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利用光纜解決音頻信號傳輸問題的論文
摘要：探討了用光纜傳輸音頻信號和光發(fā)射機(jī)的工作原理及其溫 度、噪聲的自動(dòng)控制。
關(guān)鍵詞：光發(fā)射機(jī) 光纜傳輸 信號質(zhì)量お
1 前言
濮陽人民廣播電臺播控中心與發(fā)射機(jī)房相距200多米，調(diào)頻機(jī)房又與調(diào)幅發(fā)射機(jī)房相距7千多 米，給廣播節(jié)目信號的傳輸帶來了極大的不便。為了保證信號安全優(yōu)質(zhì)地傳輸?shù)桨l(fā)射機(jī)，幾 年來，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(diào)頻發(fā)射機(jī)和數(shù)字音頻工作站，使我臺首次實(shí)現(xiàn)了音頻 信號由模擬向數(shù)字化的轉(zhuǎn)變。由播控中心至發(fā)射機(jī)房的音頻信號采用了音頻電纜傳輸，但由 于距離遠(yuǎn)，信號衰減大，推動(dòng)發(fā)射機(jī)困難，達(dá)不到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，故又增加了音頻放大器、調(diào)音 臺等周邊設(shè)備。但卻出現(xiàn)了噪聲問題，經(jīng)過反復(fù)調(diào)試和配接，音質(zhì)仍達(dá)不到預(yù)定效果。最后 ，在中控機(jī)房增加了50W小調(diào)頻發(fā)射機(jī)，在發(fā)射機(jī)房增加了調(diào)頻、調(diào)幅接收機(jī)，用 無線發(fā)射、無線接收的方法替代了音頻電纜。但由于中間設(shè)備增多，故障率也就隨著增高， 給人力和物力都造成了極大的浪費(fèi)，停播率也相對增高。
近幾年來，隨著廣播事業(yè)的不斷發(fā)展，光纜傳輸系統(tǒng)以其頻帶寬、容量大、損耗小、抗干擾 能力強(qiáng)、非線性失真小、工作穩(wěn)定、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，越來越多地在音頻信號的傳輸中得到 應(yīng)用。而光纖設(shè)備和光纜的成本也很低，無論從目前還是從長遠(yuǎn)來看，都是音頻電纜無法 比擬的。光纜傳輸已經(jīng)成為廣播電視系統(tǒng)傳輸?shù)闹饕帧?/p>
2 光纖線路在光傳輸網(wǎng)絡(luò)中的
根據(jù)傳輸設(shè)備的不同，光纖線路在光傳輸網(wǎng)絡(luò)中主要有兩種應(yīng)用：一種為數(shù)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(shù)據(jù)傳輸。SDH多用于組建干 線傳輸網(wǎng)，也是目前廣電系統(tǒng)采用的傳統(tǒng)模式。另一種為AM模擬傳輸，AM模擬有線電視光傳 輸系統(tǒng)又可分為直接調(diào)制調(diào)幅和外調(diào)制調(diào)幅系統(tǒng)。直接調(diào)制調(diào)幅系統(tǒng)是半導(dǎo)體、激勵(lì)器直接 光強(qiáng)度調(diào)制，將調(diào)頻電信號轉(zhuǎn)換成調(diào)幅光信號進(jìn)行傳輸。(DFB)激勵(lì)器，其光譜線窄、線性 好、輸出功率高(可達(dá)十幾mW)、光波長為1310nm，目前使用最多，適用于中短 距離傳輸。
3 光發(fā)送機(jī)
上海廣電集團(tuán)生產(chǎn)的光發(fā)送機(jī)KD-50A型，其內(nèi)部集成有光隔離器、熱敏電阻、光功率監(jiān)測及 控制所需的光電二極管，可以提供高線性、低噪聲、高功率(最高達(dá)20mW)的激光 輸出。熱敏電阻電阻值為10k�。尖稑O�、拣Q髕值靜態(tài)輸 入電流為100mA，負(fù)偏值電壓范圍為－5～0V。光檢測二極管(PD )陽極電流為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(lì)器
DFB激勵(lì)器的射頻特性與器件的偏值電流關(guān)系很大。當(dāng)偏值電流超過閾值時(shí)，光功率線性 增加，激勵(lì)器的頻率特性(如噪聲頻響失真)與光功率的平方根(或超過閾值的偏值電流) 成比例。光發(fā)射機(jī)中激光器的光輸出功率非常穩(wěn)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(nèi)部發(fā)熱都使其性能大大降低，因此， 光發(fā)送機(jī)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(jī)正常工作中起 著非常重要的作用。
32自動(dòng)功率控制(APC)電路
當(dāng)激光器的偏值電流大于其閾值電流時(shí)，加到激勵(lì)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是通過改變驅(qū)動(dòng)電流來進(jìn) 行直接調(diào)制的，因此，自動(dòng)功率控制(APC)電路就是利用激光器內(nèi)的光電檢測二極管(PD)檢 測激 光器的輸出光功率，并根據(jù)光電二極管的輸出電流產(chǎn)生一個(gè)電壓，把它與預(yù)置的一個(gè)參考電 壓進(jìn)行比較，經(jīng)過反饋控制電路驅(qū)動(dòng)一個(gè)穩(wěn)定的電流源，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)激光器的光輸出 功率，保證激光器正常工作的目的。當(dāng)光功率增大時(shí)，控制電路促使驅(qū)動(dòng)器電流減小，使輸 出功率減��；當(dāng)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)不超過一定的范圍。
其工作過程是：激勵(lì)器的背向輸出光由光電檢測二極管(PD)接收后轉(zhuǎn)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(wěn)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調(diào)節(jié) 直流參考電壓來實(shí)現(xiàn)。
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(dāng)光發(fā)送 機(jī)開機(jī)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(shè)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，也不會導(dǎo)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，隨著溫度的升高，激光器的效率降低，使輸出光功率及激勵(lì)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，必須通過自動(dòng)溫 度控制(ATC)電路來控制致冷器的工作狀態(tài)，消除溫度變化。
其工作過程是：當(dāng)激光器溫度變化時(shí)，熱敏電阻的電阻值隨之變化，可設(shè)定一個(gè)參考值與其 進(jìn)行比較。誤差電壓驅(qū)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 控制電路通過改變加到激勵(lì)器內(nèi)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(lì)器的工作溫度，穩(wěn)定激光器的輸出功率。當(dāng)激光器溫度升高時(shí)，致冷器致冷， 激光器溫度下降；當(dāng)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(nèi)，使光發(fā)送機(jī)的輸出光功率在較大的溫度 范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。
4 光纖的損耗 光纖的連接分為熔接和磨接，無論何種連接都會產(chǎn)生接頭損耗。1310nm的光纖 衰減系數(shù)(玜)為035dB/km。無論信號傳輸遠(yuǎn)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(jì)算光纖自動(dòng)損耗時(shí)還應(yīng)考慮接頭 和其他損耗(2km一般取1dB)。獿長度光纖的損耗獳m＝aL＋10 dB＝035獿＋10dB。我臺所用光纜的長度為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(dá)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(shè)備的制造 工藝造成的，侵入噪聲是由外界無線電通信、廣播和電視等信號造成的。
6 結(jié)論
我們利用光纜傳輸兩套節(jié)目：綜合節(jié)目為1001MHz、1kW立體聲調(diào) 頻廣播，經(jīng)濟(jì)頻道為91MHz、5kW立體聲調(diào)頻廣播。利用光纜傳輸兩年多 來信號清晰、無噪聲干擾，可以說，用光纜代替電纜傳輸信號，不僅徹底擺脫了過去噪聲大 、音質(zhì)不佳、信號不清的問題，也大大減少了停播和劣播現(xiàn)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(kuò)大了收聽率，提高了經(jīng)濟(jì)和社會效益，更 好地服務(wù)了社會。
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