浅谈利用光缆解决音频信号传输问题的探讨

刘艳丽

【摘 要】 声音是一种低频信号，低频信号的传播受周围环境的影响很大，传播的范围有限。在通信中一般是使用一个高频信号作为载波，利用被传输的信号（如音频信号）对载波进行调制。当信号到达传输地点时需对信号进行解调，也就是将高频载波滤掉，最终得到被传输的音频信号。随着通信容量的增加和信息传递速度的加快，电磁通信暴露出一些缺陷，需采用光缆通信，即利用光作为信号的载体来加以解决。本文首先分析了音频信号传输中常见的问题，然后重点探讨了利用光缆解决音频信号传输问题的途径。

【关键词】 光缆 音频信号 数字音频 激励器 传输

1 音频信号传输中常见的问题

1.1 音频信号传输的平衡和不平衡连接

平衡与非平衡是指音频信号传输的两种不同类型。所谓平衡接法就是用两条信号线传送一对平衡的信号的连接方法，由于两条信号线受的干扰大小相同，相位相反，最后将使干扰被抵消。由于音频的频率范围较低，在长距离的传输情况下，容易受到干扰，因此，平衡接法作为一种抗干扰的连接方法，在发射台的广播音频信号传输中广泛运用。而不平衡接法就是仅用一条信号线传送信号的连接方法，由于这种接法容易受到干扰，所以在发射台的广播音频信号传输中一般不使用。

1.2 音频信号的接地问题

广播发射台节目传送机房的接地系统包括保护接地、过压保护接地、屏蔽接地、信号接地四种，在实际运用中往往容易混为一谈，不十分严格区分，造成四种接地的混接现象，影响了音频信号的传输质量。

1.3 音频信号传输中的阻抗问题

在广播音频节目的传送中，阻抗匹配问题一直是一个重要的部分，但是相当多的人并不重视它。一条广播音频传输线路，或短或长，或粗或细，如果不考虑阻抗匹配问题，就达不到良好的传输效果。

2 利用光缆解决音频传输问题的途径

光纤传输信息时，是把电信号转变为光信号，然后在光导纤维内部进行传输的。所以它具有很强的抗干扰性、保密性和可靠性；它的传输损耗小，不会因大气条件而带来质量损伤，也没有带宽瓶颈问题；它还具有体积小、重量轻、铺设容易等一系列优点。现在光纤传输设备很容易使用，不会有同轴电缆讨厌的均衡需求。光纤传输设备几乎不需维护，并且可靠、稳定、便宜。光纤传输容量大，可以不压缩传输数字电视信号（含音频），是广播电视信号传输的最好形式。因此采用光纤通讯技术，必将大大提高广播电视节目的传输质量。

2.1 光纤音频信号传输的原理

光纤音频信号传输系统是由“光信号发送器”“光信号接收器”以及“传输光纤”三个部分组成。其主要原理是由音频信号作为源信号供给“光信号发送器”，从而产生相应的光信号，然后将此信号经光纤传输后送入“光信号接受器”，最终解调出原来的音频信号。如下图所示，为了保证系统的传输损耗低，发光器件LED的发光中心波长必须在传输光纤的低损耗窗口之内，使得材料色散较小。低损耗的波长在850nm，1300nm或1600nm附近。光电检测的峰值响应波长也应与此接近。为了避免或减少波形失真，要求整个传输系统的频带宽度能覆盖被传输信号的频率范围。对于音频信号，其频谱在300—3400Hz的范围内。由于光导纤维对光信号具有很宽的频带，故在音频范围内，整个系统的频带宽度主要决定于发送端调制放大电路和接收端功放电的幅频特性。

2.2 光纤线路在光传输网络中的应用

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、光波长为1310nm，目前使用最多，适用于中短距离传输。

2.3 DFB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。

3 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，把它与预臵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。endprint

4 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。

5 DFB 数字音频信号传输

美国电影电视工程师学会制定了ANSI/SMPTE259M信号的电视串行数字光纤传输系统的标准，它主要是用于串行数字视频的，数字音频信号又如何在光纤上传输呢？随着多路音频调制、解调器的出现，这已不成为问题。几对立体声的AES/EBU数字音频信号能够被调制并随SMPTE259M数字视频信号一起在光纤上传输。

如果在SMPTE259M串行数字视频中早已含有音频，那就不需要外来调制解调器了。然而，如果输人的音频是模拟信号时，则可以用A/D和D/A转换器来完成模拟到数字和数字到模拟音频信号的转换。

直接在光纤上传AES/EBU数字音频信号也是可能的。使用一些光纤传输器可以传输1～3印Mb/s的任何码率的信号。AES数字音频信号是6Mbit不归零码（NRz）信号，自然能够被接纳收容。（这也是为什么视频同轴电缆可用来代替带XLR连接器的双绞屏蔽电缆的原因。）光纤传输器接收1Vp-p AES信号并通过光缆传输，光纤输出的电信号电平可能会是800mV，但接收器也会恢复原来的AES信号。因AES接收器能够接收低到200mV的信号且能正确还原原信号。由于数字音频较低的码率，传输器和接收器之间的距离会比使用SMPTE259M数字视频信号时更长。

6 结语

综上，在当今信息化大发展的时代，探索数字视音频分配传输的新方法是必要的，因为实际需要视音频信号比以前传输更远的距离。利用光缆传输音频信号清晰、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，更好地完成音频信号的传输任务，加大频率覆盖范围。

参考文献：

[1]刘浩.广播节目传送中传输音频信号应注意的问题[J].陕西电子技术，2010.4.

[2]王苏颖.音频信号传输及音频电缆发展展望[J].电声技术，2007.7.

[3]罗蕴军，李斌.单纤双向视音频及数据传输系统暨发射机远程监测监控[J].声屏世界，2011.1.endprint