利用光纜解決音頻信號傳輸問(wèn)題
1 前言
濮陽(yáng)人民廣播電臺播控中心與發(fā)射機房相距200多米，調頻機房又與調幅發(fā)射機房相距7千多 米，給廣播節目信號的傳輸帶來(lái)了極大的不便。為了保證信號安全優(yōu)質(zhì)地傳輸到發(fā)射機，幾 年來(lái)，想盡了方法，均因故障率高、傳輸不佳而終止。
1998年10月我臺購置了1kW調頻發(fā)射機和數字音頻工作站，使我臺首次實(shí)現了音頻 信號由模擬向數字化的轉變。由播控中心至發(fā)射機房的音頻信號采用了音頻電纜傳輸，但由 于距離遠，信號衰減大，推動(dòng)發(fā)射機困難，達不到技術(shù)標準，故又增加了音頻放大器、調音 臺等周邊設備。但卻出現了噪聲問(wèn)題，經(jīng)過(guò)反復調試和配接，音質(zhì)仍達不到預定效果。最后 ，在中控機房增加了50W小調頻發(fā)射機，在發(fā)射機房增加了調頻、調幅接收機，用 無(wú)線(xiàn)發(fā)射、無(wú)線(xiàn)接收的方法替代了音頻電纜。但由于中間設備增多，故障率也就隨著(zhù)增高， 給人力和物力都造成了極大的浪費，停播率也相對增高。
近幾年來(lái)，隨著(zhù)廣播事業(yè)的不斷發(fā)展，光纜傳輸系統以其頻帶寬、容量大、損耗小、抗干擾 能力強、非線(xiàn)性失真小、工作穩定、維護方便等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多地在音頻信號的傳輸中得到 應用。而光纖設備和光纜的成本也很低，無(wú)論從目前還是從長(cháng)遠來(lái)看，都是音頻電纜無(wú)法 比擬的。光纜傳輸已經(jīng)成為廣播電視系統傳輸的主要手。
2 光纖線(xiàn)路在光傳輸網(wǎng)絡(luò )中的
根據傳輸設備的不同，光纖線(xiàn)路在光傳輸網(wǎng)絡(luò )中主要有兩種應用：一種為數字傳輸， 一般為PDH、SDH制式。PDH目前較少用于廣播電視傳輸，多用于數據傳輸。SDH多用于組建干 線(xiàn)傳輸網(wǎng)，也是目前廣電系統采用的傳統模式。另一種為AM模擬傳輸，AM模擬有線(xiàn)電視光傳 輸系統又可分為直接調制調幅和外調制調幅系統。直接調制調幅系統是半導體、激勵器直接 光強度調制，將調頻電信號轉換成調幅光信號進(jìn)行傳輸。(DFB)激勵器，其光譜線(xiàn)窄、線(xiàn)性 好、輸出功率高(可達十幾mW)、光波長(cháng)為1310nm，目前使用最多，適用于中短 距離傳輸。
3 光發(fā)送機
上海廣電集團生產(chǎn)的光發(fā)送機KD-50A型，其內部集成有光隔離器、熱敏電阻、光功率監測及 控制所需的光電二極管，可以提供高線(xiàn)性、低噪聲、高功率(最高達20mW)的激光 輸出。熱敏電阻電阻值為10k�。激光二极�、激光器偏值靜態(tài)輸 入電流為100mA，負偏值電壓范圍為－5～0V。光檢測二極管(PD )陽(yáng)極電流為100～1 600霢。致冷器(TEC)正常溫度為25℃。射頻輸入正極阻抗為25�。�
31DFB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。當偏值電流超過(guò)閾值時(shí)，光功率線(xiàn)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(guò)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。激光器的內部發(fā)熱都使其性能大大降低，因此， 光發(fā)送機的自動(dòng)功率控制(APC)電路和自動(dòng)溫度控制(ATC)電路在保證光發(fā)送機正常工作中起 著(zhù)非常重要的作用。
32自動(dòng)功率控制(APC)電路
當激光器的偏值電流大于其閾值電流時(shí)，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(guò)改變驅動(dòng)電流來(lái)進(jìn) 行直接調制的，因此，自動(dòng)功率控制(APC)電路就是利用激光器內的光電檢測二極管(PD)檢 測激 光器的輸出光功率，并根據光電二極管的輸出電流產(chǎn)生一個(gè)電壓，把它與預置的一個(gè)參考電 壓進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)反饋控制電路驅動(dòng)一個(gè)穩定的電流源，從而達到自動(dòng)調節激光器的光輸出 功率，保證激光器正常工作的目的。當光功率增大時(shí)，控制電路促使驅動(dòng)器電流減小，使輸 出功率減��；當光功率減小時(shí)，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(dòng)不超過(guò)一定的范圍。
其工作過(guò)程是：激勵器的背向輸出光由光電檢測二極管(PD)接收后轉化為光電壓，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(guò)調節 直流參考電壓來(lái)實(shí)現。
除了直流供電電壓外，光功率控制電路中還有兩個(gè)附加電路：一個(gè)是慢啟動(dòng)電路，當光發(fā)送 機開(kāi)機時(shí)，這個(gè)電路使激光器的偏值電流延時(shí)2s后才由零增加到設定值，以消除 瞬時(shí)沖擊電流損壞激光器；另一個(gè)是限流器，通過(guò)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(huì )導致激光器的偏值電流失去控制而燒毀激光器。
33自動(dòng)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(zhù)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(guò)自動(dòng)溫 度控制(ATC)電路來(lái)控制致冷器的工作狀態(tài)，消除溫度變化。
其工作過(guò)程是：當激光器溫度變化時(shí)，熱敏電阻的電阻值隨之變化，可設定一個(gè)參考值與其 進(jìn)行比較。誤差電壓驅動(dòng)一個(gè)放大電路，由它向電子致冷器提供電流。自動(dòng)溫度 控制電路通過(guò)改變加到激勵器內致冷器上的電流大小和方向，對激光器進(jìn)行加熱或致冷， 從而控制激勵器的工作溫度，穩定激光器的輸出功率。當激光器溫度升高時(shí)，致冷器致冷， 激光器溫度下降；當激光器溫度降低時(shí)，致冷器加熱，激光器溫度上升。自動(dòng)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，使光發(fā)送機的輸出光功率在較大的溫度 范圍內保持穩定。
4 光纖的損耗
光纖的連接分為熔接和磨接，無(wú)論何種連接都會(huì )產(chǎn)生接頭損耗。1310nm的光纖 衰減系數(a)為035dB/km。無(wú)論信號傳輸遠近，光纜的連接都需要進(jìn)行光纖 熔接 ，其接頭熔接損耗一般在005dB以下。因此在計算光纖自動(dòng)損耗時(shí)還應考慮接頭 和其他損耗(2km一般取1dB)。L長(cháng)度光纖的損耗Am＝aL＋10 dB＝035L＋10dB。我臺所用光纜的長(cháng)度為200多米，兩個(gè)熔接 頭損耗一個(gè)為002dB，另一個(gè)為003dB。兩個(gè)活接頭的接頭損耗均 達到了技術(shù)要求。
5 光纜的噪聲
光纜的噪聲主要分為激光器噪聲、熱噪聲和侵入噪聲。激光器噪聲、熱噪聲是由設備的制造 工藝造成的，侵入噪聲是由外界無(wú)線(xiàn)電通信、廣播和電視等信號造成的電源供應器 | 三相電力分析儀 | 酸堿度測試器 | 網(wǎng)絡(luò )纜線(xiàn)測試器 | 電容表 | 熱電偶/探頭| RCD回路阻抗 | 圖形記錄器 。
6 結論
我們利用光纜傳輸兩套節目：綜合節目為1001MHz、1kW立體聲調 頻廣播，經(jīng)濟頻道為91MHz、5kW立體聲調頻廣播。利用光纜傳輸兩年多 來(lái)信號清晰、無(wú)噪聲干擾，可以說(shuō)，用光纜代替電纜傳輸信號，不僅徹底擺脫了過(guò)去噪聲大 、音質(zhì)不佳、信號不清的問(wèn)題，也大大減少了停播和劣播現象的發(fā)生，更好地完成了廣 播電視信號的傳輸任務(wù)，加大了頻率覆蓋范圍，擴大了收聽(tīng)率，提高了經(jīng)濟和社會(huì )效益，更 好地服務(wù)了社會(huì )。
業(yè)務(wù)：