光纤传输技术在广播电视信号传输中的有效利用

    梁岳钧

    

    摘 要：广播电视是人们获取工作、生活相关信息的重要途径，提升其信号传输质量和效果具有积极意义。光纤传输是主要的广播电视信号传输技术。随着光纤材料及相关技术的发展，其传输效率、稳定程度均得到了提高。文章阐述了光纤传输技术的发展、原理和基本结构，同时分析了当前光纤传输技术在广播电视信号传输中的应用方式和注意要点，明确了光纤传输技术对我国广电事业的重要意义。

    关键词：光纤传输技术；广播电视；信号传输

    光纤传输是我国主流的广播电视信号传输技术之一，其损耗率低、传输效率高、安全稳定。根据传输模式的不同，可以实现不同波长的信号传输。当前，广播电视信号传输的应用形式主要由压缩式、非压缩式以及压缩与非压缩相结合3种形式，实现了广电信号的实时传输和异地传输，促进了我国广电事业的发展。

    1 光纤传输技术的发展

    光纤通信由来已久，贝尔所发明的光电话就是最早利用光信号来进行通信。光纤首次被用于传输介质可以追溯到20世纪60年代。早期的光纤传输的损耗率极高、稳定性差。随着石英光纤的发明，光纤传输的消耗率由原来的1 000 dB/km降为原来的1/50。到80年代末期，损耗率已经低至0.2 dB/km。我国针对光纤通信传输的研究始于20世纪70年代，与西方国家基本上保持同步。但是进展较为缓慢，直到改革开放以后，才实现了短波多模光纤传输[1]。随后我国的光纤事业进入了蓬勃发展，尤其是单模光纤通信的发展极快，并运用到广播电视信号的传输上，目前利用光纤进行广播信号传输，可以达到同时传输2 000套电视节目，并能够实现光电信号的低干扰、高质量传播，减少了传统信号传输中的非线性失真，开创了光纤传输技术发展新篇章。

    2 光纤传输技术的原理及基本结构

    2.1 光纤传输技术的原理

    光纤传输的基本模式分为两种，分别是单模式传输和多模式传输。它们在传输信号时使用波长为850 nm 和1 300 nm的光波。两种模式分别采用不同的光学器件来实现信号传输，单模式采取的是LD器件，多模式则采用的是LED器件。当前广播电视信号进行信号传输的光纤干线多采用1 550 nm的波长进行单模式传输。光纤传输的原理就是利用光的全反射原理[2]，利用光缆来实现点对点的通信。光纤传输的信号发送和接收原理如图1所示。

    2.2 光纤传输技术的基本结构

    利用光纤技术进行信号传输时，需要架设相应的网络结构，一般由4部分组成，分别是发射机、光缆、接收机和连接器。其中发射器是负责实现电信号向光信号的转化，并满足光纤电缆的光信号耦合需求。其由调制器、驱动器和光源3个部分构建组成，调制器是负责进行光源信号耦合，完成信号传输的重要构建。光纤电缆就是光信号传输的载体，它根据光纤结构的不同，来实现低信号损耗率的传出工作，完成电视广播信号的远距离传输的目的。接收器包含两部分，分别是光检测器和光放大器。当光信号传递至检测器后，才算完成一组数据的传输。接收器将接收到的光波信号重新转换成电磁信号，进入下一阶段的传输。单独的光检验器进行信号转化后，其所得出的电磁信号仍然比较微弱，尚不能达到用户端信号接口的处理需求。因此必须要通过光放大器进行信号的放大，达到用户端的接收指标后，方能进入用户端的接口。连接器顾名思义就是连接两端光纤或者光纤与光端机的装置，它能够保障光波信号的顺利传输。

    3 光纤传输技术在广播电视信号传输中的应用

    3.1 压缩传输技术

    在广播电视信号传输中，常采用的传输形式有压缩传输技术、非压缩传输技术，以及压缩与非压缩相结合的传输技术3种形式。压缩传输技术是应用较早的且比较普遍的光纤传输方式之一，顾名思义就是光纤传输的信号为压缩信号，电信号经过转换后，通过光信号的专门压缩设备对广播信号进行压缩处理，缩小光波信号的传输空间占比，提升同等传输空间下的光信号传递量级，从而实现大数据高清广播电视信号的传输。但是这种技术在传输时，需要在用户端进行解压缩，从而造成图像传输的延迟。多用于录播节目，不适用于广播电视直播信号的传输。

    3.2 非压缩传输技术

    非压缩技术是近年来比较盛行的光纤传输技术。根据压缩传输技术的概念来看，所谓的非压缩传输技术就是在进行光波信号传输时，不对信号进行压缩，直接通过长距离传输后进入终端设备到达机房。隨着近年来人们对于实时直播节目的收看需求的增加，满足广播电视及时性播放的要求，非压缩传输技术被应用于多种场合的现场直播信号传输当中。

    根据光纤传输的特点，此种传输形式需要注意对信号传输距离的控制。以世乒赛的现场直播为例，为避免直播中产生信号中断，需要在比赛场地与转播车之间50 m处设置信号转播机房，机房中设有信号转换器、光端机，从而实现电信号到数字分量串行接口（Serial Digital Interface，SDI）信号的转换。根据现场的实际情况，可采取单独光纤通道架设的办法来实现光端机信号的实时稳定接收。广播电视信号采取直播信号传输时，均是重大的事件，对信号传输的稳定性、可靠性有严格的规定，若出现信号中断，则意味着播放事故。因此，在进行非压缩直播信号传输时，可采取主备用双光缆传输的办法来提升传输的效果。依赖这种办法可以采用端口直接对接的方式，实现稳定的信号传输。当主光缆发生传输故障时，设置在通信机房与电视中心（Television Operating Center，TOC）之间的冷备设备就可以直接进行切换，保障传输信号不间断，顺利完成直播。国内的体育赛事、大型庆典活动、重要的会议等均可以通过非压缩传输技术完成信号传输。

    3.3 压缩与非压缩结合技术

    压缩传输技术与非压缩传输技术各具备特点和优势，并能够应用于多种广播电视信号的传输。为了进一步增强广播电视信号的传输效果，并能够充分适应现阶段多样性的广播电视节目播出要求，降低多场地联动的播放压力，现阶段的广播电视信号传输中已经逐步使用压缩与非压缩传输技术相结合的办法来进行信号传输，从而满足减少增设宽带、提升传输效率的目标。

    以亚运会跳水赛事的广播电视信号传输为例。外省电视台在进行广播电视节目制作时，是通过汇集在跳水场馆中心的或者是TER机房内的传输信号来进行与TOC之间的信号传递的。此过程中，采用编码器把高清的信号压缩为可解码信号，从接口单元输送异步串行信号，并经过网络自动适配完成同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）的信号的长距离输出。最后到达终端解码器进行解码，实现播出。与非压缩式传输技术相同，在进行压缩与非压缩传输技术相结合的传输时，针对公共信号，仍需要采取主备、冷备双光缆传输的办法来进行信号传输。要TOC能够为用户提供2个高清的接口。主备信号则是从IBC TER通信机房发出后被视频交换系统所使用。利用物理双开的方式，若信号传输的过程中主光缆系统出现故障，冷备设备通过快速的设备切换，保障与主通道相同性能的条件下，继续完成信号传输任务。单边信号传输所使用的双光缆和冷备设备位于TER机房和TOC电视转播机之间，冷备设备主要包含了编解码器、传输接口设备、光端机。为了能够进一步保障信号传输的质量，在TER机房和国际广播电视中心（International Broadcasting Center，IBC）机房之间应布置相应的冷备设备，由于SDH电路是带保护的电路，故障发生时，就可以及时替换性能相同的相应的接口设备和编解码器等。

    根据压缩与非压缩相结合的光纤传输技术，目前已经实现多地信号互通，多场地同时进行节目录制的节目制作目标。在央视播出的新闻节目中，经常可以看到3个不同的地区（A/B/C）同时进行录制，A地区可以同时向B/C两地输送信号，并可以同时接收B/C两地传输过来的信号，实现主持人与三地嘉宾、导播的多方互通。

    3.4 光纤传输技术在应用中应注意的问题

    根据光纤传输技术的工作原理，在进行传输设计时，应注意以下两个问题。

    （1）注意光纤传输的指标控制在光纤传输中主要由3个指标影响信号传输效果，分别是光纤损耗、光纤色散与数值孔径。光纤损耗是光波信号传输中产生的能量衰减，包括吸收衰减和散射衰减，这是难以避免的问题；而光纤色散是光波波形展宽所造成的信号失真。为了解决此问题，可以增加相邻传输光脉冲的距离来降低色散程度，并进行色散补偿。同时要合理布局传输距离，传输距离越大，则失真的可能性越高。

    （2）在进行广电信号传输时，尤其是公共信号传输，应尽量采取主备双光缆的形式进行信号传输。并严格控制主备用结构的质量和性能，设置相应的冷备设备，保障主备线路的顺利切换，降低信号传输中断的可能性。尤其是在异地信号传输时，把握冷备设备的架设位置，将其安置在TER机房和TOC电视转播机，并采用物理式双开的办法，来完成及时切换。除此之外，要加强对光缆和其主要设备的日常维护和巡检，保障信号传输质量。

    4 结语

    综上所述，光纤傳输是一种高效、稳定的广电信号传输技术，并随着光纤线缆和相应设备的开发和完善，进一步降低信号损失度，提升传输效果。在广播电视信号传输中，主要采取压缩式传输、非压缩式传输以及压缩非压缩式传输相结合3种办法进行广电节目的直播和录播等。借助光纤传输技术解决了广电信号异地传输、直播传输低质量、不稳定的难题，促进了广电事业的发展。