音頻信號傳輸研究論文

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摘要：探討了用光纜傳輸音頻信號和光發射機的工作原理及其溫度、噪聲的自動控制。

關鍵詞：光發射機光纜傳輸信號質量

1前言

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濮陽人民廣播電臺播控中心與發射機房相距200多米，調頻機房又與調幅發射機房相距7千多米，給廣播節目信號的傳輸帶來了極大的不便。為了保證信號安全優質地傳輸到發射機，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調頻發射機和數字音頻工作站，使我臺首次實現了音頻信號由模擬向數字化的轉變。由播控中心至發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，推動發射機困難，達不到技術標準，故又增加了音頻放大器、調音臺等周邊設備。但卻出現了噪聲問題，經過反復調試和配接，音質仍達不到預定效果。最后，在中控機房增加了50W小調頻發射機，在發射機房增加了調頻、調幅接收機，用無線發射、無線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，隨著廣播事業的不斷發展，光纜傳輸系統以其頻帶寬、容量大、損耗小、抗干擾能力強、非線性失真小、工作穩定、維護方便等優點，越來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，無論從目前還是從長遠來看，都是音頻電纜無法比擬的。光纜傳輸已經成為廣播電視系統傳輸的主要手。

2光纖線路在光傳輸網絡中的

根據傳輸設備的不同，光纖線路在光傳輸網絡中主要有兩種應用：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多用于組建干線傳輸網，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行傳輸。(DFB)激勵器，其光譜線窄、線性好、輸出功率高(可達十幾mW)、光波長為1310nm，目前使用最多，適用于中短距離傳輸。

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3光發送機

上海廣電集團生產的光發送機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佟＜す舛、激光器偏值靜態輸入電流為100mA，負偏值電壓范圍為－5～0V。光檢測二極管(PD)陽極電流為100～1600霢。致冷器(TEC)正常溫度為25℃。射頻輸入正極阻抗為25佟＊¤

31DFB激勵器

DFB激勵器的射頻特性與器件的偏值電流關系很大。當偏值電流超過閾值時，光功率線性增加，激勵器的頻率特性(如噪聲頻響失真)與光功率的平方根(或超過閾值的偏值電流)成比例。光發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系。激光器的內部發熱都使其性能大大降低，因此，光發送機的自動功率控制(APC)電路和自動溫度控制(ATC)電路在保證光發送機正常工作中起著非常重要的作用。

32自動功率控制(APC)電路

當激光器的偏值電流大于其閾值電流時，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系。LED是通過改變驅動電流來進行直接調制的，因此，自動功率控制(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生一個電壓，把它與預置的一個參考電壓進行比較，經過反饋控制電路驅動一個穩定的電流源，從而達到自動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，控制電路促使驅動器電流減小，使輸出功率減小；當光功率減小時，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。輸出光功率的波動不超過一定的范圍。

其工作過程是：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調節直流參考電壓來實現。

除了直流供電電壓外，光功率控制電路中還有兩個附加電路：一個是慢啟動電路，當光發送機開機時，這個電路使激光器的偏值電流延時2s后才由零增加到設定值，以消除瞬時沖擊電流損壞激光器；另一個是限流器，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，也不會導致激光器的偏值電流失去控制而燒毀激光器。

33自動溫度控制(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器發射波的峰值發生變化。為了保證激光器的工作狀態即閾值電流不變，輸出功率不變，必須通過自動溫度控制(ATC)電路來控制致冷器的工作狀態，消除溫度變化。

其工作過程是：當激光器溫度變化時，熱敏電阻的電阻值隨之變化，可設定一個參考值與其進行比較。誤差電壓驅動一個放大電路，由它向電子致冷器提供電流。自動溫度控制電路通過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，致冷器致冷，激光器溫度下降；當激光器溫度降低時，致冷器加熱，激光器溫度上升。自動溫度控制(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，無論何種連接都會產生接頭損耗。1310nm的光纖衰減系數(a)為035dB/km。無論信號傳輸遠近，光纜的連接都需要進行光纖熔接，其接頭熔接損耗一般在005dB以下。因此在計算光纖自動損耗時還應考慮接頭和其他損耗(2km一般取1dB)。L長度光纖的損耗Am＝aL＋10dB＝035L＋10dB。我臺所用光纜的長度為200多米，兩個熔接頭損耗一個為002dB，另一個為003dB。兩個活接頭的接頭損耗均達到了技術要求。

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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線電通信、廣播和電視等信號造成的。

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6結論

我們利用光纜傳輸兩套節目：綜合節目為1001MHz、1kW立體聲調頻廣播，經濟頻道為91MHz、5kW立體聲調頻廣播。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、音質不佳、信號不清的問題，也大大減少了停播和劣播現象的發生，更好地完成了廣播電視信號的傳輸任務，加大了頻率覆蓋范圍，擴大了收聽率，提高了經濟和社會效益，更好地服務了社會。