关于光纤通信技术在广播电视传输中的应用

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    作者：福建省广播影视集团技术中心  叶德

    摘要：本文介绍了运用光纤通信技术、光纤传输特性、SDH传输技术在广播电视领域实现信号直播、回传的应用。

    以实例介绍了通过光纤网进行长距离、异地、多点实时互动的电视直播实现；以及光纤连接器的使用心得。

    关键词：光纤通信系统光纤传输特性SDH技术光纤连接

    近年来，光纤通信技术在有线电视系统和其他通信系统中得到了非常广泛的应用，人们对光通信越来越熟悉，而且光纤通信技术越来越成熟。在广播电视领域将光纤作为广播电视信号传输的载体应用也越来越得到重视和应用。

    光纤通信系统

    1．系统基本构成

    光纤通信系统是以光波作为载波，以光纤作为传输媒介的通信系统。光纤通信系统由光发射机、光接收机、光中继器、光纤连接器及耦合器的无源器件等五个部分组成。

    光端机是光纤通信系统的核心设备，光端机分为光发射机和光接收机，它们的性能直接影响整个通信系统的传输质量。光纤通信系统中对来自信息源的信号传送到发送端的光端机，光发射机则是将光源通过电信号调制成光信号，输入光纤传输至远方；接收端的光端机内有光检测器将来自光纤的光信号还原成电信号，经放大、整形、再生后恢复还原输出。对于长距离的光纤通信系统还需中继器，其作用是将经过长距离光纤衰减和畸变后的微弱光信号经放大、对失真的脉冲波形进行整形、校正生成一定强度的光信号，继续向前方以保证良好的通信质量。

    光纤通信系统中各部分的功能作用：

    (1)光发射机：光发射机是实现电/光信号转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于信号源（视频、音频或射频）的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤去传输。

    (2)光接收机：光接收机是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号（视频、音频或射频），然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到用户接收端去。

    (3)光纤或光缆：光纤或光缆构成光的传输通路。其功能是将发射端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到接收端的光检测器上去，完成传送信息任务。

    (4)中继器：中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲进行校正。

    (5)光纤连接器、耦合器等无源器件：由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限度的（如1Km)。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。

    2.光纤（光缆）传输特性

    光纤是用高纯度的玻璃材料制造而成。光纤线路由光纤、光纤接头、光纤连接器组成。光纤是光纤线路的主体，实际中使用的是容纳许多根光纤的光缆（每根光纤都有自己的包层）。

    光纤线路的性能主要由光缆内光纤的传输特性决定。目前使用的石英光纤有多模光纤和单模光纤。单模光纤（Single-Mode）只传输主模，也就是说光线只沿光纤的内芯进行传输。由于完全避免了模式射散使得单模光纤的传输频带很宽，因而适用与大容量，长距离的光纤通迅。多模光纤（Multi-Mode）在一定的工作波长下，有多个模式在光纤中传输。由于色散，这种光纤的传输性能较差频带比较窄，传输容量也比较小，距离比较短。单模光纤使用的光波长为1310nm或1550nm。单模光纤的传输特性比多模光纤好，价格比多模光纤便宜，而得到了广泛的应用。对于光纤的基本要求是损耗和色散这两个传输特性参数尽可能地小。

    产生光纤损耗的原因主要分为三种：吸收损耗、散射损耗和辐射损耗。光纤损耗关系到光纤通信传输距离的长短和中继距离的选择。即光纤损耗限制了光纤通信的最大直通距离。目前光纤通信中常用三个低损耗窗口。0.85（850nm）、1.31(1310nm)和1.55(1550nm)左右是光纤通信中常用三个低损耗窗口。

    光纤色散是指输入光脉冲在光纤中传输时由于各波长光波的群速度不同而引起光脉冲展宽的现象。光纤色散的存在使传输的信号脉冲发生畸变，从而限制了光纤的传输带宽。

    3．SDH传输技术简介

    SDH(SynchronousDigitalHierarchy)是一种同步数字体系，一种高速传输的数字通信技术。在SDH网中，有主从同步方式和相互同步方式，二者各有优缺点。SDH的传输速率分级称为同步传输模块STM，其中STM—1的传输速率为155.520Mb/s，STM—4的传输速率为622.080Mb/s，STM—6的传输速率为2488.320 Mb/s，STM—64的传输速率为9953.280 Mb/s等。

    SDH网络中的设备主要有终端复用器、分插复用器、交叉连接设备和再生器等。

    终端复用器（TM）是在网络的终端把多路底速信号复用成一路高速信号，或反过来把一路高速信号分接成多路底速信号的设备。

    分插复用器（ADM）用于网络交叉节点，从输入的高速信号中分接部分低速信号（或向输出的高速信号中插入部分低速信号）。

    数字交叉连接设备（DXC）是具有一个或多个信号端口，可以对任意之间的信号进行可控连接的设备，它兼有复用、配线、保护/恢复、监控和网管多次功能。

    再生器（RG）位于传输链路中途，是能够接收STM—N信号，并经过适当的处理，使信号按照规定的幅度、波形和定时特性继续向前传送的设备。

    在SDH网中，常采用环型自愈网的方式来进行保护，以增强通信的可靠性。所谓环型自愈网保护就是把各个ADM节点组成一个环型，在某段线路或某个网元出现故障时，利用ADM的智能，寻找替代路由，为所传输的信号提供保护。

    SDH传输网是由一些SDH网络单元组成，在光纤、微波或卫星上进行同步信息传送，融复接、传输、交换功能于一体，由统一的网络管理操作的综合信息网。可实现网络有效管理、动态网络维护、对业务性能监视等功能，能有效的提高网络资源的利用率，能满足广播电视干线传输网的信息传输和交换的要求，对提高广播电视传输质量有了质的飞跃，因而SDH技术正成为广播电视领域传输技术方面的发展和应用热点。

    光纤在电视传输的应用

    1．传输应用

    在广播电视领域，以光缆网络为基础的网络建设，是事业发展的主要基础。我省东南广播电视网络有限公司已建成了以光缆为传输介质，SDH为传输平台的传输网络。东南网络是覆盖全省，连接全国，高度信息化的广播电视传输网。光缆网络是城市最可靠的数字电视和数据传输链路，现在，从电视台总控机房到卫星上行站、有线电视网或发射台传输信号都选择使用光缆，其质量高、效果好。通过光纤网络传输电视直播信号，改变了以往只靠微波中继传输的方法，也消除了由于微波中继引起的噪声，而保证了信号的可靠性。

    2004年12月，我省五地市高速公路通车的开通典礼上，我们就是利用光纤传输进行直播的。将四个地方的现场信号通过光纤网传输到福州主会场和转播车，同时各地分会场通过光纤接收主会场的信号；转播车导播的通话信号都是建立在光纤的第二路音频通路上。再如，今年四月份，我台的《新闻启示录》栏目进行了一次通过光纤实施三地同时互动的节目录制过程。三地之间信号都是互通。可以是一地与另一地互通，将本地信号送给其他两地，同时接收其他两地的信号，也可以是一地与两地互通或者是三地同时互通。主持人与三地的嘉宾可以互通交流，以及导播与主持人也可以互通，这些都是通过光纤来传送实现的。当然，通过光纤实现两地传送或直播是最经常的一种电视传送方式。但是，光纤传输时要注意的是视频与音频信号的同步问题，这经过调整可以解决。

    光纤传输系统具有传输频带极宽，通信容量很大，衰减低，串扰小，抗干扰能力强的特点，不象微波传送使用中继会产生因中继引起的噪声，而影响信号质量；也不象卫星传送那样接收时信号延时较大，而且容易受干扰。因此，光纤传输系统的优越性是明显的。

    2．注意的问题

    光纤系统的主要故障来自接头不清洁、连接不良，光纤断裂、裸露、变形，光发射机和光接收机调试不正确等，要根据实际情况及时处理。对于光纤部分的故障，一般都可以通过OTDR（光时域反射计）的测试来找出故障。

    前端的光发射机应有良好的工作环境，注意防潮，防止灰尘的进入，要保证其工作电压的稳定可靠，要经常检查光纤是否变形和断裂，光纤尾纤不能过于弯曲，要有一定的曲度，对于光接收机，要检查其输出电平。

    光纤传输系统与同轴电缆有线电视系统一样都有技术指标的。光纤传输系统除光端机、光纤外还有各类连接器所组成，这些组成都会是光纤传输链路中噪声的主要来源，而连接头引起的噪声是主要原因。光纤连接可分为固定接头和活动连接器。在敷设光缆时，需要将每段光纤进行连接，通常是采用熔接技术将其熔接形成光纤的固定接头。而在光纤链路中，光纤与设备的连接，光端机内部连接，光纤与其他光源器件的连接以及光配线架的连接需要采用活动连接器。光纤活动连接器的主要光学性能要求是插入损耗小，一般小于0.5dB，后向反射损耗要大，一般大于40dB，在要求比较严格的地方，后向反射损耗要大于60dB，重复拔插1000次后损耗变化量小于0.2dB。插入损耗主要由两根光纤接触不良造成的。

    活动连接器按光纤的种类或是传输特性分类，有单模和多模型。按光纤芯数有单芯?p多芯及带状连接器。两根光纤的活动连接是靠活动连接适配器(尾纤)来连接的，单模光纤活动连接器按其结构或连接方式分为FC(平面对接)?pSC（矩形）?pST(压接式)等，端面接触方式有PC（直接接触）、UPC、APC(斜面对接)型。

    所以采用何种连接器，插头应配置相应的适配器才能完好的将两根光纤连接起来，使用时要将其结构以及端面的处理情况一起结合起来考虑，比如FC适配器只适用于两个FC?uPC或两个FC?uAPC?p两个FC?uUPC插头的连接。在有线电视系统中，由于只用单模光纤，为了减少光纤的反射影响，单模斜面（APC）活动连接器是最常用的一种。为了加大反射损耗避免反射光对光发射机性能的影响，一般都要采用FC/APC或SC/APC连接器。连接时，一定要保证端面的清洁，可先用脱水酒精擦洗干净，尾纤斜面对齐,再与插座拧紧或插紧，否则使用不当会使光纤传输系统指标下降，甚至劣化。在光纤链路中，串接的活动连接器过多，不但增加了插入损耗，且由于使用不当，易造成连接器端面接触不紧，以及连接器端面不干净，都会造成光反射增大使C/N值下降。

    光纤传输系统具有传输频带极宽，通信容量很大；传输速率高，衰减低，串扰小，抗干扰能力强，信号传输质量高；同时光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设；光纤是石英玻璃拉制成形,原材料来源丰富，并节约了大量有色金属等特点。它是高性能通信网络的重要组成部分，在电视台的节目数字化制作网中，它是高质量的视音频实时业务的最理想传输介质。因此，光纤在通信网，广播电视网，计算机网，以及在其他数据传输系统中，都得到了广泛应用。光纤宽带干线传送网和接入网发展迅速，是当前研究开发应用的主要目标。

    参考文献：

    （1）《光纤通信及网络技术》徐宝强等著

    （2）《光纤通信》刘增基等著

    （3）《有线电视网络》刘剑波等著

文章来源于领测软件测试网 https://www.ltesting.net/