音频光端机及相关知识

基础知识

在音(视)频传输中一般可分为无线和有线两种方式，或根据传输的距离分为远距离(几十公里)、近距离(几十米到几百米)等。传输手段有传统的电缆、微波、调频等，随着光技术的进步，光纤传输也由模拟向数字化转变，可靠性和传输质量越来越高。因此，越来越多的领域开始采用光纤传输手段，在广播电视系统、节目传输系统、现场直播系统、会议电视系统，另外在环境监控、交通管理、安防监控系统等许多领域中都有广泛应用。

1 采用光纤通信的优越性

(1)中继距离长。光纤具有极低的衰耗系数(商用化石英光纤已达0.19 dB/km 以下)，配以适当的光发送与光接收设备，其中继距离能达到数百公里，远大于电缆(1.5 km)、微波(50 km)。

(2)通信容量大。理论上，一根头发丝粗细的光纤可以同时传输1 000 亿个话路，虽然目前远远未达到如此高的传输容量，但仍比传统的明线、同轴电缆、微波等高出几十乃至上千倍。并且一根光缆中会包括几十根(甚至上千根)光纤，再加上波分复用等技术，可以把一根光纤当作几根、几十根，通信容量之大更加惊人。

(3)保密性能好。光波在光纤中传输时只在其芯区进行，基本上没有光“泄露”，因此保密性能极好。

(4)抗干扰能力强。光纤中的光信号不受外界强电磁场的干扰、光缆的表皮可以做到耐腐蚀，可挠性强(弯曲半径大于0.25 m，其性能不受影响)等。

(5)成本低廉。石英光纤最基本原材料是二氧化硅(砂子)，在自然界中几乎是取之不尽、用之不竭。

(6)体积小、重量轻、便于施工维护。光缆的敷设方式方便灵活，可以采用直埋、管道敷设，又能在

水底或架空。

虽有以上种种优点，但缺点也是很明显的：如使用光纤和光端机需要一定的专业知识和专用设备，给工程施工和用户使用带来了一定的难度；对于短距离、小规模的传输、监控系统来说，使用光纤传输要考虑经济因素，是否合适一次性投入较大资金。

2 光端机的工作原理

光端机是由光发射机和接收机组成，通过光纤线路连接实现传输。

早期光端机采用的是模拟方式进行调制解调传输，如KD-50A 四路音频光端机，核心就是使用了摩托罗拉公司的CA3089E 集成电路芯片，可靠性受到元器件老化、可调电容磁芯松动等影响。

在数字传输的光发射机中(目前几乎都采用了数字传输方式)，输入的音(视)频信号，先经阻抗匹配或平衡变换、放大，然后进行A/D 变换，A/D 变换的bit 数一般视频为12 bit、音频为20~24 bit，A/D 变换后形成多组标准数字信号，数字信号一起进行多路数字信号的复接；复接成1 250 M 的数字信号，去驱动激光器，产生的光信号送入传输线路光纤。图1为音视频光端机示意。

在光接收机中，实现相反的处理过程，接收到的光信号首先由光接收模块变换成数字电信号，然后经过时钟和数字恢复再解复接，恢复出多路数字信号。数字视频音频信号经过D/A 变换、放大，还原出模拟视频音频信号输出，如图2所示。

音频光端机及相关知识

图1　光发射机方框图

□李传忠　李文强

基础知识

利用光波分复用CWDM 技术，实现多路信号传输。

在光发射机中采用的复接技术为电信号时分复用技术(TDM)和光学波分复用技术(CWDM)，即多个光发射波长信号复接到1根光纤中传输。在一般情况下，一个激光器可发送4路视频、8路音频和多路数据，当采用TDM 和CWDM 后，1根光纤中可传输多达32路视频、64路音频和多路数据信号，如图3所示。

3 光端机的接口和参数

3.1 光端机的主要接口类型

BNC 接口：即同轴电缆接口，用于75 Ω同轴电缆连接用，提供收(RX)、发(TX)两个通道，用于非平衡信号的连接。

光纤接口：用来连接光纤线缆的物理接口，通常有SC、ST、FC 等几种类型，如FC (Ferrule Connector)外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣；ST 接口通常用于10Base-F ；SC 接口通常用于100Base-FX。

在工程中，一般的光端机光纤接口标准配置为

图2　光接收机方框图

图3　TDM和CWDM复用图4　16路音频光端机

FC/PC，具体含义如下。“/”前面的部分表示尾纤的连接器型号，“FC”表示金属接头，一般在光纤配线架(ODF)

侧采用，金属接头的可插拔次数比塑料材质的要多；“SC”接头是标准方

型接头，采用工程塑料，具有耐高温，不易氧化等优点，用于传输设备侧光接口；常用不同的颜色来区分这几种接头；“/”后面表明光纤接头截面工艺，即研磨方式。如FC/PC 是金属圆头、黑色护套、内插芯平口；FC/APC 是金属圆头、绿色护套、内插芯斜口、斜8°； SC/PC 是塑料方头、蓝色、内插芯平口；SC/APC 是塑料方头、绿色、内插芯斜口、斜8°。“PC”在电信运营商的设备中应用最为广泛，其接头截面是平的。

还有一种“UPC”的工艺，其衰耗比“PC”要小，一般用于有特殊需求的设备。

RJ-45接口：是以太网最常用的接口，也就是常说的水晶头插口，是由IEC(60)603-7标准化，使用由国际性的接插件标准定义的8个位置(8针)的模块化

插孔或插头。

RS-232接口：又称EIA RS-232-C，也是目前最常用的一种串行通信接口，是1970年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、 调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通信的标准，全名是“数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”。该标准规定采用一个25个脚的DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容、各种信号的电平加以规定。

RJ-11接口：就是平时所见到的电话线接口。RJ-11是西部电子公司(Western Electric)开发的接插件的通用名称，其外形定义为6针的连接器件。原名为

WExW，这里的x 表示“活性”，指触点或者打线针。例如，WE6W 有全部6个触点，编号1到6；WE4W 界面只使用4针，最外面的两个触点(1和6) 不用，WE2W 只使用中间两针(如电话线接口)。3.2 音频光端机的音频特性

连接器：输入/输出连接器一般采用卡侬头

XLR(600 Ω平衡)，其接线为1脚接地、2脚信号(+)、