光纖傳輸技術(shù)在廣播電視信號傳輸中的有效利用

梁岳鈞

摘 要：廣播電視是人們獲取工作、生活相關(guān)信息的重要途徑，提升其信號傳輸質(zhì)量和效果具有積極意義。光纖傳輸是主要的廣播電視信號傳輸技術(shù)。隨著光纖材料及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，其傳輸效率、穩(wěn)定程度均得到了提高。文章闡述了光纖傳輸技術(shù)的發(fā)展、原理和基本結(jié)構(gòu)，同時分析了當(dāng)前光纖傳輸技術(shù)在廣播電視信號傳輸中的應(yīng)用方式和注意要點，明確了光纖傳輸技術(shù)對我國廣電事業(yè)的重要意義。

關(guān)鍵詞：光纖傳輸技術(shù)；廣播電視；信號傳輸

光纖傳輸是我國主流的廣播電視信號傳輸技術(shù)之一，其損耗率低、傳輸效率高、安全穩(wěn)定。根據(jù)傳輸模式的不同，可以實現(xiàn)不同波長的信號傳輸。當(dāng)前，廣播電視信號傳輸?shù)膽?yīng)用形式主要由壓縮式、非壓縮式以及壓縮與非壓縮相結(jié)合3種形式，實現(xiàn)了廣電信號的實時傳輸和異地傳輸，促進了我國廣電事業(yè)的發(fā)展。

1 光纖傳輸技術(shù)的發(fā)展

光纖通信由來已久，貝爾所發(fā)明的光電話就是最早利用光信號來進行通信。光纖首次被用于傳輸介質(zhì)可以追溯到20世紀(jì)60年代。早期的光纖傳輸?shù)膿p耗率極高、穩(wěn)定性差。隨著石英光纖的發(fā)明，光纖傳輸?shù)南穆视稍瓉淼? 000 dB/km降為原來的1/50。到80年代末期，損耗率已經(jīng)低至0.2 dB/km。我國針對光纖通信傳輸?shù)难芯渴加?0世紀(jì)70年代，與西方國家基本上保持同步。但是進展較為緩慢，直到改革開放以后，才實現(xiàn)了短波多模光纖傳輸[1]。隨后我國的光纖事業(yè)進入了蓬勃發(fā)展，尤其是單模光纖通信的發(fā)展極快，并運用到廣播電視信號的傳輸上，目前利用光纖進行廣播信號傳輸，可以達到同時傳輸2 000套電視節(jié)目，并能夠?qū)崿F(xiàn)光電信號的低干擾、高質(zhì)量傳播，減少了傳統(tǒng)信號傳輸中的非線性失真，開創(chuàng)了光纖傳輸技術(shù)發(fā)展新篇章。

2 光纖傳輸技術(shù)的原理及基本結(jié)構(gòu)

2.1 光纖傳輸技術(shù)的原理

光纖傳輸?shù)幕灸Ｊ椒譃閮煞N，分別是單模式傳輸和多模式傳輸。它們在傳輸信號時使用波長為850 nm 和1 300 nm的光波。兩種模式分別采用不同的光學(xué)器件來實現(xiàn)信號傳輸，單模式采取的是LD器件，多模式則采用的是LED器件。當(dāng)前廣播電視信號進行信號傳輸?shù)墓饫w干線多采用1 550 nm的波長進行單模式傳輸。光纖傳輸?shù)脑砭褪抢霉獾娜瓷湓韀2]，利用光纜來實現(xiàn)點對點的通信。光纖傳輸?shù)男盘柊l(fā)送和接收原理如圖1所示。

2.2 光纖傳輸技術(shù)的基本結(jié)構(gòu)

利用光纖技術(shù)進行信號傳輸時，需要架設(shè)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一般由4部分組成，分別是發(fā)射機、光纜、接收機和連接器。其中發(fā)射器是負責(zé)實現(xiàn)電信號向光信號的轉(zhuǎn)化，并滿足光纖電纜的光信號耦合需求。其由調(diào)制器、驅(qū)動器和光源3個部分構(gòu)建組成，調(diào)制器是負責(zé)進行光源信號耦合，完成信號傳輸?shù)闹匾獦?gòu)建。光纖電纜就是光信號傳輸?shù)妮d體，它根據(jù)光纖結(jié)構(gòu)的不同，來實現(xiàn)低信號損耗率的傳出工作，完成電視廣播信號的遠距離傳輸?shù)哪康?。接收器包含兩部分，分別是光檢測器和光放大器。當(dāng)光信號傳遞至檢測器后，才算完成一組數(shù)據(jù)的傳輸。接收器將接收到的光波信號重新轉(zhuǎn)換成電磁信號，進入下一階段的傳輸。單獨的光檢驗器進行信號轉(zhuǎn)化后，其所得出的電磁信號仍然比較微弱，尚不能達到用戶端信號接口的處理需求。因此必須要通過光放大器進行信號的放大，達到用戶端的接收指標(biāo)后，方能進入用戶端的接口。連接器顧名思義就是連接兩端光纖或者光纖與光端機的裝置，它能夠保障光波信號的順利傳輸。

3 光纖傳輸技術(shù)在廣播電視信號傳輸中的應(yīng)用

3.1 壓縮傳輸技術(shù)

在廣播電視信號傳輸中，常采用的傳輸形式有壓縮傳輸技術(shù)、非壓縮傳輸技術(shù)，以及壓縮與非壓縮相結(jié)合的傳輸技術(shù)3種形式。壓縮傳輸技術(shù)是應(yīng)用較早的且比較普遍的光纖傳輸方式之一，顧名思義就是光纖傳輸?shù)男盘枮閴嚎s信號，電信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，通過光信號的專門壓縮設(shè)備對廣播信號進行壓縮處理，縮小光波信號的傳輸空間占比，提升同等傳輸空間下的光信號傳遞量級，從而實現(xiàn)大數(shù)據(jù)高清廣播電視信號的傳輸。但是這種技術(shù)在傳輸時，需要在用戶端進行解壓縮，從而造成圖像傳輸?shù)难舆t。多用于錄播節(jié)目，不適用于廣播電視直播信號的傳輸。

3.2 非壓縮傳輸技術(shù)

非壓縮技術(shù)是近年來比較盛行的光纖傳輸技術(shù)。根據(jù)壓縮傳輸技術(shù)的概念來看，所謂的非壓縮傳輸技術(shù)就是在進行光波信號傳輸時，不對信號進行壓縮，直接通過長距離傳輸后進入終端設(shè)備到達機房。隨著近年來人們對于實時直播節(jié)目的收看需求的增加，滿足廣播電視及時性播放的要求，非壓縮傳輸技術(shù)被應(yīng)用于多種場合的現(xiàn)場直播信號傳輸當(dāng)中。

根據(jù)光纖傳輸?shù)奶攸c，此種傳輸形式需要注意對信號傳輸距離的控制。以世乒賽的現(xiàn)場直播為例，為避免直播中產(chǎn)生信號中斷，需要在比賽場地與轉(zhuǎn)播車之間50 m處設(shè)置信號轉(zhuǎn)播機房，機房中設(shè)有信號轉(zhuǎn)換器、光端機，從而實現(xiàn)電信號到數(shù)字分量串行接口（Serial Digital Interface，SDI）信號的轉(zhuǎn)換。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況，可采取單獨光纖通道架設(shè)的辦法來實現(xiàn)光端機信號的實時穩(wěn)定接收。廣播電視信號采取直播信號傳輸時，均是重大的事件，對信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性、可靠性有嚴(yán)格的規(guī)定，若出現(xiàn)信號中斷，則意味著播放事故。因此，在進行非壓縮直播信號傳輸時，可采取主備用雙光纜傳輸?shù)霓k法來提升傳輸?shù)男Ч?。依賴這種辦法可以采用端口直接對接的方式，實現(xiàn)穩(wěn)定的信號傳輸。當(dāng)主光纜發(fā)生傳輸故障時，設(shè)置在通信機房與電視中心（Television Operating Center，TOC）之間的冷備設(shè)備就可以直接進行切換，保障傳輸信號不間斷，順利完成直播。國內(nèi)的體育賽事、大型慶典活動、重要的會議等均可以通過非壓縮傳輸技術(shù)完成信號傳輸。

3.3 壓縮與非壓縮結(jié)合技術(shù)

壓縮傳輸技術(shù)與非壓縮傳輸技術(shù)各具備特點和優(yōu)勢，并能夠應(yīng)用于多種廣播電視信號的傳輸。為了進一步增強廣播電視信號的傳輸效果，并能夠充分適應(yīng)現(xiàn)階段多樣性的廣播電視節(jié)目播出要求，降低多場地聯(lián)動的播放壓力，現(xiàn)階段的廣播電視信號傳輸中已經(jīng)逐步使用壓縮與非壓縮傳輸技術(shù)相結(jié)合的辦法來進行信號傳輸，從而滿足減少增設(shè)寬帶、提升傳輸效率的目標(biāo)。endprint

以亞運會跳水賽事的廣播電視信號傳輸為例。外省電視臺在進行廣播電視節(jié)目制作時，是通過匯集在跳水場館中心的或者是TER機房內(nèi)的傳輸信號來進行與TOC之間的信號傳遞的。此過程中，采用編碼器把高清的信號壓縮為可解碼信號，從接口單元輸送異步串行信號，并經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)自動適配完成同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）的信號的長距離輸出。最后到達終端解碼器進行解碼，實現(xiàn)播出。與非壓縮式傳輸技術(shù)相同，在進行壓縮與非壓縮傳輸技術(shù)相結(jié)合的傳輸時，針對公共信號，仍需要采取主備、冷備雙光纜傳輸?shù)霓k法來進行信號傳輸。要TOC能夠為用戶提供2個高清的接口。主備信號則是從IBC TER通信機房發(fā)出后被視頻交換系統(tǒng)所使用。利用物理雙開的方式，若信號傳輸?shù)倪^程中主光纜系統(tǒng)出現(xiàn)故障，冷備設(shè)備通過快速的設(shè)備切換，保障與主通道相同性能的條件下，繼續(xù)完成信號傳輸任務(wù)。單邊信號傳輸所使用的雙光纜和冷備設(shè)備位于TER機房和TOC電視轉(zhuǎn)播機之間，冷備設(shè)備主要包含了編解碼器、傳輸接口設(shè)備、光端機。為了能夠進一步保障信號傳輸?shù)馁|(zhì)量，在TER機房和國際廣播電視中心（International Broadcasting Center，IBC）機房之間應(yīng)布置相應(yīng)的冷備設(shè)備，由于SDH電路是帶保護的電路，故障發(fā)生時，就可以及時替換性能相同的相應(yīng)的接口設(shè)備和編解碼器等。

根據(jù)壓縮與非壓縮相結(jié)合的光纖傳輸技術(shù)，目前已經(jīng)實現(xiàn)多地信號互通，多場地同時進行節(jié)目錄制的節(jié)目制作目標(biāo)。在央視播出的新聞節(jié)目中，經(jīng)?？梢钥吹?個不同的地區(qū)（A/B/C）同時進行錄制，A地區(qū)可以同時向B/C兩地輸送信號，并可以同時接收B/C兩地傳輸過來的信號，實現(xiàn)主持人與三地嘉賓、導(dǎo)播的多方互通。

3.4 光纖傳輸技術(shù)在應(yīng)用中應(yīng)注意的問題

根據(jù)光纖傳輸技術(shù)的工作原理，在進行傳輸設(shè)計時，應(yīng)注意以下兩個問題。

（1）注意光纖傳輸?shù)闹笜?biāo)控制在光纖傳輸中主要由3個指標(biāo)影響信號傳輸效果，分別是光纖損耗、光纖色散與數(shù)值孔徑。光纖損耗是光波信號傳輸中產(chǎn)生的能量衰減，包括吸收衰減和散射衰減，這是難以避免的問題；而光纖色散是光波波形展寬所造成的信號失真。為了解決此問題，可以增加相鄰傳輸光脈沖的距離來降低色散程度，并進行色散補償。同時要合理布局傳輸距離，傳輸距離越大，則失真的可能性越高。

（2）在進行廣電信號傳輸時，尤其是公共信號傳輸，應(yīng)盡量采取主備雙光纜的形式進行信號傳輸。并嚴(yán)格控制主備用結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和性能，設(shè)置相應(yīng)的冷備設(shè)備，保障主備線路的順利切換，降低信號傳輸中斷的可能性。尤其是在異地信號傳輸時，把握冷備設(shè)備的架設(shè)位置，將其安置在TER機房和TOC電視轉(zhuǎn)播機，并采用物理式雙開的辦法，來完成及時切換。除此之外，要加強對光纜和其主要設(shè)備的日常維護和巡檢，保障信號傳輸質(zhì)量。

4 結(jié)語

綜上所述，光纖傳輸是一種高效、穩(wěn)定的廣電信號傳輸技術(shù)，并隨著光纖線纜和相應(yīng)設(shè)備的開發(fā)和完善，進一步降低信號損失度，提升傳輸效果。在廣播電視信號傳輸中，主要采取壓縮式傳輸、非壓縮式傳輸以及壓縮非壓縮式傳輸相結(jié)合3種辦法進行廣電節(jié)目的直播和錄播等。借助光纖傳輸技術(shù)解決了廣電信號異地傳輸、直播傳輸?shù)唾|(zhì)量、不穩(wěn)定的難題，促進了廣電事業(yè)的發(fā)展。endprint