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美國(guó)FORNEY，　[摘要] 本文綜述三十多年來光傳輸技術(shù)在接入網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用，介紹主要的新技術(shù)何時(shí)和如何被利用，分析該技術(shù)在接入網(wǎng)和中國(guó)廣電電視領(lǐng)域的應(yīng)用特色。涉及的應(yīng)用主要有視頻/音頻傳輸、多路射頻電視傳輸、互聯(lián)網(wǎng)接入和多媒體通信。指出了RF疊加1/10G-EPON是實(shí)現(xiàn)光纖到家的**手段。
一、引言
從石英光纖問世至今的45年中，光通信已經(jīng)極大地改變了世界信息產(chǎn)業(yè)的面貌，并在很多方面和很大程度上改變了人類的生活方式。除了電話通信以外，光纖電視已經(jīng)成為廣播電視的主要傳播方式，而且光纖又為互聯(lián)網(wǎng)提供了從廣域、城域到局域的物理連接。這種變化對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)崛起的影響是巨大的。本文將從技術(shù)的角度回顧和總結(jié)光傳輸技術(shù)在中國(guó)廣播電視和接入網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用，并展望其發(fā)展前景。
二、模擬基帶視頻光纖傳輸系統(tǒng)
　 從1974－1976年光纖被用于數(shù)字電話中繼線（美國(guó)亞特蘭大和芝加哥44.736Mbit/s示范工程）開始，光纖的極低損耗、極寬頻帶和對(duì)電磁干擾免疫等優(yōu)良特性就吸引了人們用它來傳輸視頻、音頻信號(hào)的興趣。那時(shí)的視頻信號(hào)及其伴音信號(hào)都是模擬信號(hào)，一路視頻信號(hào)占有頻帶為5～6MHz，達(dá)到96路（4×T1）數(shù)字電話的占有帶寬。人們?cè)�花了十多年的時(shí)間來發(fā)展單路視頻光纖傳輸系統(tǒng)和多路調(diào)頻制視頻光纖傳輸系統(tǒng)。
單路視頻光纖傳輸系統(tǒng)曾先后采用直接光強(qiáng)調(diào)制方式和脈沖頻率調(diào)制——光強(qiáng)調(diào)制方式。前者用視頻信號(hào)直接改變光源的發(fā)光強(qiáng)度，受發(fā)光管（LED）和激光器（LD）的非線性功率特性的限制，系統(tǒng)輸出視頻信號(hào)的非線性失真大，同時(shí)因光調(diào)制度被迫取低，故系統(tǒng)輸出視頻信噪比不高，傳輸距離通常不超過10 km，只宜用于工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)。
脈沖頻率調(diào)制——光強(qiáng)調(diào)制是一種準(zhǔn)數(shù)字光強(qiáng)調(diào)制方式，先用視頻信號(hào)調(diào)變一個(gè)等幅、等寬脈沖串的重復(fù)頻率，再用此被調(diào)脈沖串去控制光源的發(fā)光強(qiáng)度。接收的脈沖串的時(shí)間平均分量就是發(fā)送的視頻信號(hào)，用一個(gè)低通濾波器就可以恢復(fù)出來。由于視頻信號(hào)并不引起光脈沖幅度的變化，故光源功率特性的非線性與系統(tǒng)輸出信號(hào)無關(guān)，光調(diào)制度可以取得很大，這就決定了脈沖頻率調(diào)制（PFM）視頻光纖傳輸系統(tǒng)具有輸出視頻信噪比高、非線性失真小、傳輸距離遠(yuǎn)（而且可以中繼）等優(yōu)點(diǎn)。1982～1992年間我國(guó)科技人員已先后研制成使用LED和LD的單模光纖PFM視頻傳輸系統(tǒng)，工作于1310nm波長(zhǎng)，達(dá)到我國(guó)彩色視頻有線傳輸?shù)膹V播級(jí)指標(biāo)（乙級(jí)：加權(quán)視頻信噪比≥62dB，微分增益≤±2％，微分相位≤±2�；**：加權(quán)視頻信噪比≥65dB，微分增益≤±1％，微分相位≤±1�）。在作無中繼傳輸時(shí)，采用LED時(shí)可達(dá)到20km；采用LD時(shí)可達(dá)到60km。這種視頻音頻光端機(jī)曾在我國(guó)暢銷十年，廣泛用于電視臺(tái)站之間（例如演播室到發(fā)射臺(tái)、衛(wèi)星地面站到有線電視前端）的電視節(jié)目基帶信號(hào)的傳送，也用于有線電視聯(lián)網(wǎng)中縣到市的節(jié)目回傳；還用于大型運(yùn)動(dòng)會(huì)或文藝演出的實(shí)況電視新聞轉(zhuǎn)播、導(dǎo)彈和衛(wèi)星試驗(yàn)場(chǎng)的實(shí)況遙遠(yuǎn)觀測(cè)及工業(yè)、交通監(jiān)控等等場(chǎng)合。
上述視頻光纖傳輸系統(tǒng)都不能傳輸多路視頻信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)多路視頻/音頻信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸世界上于80年代發(fā)展了頻分多路調(diào)頻（FM）制的視頻/音頻光纖傳輸系統(tǒng)。PFM視頻光纖傳輸系統(tǒng)的問題是脈沖波形富含諧波分量，故占據(jù)頻帶很寬，所以不容許多路傳輸，于是人們想到了模擬調(diào)頻制。利用模擬視頻/音頻信號(hào)對(duì)正弦的副載波實(shí)施調(diào)頻，多個(gè)不同頻率的副載波就可以攜帶多路視頻/音頻信號(hào)。通常取一個(gè)頻道的寬度為40MHz，在700MHz左右的頻段中能夠容納16路視頻/音頻信號(hào)，再通過光強(qiáng)調(diào)制跨越40－60km單模光纖鏈路，達(dá)到我國(guó)的廣播乙級(jí)指標(biāo)。這種多路視頻/音頻光纖傳輸系統(tǒng)由于價(jià)格高、容量不夠大、調(diào)頻制式與廣播電視調(diào)制體制不兼容，故適用場(chǎng)合有限，不久后就讓位于AM/VSB多路射頻電視光纖傳輸系統(tǒng)而退出市場(chǎng)。
三、數(shù)字基帶視頻光纖傳輸系統(tǒng)
隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，特別是高速數(shù)字集成電路的成熟，進(jìn)入21世紀(jì)以來基帶視頻光纖傳輸系統(tǒng)也走向數(shù)字化。出現(xiàn)了三種類型的數(shù)字視頻/音頻光端機(jī)。
1、模擬接口數(shù)字視頻/音頻光端機(jī)
把模擬視頻/音頻信號(hào)簡(jiǎn)單數(shù)字化（取樣、量化、線性PCM編碼），不采用任何碼率壓縮措施，充分利用單模光纖系統(tǒng)的帶寬資源，就能達(dá)到低成本、高質(zhì)量、遠(yuǎn)距離的傳輸。典型做法是對(duì)視頻取樣值進(jìn)行10比特量化、對(duì)音頻取樣值進(jìn)行20/24比特量化，結(jié)果光纖傳輸系統(tǒng)的輸出加權(quán)視頻信噪比可達(dá)到70dB以上，遠(yuǎn)優(yōu)于我國(guó)的廣播**指標(biāo)。而且成本低，調(diào)試容易，適于大批生產(chǎn)。無中繼傳輸距離可根據(jù)應(yīng)用要求通過選配適當(dāng)?shù)墓馄骷�來滿足，當(dāng)采用1310nm FP激光器和1550nm DFB激光器時(shí)，若發(fā)送光功率為0dBm，傳輸距離可分別達(dá)到90km和130km，光纖色散的影響基本上觀測(cè)不到。這種數(shù)字視頻/音頻光端機(jī)具有模擬視頻、音頻接口，模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換在光端機(jī)內(nèi)部進(jìn)行。它是各種應(yīng)用場(chǎng)合PFM視頻/音頻光端機(jī)的**升級(jí)產(chǎn)品。
　 這種數(shù)字視頻/音頻光端機(jī)的電路部分容許復(fù)接與分接。一對(duì)光端機(jī)最多可傳輸4路視頻和8路音頻（16路立體聲）信號(hào)，無中繼傳輸距離可達(dá)65km（1310nm）和90km（1550nm）。若在光路部分進(jìn)行波分復(fù)用，則4個(gè)波長(zhǎng)的系統(tǒng)容許傳輸16路視頻和32路音頻（16路立體聲）信號(hào)。
這種數(shù)字視頻/音頻光纖傳輸系統(tǒng)還容許多次中繼，來大大延伸傳輸距離。
2、SDI接口數(shù)字視頻/音頻光端機(jī)
隨著數(shù)字視頻、音頻傳輸技術(shù)的進(jìn)步產(chǎn)生了數(shù)字視頻、音頻傳輸?shù)母鞣N技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。其中，串行數(shù)字接口（SDI）標(biāo)準(zhǔn)由移動(dòng)圖像和電視工程師協(xié)會(huì)（SMPTE）制定，在當(dāng)今的廣播電視行業(yè)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)清晰度、高清晰度的視頻、音頻數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、編輯、傳輸和應(yīng)用都廣泛地采用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。
SDI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了怎樣通過同軸電纜在設(shè)備之間傳送未經(jīng)壓縮的串行數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。根據(jù)數(shù)據(jù)速率不同，有兩種SDI標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)清晰度（SD）SDI和高清晰度（HD）SDI。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的基本電氣規(guī)范相同，其主要差別是HD-SDI具有更高的數(shù)據(jù)速率：1.485 Gbps和1.485/1001Gbps，而SD-SDI數(shù)據(jù)速率范圍為143Mbps至540Mbps，最常用的速率為270Mbps。
為了同時(shí)傳輸數(shù)字視頻和數(shù)字音頻，須將數(shù)字音頻信號(hào)插入到數(shù)字視頻信號(hào)中，其實(shí)就是將數(shù)字音頻信號(hào)插入到視頻信號(hào)的行、場(chǎng)消隱脈沖中。在4：2：2串行數(shù)字視頻分量信號(hào)中，視頻行消隱和場(chǎng)消隱期間的信息是不需要的，這樣，就可把音頻數(shù)據(jù)以輔助數(shù)據(jù)的形式插入到數(shù)字視頻分量格式的兩個(gè)空隙中去。視頻信號(hào)采用10比特采樣，而一個(gè)數(shù)字音頻子幀為32比特采樣（音頻為20比特采樣）。
具有SDI接口的數(shù)字視頻/音頻光端機(jī)最近幾年在廣播電視臺(tái)得到了大量的應(yīng)用，主要用于傳輸SD-SDI或者HD-SDI視頻信號(hào)。在光端機(jī)的電輸入部分均設(shè)置波形整形器來去除電纜傳輸帶來的信號(hào)波形劣化。SD-SDI數(shù)字視頻音頻光端機(jī)能無中繼傳輸將近120km，HD-SDI光端機(jī)能無中繼傳輸80km，并且能進(jìn)行無損中繼，還能夠通過光纖放大器來延長(zhǎng)傳輸距離。
3、以太網(wǎng)接口數(shù)字視頻/音頻光端機(jī)
　 隨著以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，具有RJ45以太接口的網(wǎng)絡(luò)型數(shù)字視頻/音頻光端機(jī)已經(jīng)商用。這種光端機(jī)的物理層是以太光收發(fā)器，在數(shù)據(jù)鏈路層形成以太MAC幀，該幀的凈負(fù)荷區(qū)含有按UDP協(xié)議包裝的IP幀，而IP幀的凈負(fù)荷區(qū)由按MPEG2或H.264協(xié)議壓縮編碼的視頻傳送（TS）包組成。
四、射頻電視光纖傳輸系統(tǒng)
　 有線電視光纖傳輸系統(tǒng)是光傳輸技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域最主要的應(yīng)用。
我國(guó)所稱的“有線電視”一詞，在國(guó)外稱為CATV（Cable Television），起初是指用同軸電纜傳輸?shù)纳漕l電視，后來也包含用光纜傳輸?shù)纳漕l電視。1947年發(fā)源于美國(guó)的同軸電纜共用天線電視分配系統(tǒng)不斷地?cái)U(kuò)張，不但跨越了住宅樓、社區(qū)、街道，還發(fā)展成了覆蓋城區(qū)，甚至連接鄉(xiāng)村的電視分配網(wǎng)。我國(guó)在80年后期也出現(xiàn)了**批覆蓋部分城區(qū)的同軸電纜有線電視網(wǎng)。但是同軸電纜的損耗隨頻率遞增，即使采用直徑12mm的干線電纜，大約每300m就需要設(shè)置一個(gè)帶頻域均衡器的射頻放大器。沿線路的噪聲和信號(hào)非線性失真累積使系統(tǒng)的指標(biāo)迅速劣化，加之電纜接頭、供電、防雷等工程施工麻煩、維護(hù)不易，且造價(jià)很高，阻礙了這種射頻電視分配網(wǎng)向大范圍的發(fā)展。
在國(guó)外，人們?cè)缇驮趯で笸ㄟ^光纖傳送多路射頻電視的方法，但苦于缺少高線性、大功率、低噪聲的光源。高線性的要求是首位的，因?yàn)樯漕l電視信號(hào)是模擬信號(hào)，多路模擬信號(hào)通過非線性器件會(huì)產(chǎn)生大量的互調(diào)（inter- modulation）和交調(diào)（cross-modulation）產(chǎn)物，形成頻道間的載波串?dāng)_（表現(xiàn)為電視機(jī)屏幕上的網(wǎng)紋）和信號(hào)轉(zhuǎn)移（表現(xiàn)為電視機(jī)屏幕上的串臺(tái)）。其次，對(duì)于點(diǎn)到多點(diǎn)的電視分配系統(tǒng)沒有大功率、低噪聲的光源就無法保證用戶端獲得足夠大的載噪比（表現(xiàn)為電視機(jī)屏幕上的雪花）。直到1989年1310nm大功率分布反饋（DFB）半導(dǎo)體激光器在美國(guó)Ortel公司研制成功并轉(zhuǎn)入生產(chǎn)，才使多路AM/ VSB射頻電視的光纖傳輸成為現(xiàn)實(shí)。1995年AM/VSB外調(diào)制1550nm光發(fā)送機(jī)和摻鉺光纖放大器又走向成熟，為長(zhǎng)距離和大范圍的射頻電視傳輸和分配提供了強(qiáng)有力的手段。IDP10-D20D11F PRESSURE TRANSMITTER 10/300PSI 1/2IN NPT
FOXBORO IDP10-D22B21F PRESSURE TRANSMITTER 12.5/42VDC 3625PSI
INVENSYS IDP10-D22B21F PRESSURE TRANSMITTER 12.5/42VDC 3625PSI
FOXBORO IDP10-TF1B01C PRESSURE TRANSMITTER W/PSFLT-B3S0151 12.5-42 VDC
INVENSYS IDP10-TF1B01C PRESSURE TRANSMITTER W/PSFLT-B3S0151 12.5-42 VDC
FOXBORO 1DP10-A22A21F-M1 PRESSURE TRANSMITTER 3626PSI
INVENSYS 1DP10-A22A21F-M1 PRESSURE TRANSMITTER 3626PSI
FOXBORO IDP10-A22A11F-M1 PRESSURE TRANSMITTER 3626PSI DIGITAL
INVENSYS IDP10-A22A11F-M1 PRESSURE TRANSMITTER 3626PSI DIGITAL
FOXBORO IDP10-A22B01F-M1 PRESSURE TRANSMITTER 3626PSI 12.5-42VDC DIGITAL
INVENSYS IDP10-A22B01F-M1 PRESSURE TRANSMITTER 3626PSI 12.5-42VDC DIGITAL
FOXBORO IDP10-ASAB01P-M2 PRESSURE TRANSMITTER ELECTRONIC 12.3-42VDC
INVENSYS IDP10-ASAB01P-M2 PRESSURE TRANSMITTER ELECTRONIC 12.3-42VDC
FOXBORO IDP10-DF1C03F-L1 PRESSURE/LEVEL TRANSMITTER 12.5/42VDC
INVENSYS IDP10-DF1C03F-L1 PRESSURE/LEVEL TRANSMITTER 12.5/42VDC
FOXBORO IDP10-TS1C01F-M2 PRESSURE TRANSMITTER
INVENSYS IDP10-TS1C01F-M2 PRESSURE TRANSMITTER
FOXBORO IDP10-D12B21F-M1H PRESSURE TRANSMITTER
INVENSYS IDP10-D12B21F-M1H PRESSURE TRANSMITTER
FOXBORO IDP10-D20A21C-M1L1 PRESSURE TRANSMITTER 12.5-42VDC 25MPA
INVENSYS IDP10-D20A21C-M1L1 PRESSURE TRANSMITTER 12.5-42VDC 25MPA
FOXBORO IDP10-D20A21C-M2L1B1C1V PRESSURE TRANSMITTER 42VDC 2175PSI
INVENSYS IDP10-D20A21C-M2L1B1C1V PRESSURE TRANSMITTER 42VDC 2175PSI
FOXBORO IDP10-D20C21C-M1L1B1C1V PRESSURE TRANSMITTER
INVENSYS IDP10-D20C21C-M1L1B1C1V PRESSURE TRANSMITTER