光纖損傷主要指光纖的外部不正當處理導致的損傷，常見問題為彎曲損傷和對接損傷。彎曲損傷就是因為光纖彎曲而引起的損耗，光纖使用過程中，應避免光纖芯軸偏離軸線，避免使用缺陷產品，注意環境因素變化。光纖的對接就是由于光纖互相連接所造成的損耗，這種損耗是不可避免的，但是光纖熔接及光線連接器可以將損耗降至最低。

光纖色散是光纖傳輸過程中，所傳輸的信號具有不同的頻率成分及模式成分，這些不同成分在傳輸過程中速度不同，導致出現相互散開的情況，最終造成傳輸信號波形失真及脈沖展寬。光纖色散是信號失真的主要原因，它也縮短了信號在光纖內部的傳輸距離，可能導致信號無法正常接收解碼。因此，在光纖傳輸中，減少光線色散或者進行色散補償十分重要。目前，有以下3種常見的色散補償方式，即色散補償光纖、光纖布格拉光柵、電子色散補償。

光纖數值孔徑是一種光纖參數，它的數值代表的是光纖端面對光的接受能力。光纖的數值孔徑越大，光纖接受光的能力也就越強，光纖的光功率也就越大。但是數值孔徑也不是越大越好，當數值孔徑過于大時，就會影響光纖的帶寬。所以，光纖的數值孔徑一般會考慮光纖對光的接受能力及光纖色散的問題，通過多方面綜合考量與測試，光纖的數值孔徑在0.18～0.23的范圍內效果最佳。

5 結語

隨著科技發展和社會進步，人們生活水平日益提高，相應地對文化產業的要求也越來越高。在這種情況下，光纖傳輸為廣播電視系統提供了更高質量的信號傳輸，提升了廣播電視行業的服務質量、服務水平，為廣播電視行業的長遠發展提供了強大助力。但是，光纖傳輸不是完美的，它也存在著一些問題，需要在今后的光纖傳輸及廣播電視系統的發展過程中不斷進行完善，爭取早日為人民提供更高質量、更高水平的廣播電視節目。