利用光缆解决音频信号传输问题
时间：2022-05-28 10:25:00
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摘要：探讨了用光缆传输音频信号和光发射机的工作原理及其温度、噪声的自动控制。
关键词：光发射机光缆传输信号质量
1前言
濮阳人民广播电台播控中心与发射机房相距200多米，调频机房又与调幅发射机房相距7千多米，给广播节目信号的传输带来了极大的不便。为了保证信号安全优质地传输到发射机，几年来，想尽了方法，均因故障率高、传输不佳而终止。
1998年10月我台购置了1kW调频发射机和数字音频工作站，使我台首次实现了音频信号由模拟向数字化的转变。由播控中心至发射机房的音频信号采用了音频电缆传输，但由于距离远，信号衰减大，推动发射机困难，达不到技术标准，故又增加了音频放大器、调音台等周边设备。但却出现了噪声问题，经过反复调试和配接，音质仍达不到预定效果。最后，在中控机房增加了50W小调频发射机，在发射机房增加了调频、调幅接收机，用无线发射、无线接收的方法替代了音频电缆。但由于中间设备增多，故障率也就随着增高，给人力和物力都造成了极大的浪费，停播率也相对增高。
近几年来，随着广播事业的不断发展，光缆传输系统以其频带宽、容量大、损耗小、抗干扰能力强、非线性失真小、工作稳定、维护方便等优点，越来越多地在音频信号的传输中得到应用。而光纤设备和光缆的成本也很低，无论从目前还是从长远来看，都是音频电缆无法比拟的。光缆传输已经成为广播电视系统传输的主要手。
2光纤线路在光传输网络中的
根据传输设备的不同，光纤线路在光传输网络中主要有两种应用：一种为数字传输，一般为PDH、SDH制式。PDH目前较少用于广播电视传输，多用于数据传输。SDH多用于组建干线传输网，也是目前广电系统采用的传统模式。另一种为AM模拟传输，AM模拟有线电视光传输系统又可分为直接调制调幅和外调制调幅系统。直接调制调幅系统是半导体、激励器直接光强度调制，将调频电信号转换成调幅光信号进行传输。(DFB)激励器，其光谱线窄、线性好、输出功率高(可达十几mW)、光波长为1310nm，目前使用最多，适用于中短距离传输。
3光发送机
上海广电集团生产的光发送机KD-50A型，其内部集成有光隔离器、热敏电阻、光功率监测及控制所需的光电二极管，可以提供高线性、低噪声、高功率(最高达20mW)的激光输出。热敏电阻电阻值为10k佟＜す舛、激光器偏值静态输入电流为100mA，负偏值电压范围为－5～0V。光检测二极管(PD)阳极电流为100～1600霢。致冷器(TEC)正常温度为25℃。射频输入正极阻抗为25佟＊¤
31DFB激励器
DFB激励器的射频特性与器件的偏值电流关系很大。当偏值电流超过阈值时，光功率线性增加，激励器的频率特性(如噪声频响失真)与光功率的平方根(或超过阈值的偏值电流)成比例。光发射机中激光器的光输出功率非常稳定。激光器的阈值电流、偏值电流和光输出功率都与激光器的工作温度有密切关系。激光器的内部发热都使其性能大大降低，因此，光发送机的自动功率控制(APC)电路和自动温度控制(ATC)电路在保证光发送机正常工作中起着非常重要的作用。
32自动功率控制(APC)电路
当激光器的偏值电流大于其阈值电流时，加到激励器中激光二极管上的偏值电流与激光器的输出功率基本上成正比的关系。LED是通过改变驱动电流来进行直接调制的，因此，自动功率控制(APC)电路就是利用激光器内的光电检测二极管(PD)检测激光器的输出光功率，并根据光电二极管的输出电流产生一个电压，把它与预置的一个参考电压进行比较，经过反馈控制电路驱动一个稳定的电流源，从而达到自动调节激光器的光输出功率，保证激光器正常工作的目的。当光功率增大时，控制电路促使驱动器电流减小，使输出功率减小；当光功率减小时，控制电路又使激光器的控制电流增大，从而使输出光功率增加。输出光功率的波动不超过一定的范围。
其工作过程是：激励器的背向输出光由光电检测二极管(PD)接收后转化为光电压，经N1放大后送至比较器N2的反向输入端；从直流稳压电源中取出的直流参考电压送往比较器N1的同相输入端。V1和V2组成直流恒流源，向激光器提供偏值电流，该偏值电流的大小通过调节直流参考电压来实现。
除了直流供电电压外，光功率控制电路中还有两个附加电路：一个是慢启动电路，当光发送机开机时，这个电路使激光器的偏值电流延时2s后才由零增加到设定值，以消除瞬时冲击电流损坏激光器；另一个是限流器，通过限流电路控制激光器电流的最大值，即使光电检测三极管损坏，也不会导致激光器的偏值电流失去控制而烧毁激光器。
33自动温度控制(ATC)电路
激光器的阈值电流、偏值电流、输出光功率与激光器的工作温度有密切关系。激光器的阈值电流随温度变化，随着温度的升高，激光器的效率降低，使输出光功率及激励器发射波的峰值发生变化。为了保证激光器的工作状态即阈值电流不变，输出功率不变，必须通过自动温度控制(ATC)电路来控制致冷器的工作状态，消除温度变化。
其工作过程是：当激光器温度变化时，热敏电阻的电阻值随之变化，可设定一个参考值与其进行比较。误差电压驱动一个放大电路，由它向电子致冷器提供电流。自动温度控制电路通过改变加到激励器内致冷器上的电流大小和方向，对激光器进行加热或致冷，从而控制激励器的工作温度，稳定激光器的输出功率。当激光器温度升高时，致冷器致冷，激光器温度下降；当激光器温度降低时，致冷器加热，激光器温度上升。自动温度控制(ATC)电路可以使激光器的工作温度控制在25℃范围内，使光发送机的输出光功率在较大的温度范围内保持稳定。
4光纤的损耗
光纤的连接分为熔接和磨接，无论何种连接都会产生接头损耗。1310nm的光纤衰减系数(a)为035dB/km。无论信号传输远近，光缆的连接都需要进行光纤熔接，其接头熔接损耗一般在005dB以下。因此在计算光纤自动损耗时还应考虑接头和其他损耗(2km一般取1dB)。L长度光纤的损耗Am＝aL＋10dB＝035L＋10dB。我台所用光缆的长度为200多米，两个熔接头损耗一个为002dB，另一个为003dB。两个活接头的接头损耗均达到了技术要求。
5光缆的噪声
光缆的噪声主要分为激光器噪声、热噪声和侵入噪声。激光器噪声、热噪声是由设备的制造工艺造成的，侵入噪声是由外界无线电通信、广播和电视等信号造成的。
6结论
我们利用光缆传输两套节目：综合节目为1001MHz、1kW立体声调频广播，经济频道为91MHz、5kW立体声调频广播。利用光缆传输两年多来信号清晰、无噪声干扰，可以说，用光缆代替电缆传输信号，不仅彻底摆脱了过去噪声大、音质不佳、信号不清的问题，也大大减少了停播和劣播现象的发生，更好地完成了广播电视信号的传输任务，加大了频率覆盖范围，扩大了收听率，提高了经济和社会效益，更好地服务了社会。（公务员之家整理）