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美國FORNEY，　[摘要] 本文綜述三十多年來光傳輸技術在接入網(wǎng)領域的應用，介紹主要的新技術何時和如何被利用，分析該技術在接入網(wǎng)和中國廣電電視領域的應用特色。涉及的應用主要有視頻/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。這種變化對中國經(jīng)濟崛起的影響是巨大的。本文將從技術的角度回顧和總結光傳輸技術在中國廣播電視和接入網(wǎng)領域的應用，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、音頻信號的興趣。那時的視頻信號及其伴音信號都是模擬信號，一路視頻信號占有頻帶為5～6MHz，達到96路（4×T1）數(shù)字電話的占有帶寬。人們曾花了十多年的時間來發(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調(diào)制方式和脈沖頻率調(diào)制——光強調(diào)制方式。前者用視頻信號直接改變光源的發(fā)光強度，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)輸出視頻信號的非線性失真大，同時因光調(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——光強調(diào)制是一種準數(shù)字光強調(diào)制方式，先用視頻信號調(diào)變一個等幅、等寬脈沖串的重復頻率，再用此被調(diào)脈沖串去控制光源的發(fā)光強度。接收的脈沖串的時間平均分量就是發(fā)送的視頻信號，用一個低通濾波器就可以恢復出來。由于視頻信號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)輸出信號無關，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（而且可以中繼）等優(yōu)點。1982～1992年間我國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，達到我國彩色視頻有線傳輸?shù)膹V播級指標（乙級：加權視頻信噪比≥62dB，微分增益≤±2％，微分相位≤±2�；**：加權視頻信噪比≥65dB，微分增益≤±1％，微分相位≤±1�）。在作無中繼傳輸時，采用LED時可達到20km；采用LD時可達到60km。這種視頻音頻光端機曾在我國暢銷十年，廣泛用于電視臺站之間（例如演播室到發(fā)射臺、衛(wèi)星地面站到有線電視前端）的電視節(jié)目基帶信號的傳送，也用于有線電視聯(lián)網(wǎng)中縣到市的節(jié)目回傳；還用于大型運動會或文藝演出的實況電視新聞轉播、導彈和衛(wèi)星試驗場的實況遙遠觀測及工業(yè)、交通監(jiān)控等等場合。
上述視頻光纖傳輸系統(tǒng)都不能傳輸多路視頻信號。為了實現(xiàn)多路視頻/音頻信號的遠距離傳輸世界上于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/音頻信號對正弦的副載波實施調(diào)頻，多個不同頻率的副載波就可以攜帶多路視頻/音頻信號。通常取一個頻道的寬度為40MHz，在700MHz左右的頻段中能夠容納16路視頻/音頻信號，再通過光強調(diào)制跨越40－60km單模光纖鏈路，達到我國的廣播乙級指標。這種多路視頻/音頻光纖傳輸系統(tǒng)由于價格高、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。
三、數(shù)字基帶視頻光纖傳輸系統(tǒng)
隨著數(shù)字技術的發(fā)展，特別是高速數(shù)字集成電路的成熟，進入21世紀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。
1、模擬接口數(shù)字視頻/音頻光端機
把模擬視頻/音頻信號簡單數(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，就能達到低成本、高質(zhì)量、遠距離的傳輸。典型做法是對視頻取樣值進行10比特量化、對音頻取樣值進行20/24比特量化，結果光纖傳輸系統(tǒng)的輸出加權視頻信噪比可達到70dB以上，遠優(yōu)于我國的廣播**指標。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)應用要求通過選配適當?shù)墓馄骷�來滿足，當采用1310nm FP激光器和1550nm DFB激光器時，若發(fā)送光功率為0dBm，傳輸距離可分別達到90km和130km，光纖色散的影響基本上觀測不到。這種數(shù)字視頻/音頻光端機具有模擬視頻、音頻接口，模/數(shù)、數(shù)/模轉換在光端機內(nèi)部進行。它是各種應用場合PFM視頻/音頻光端機的**升級產(chǎn)品。
　 這種數(shù)字視頻/音頻光端機的電路部分容許復接與分接。一對光端機最多可傳輸4路視頻和8路音頻（16路立體聲）信號，無中繼傳輸距離可達65km（1310nm）和90km（1550nm）。若在光路部分進行波分復用，則4個波長的系統(tǒng)容許傳輸16路視頻和32路音頻（16路立體聲）信號。
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
隨著數(shù)字視頻、音頻傳輸技術的進步產(chǎn)生了數(shù)字視頻、音頻傳輸?shù)母鞣N技術標準。其中，串行數(shù)字接口（SDI）標準由移動圖像和電視工程師協(xié)會（SMPTE）制定，在當今的廣播電視行業(yè)，對標準清晰度、高清晰度的視頻、音頻數(shù)據(jù)的存儲、編輯、傳輸和應用都廣泛地采用這個標準。
SDI標準規(guī)定了怎樣通過同軸電纜在設備之間傳送未經(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標準：標準清晰度（SD）SDI和高清晰度（HD）SDI。這兩個標準的基本電氣規(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。
為了同時傳輸數(shù)字視頻和數(shù)字音頻，須將數(shù)字音頻信號插入到數(shù)字視頻信號中，其實就是將數(shù)字音頻信號插入到視頻信號的行、場消隱脈沖中。在4：2：2串行數(shù)字視頻分量信號中，視頻行消隱和場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空隙中去。視頻信號采用10比特采樣，而一個數(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/音頻光端機最近幾年在廣播電視臺得到了大量的應用，主要用于傳輸SD-SDI或者HD-SDI視頻信號。在光端機的電輸入部分均設置波形整形器來去除電纜傳輸帶來的信號波形劣化。SD-SDI數(shù)字視頻音頻光端機能無中繼傳輸將近120km，HD-SDI光端機能無中繼傳輸80km，并且能進行無損中繼，還能夠通過光纖放大器來延長傳輸距離。
3、以太網(wǎng)接口數(shù)字視頻/音頻光端機
　 隨著以太網(wǎng)技術的發(fā)展，具有RJ45以太接口的網(wǎng)絡型數(shù)字視頻/音頻光端機已經(jīng)商用。這種光端機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，該幀的凈負荷區(qū)含有按UDP協(xié)議包裝的IP幀，而IP幀的凈負荷區(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)是光傳輸技術在廣播電視領域最主要的應用。
我國所稱的“有線電視”一詞，在國外稱為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)源于美國的同軸電纜共用天線電視分配系統(tǒng)不斷地擴張，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就需要設置一個帶頻域均衡器的射頻放大器。沿線路的噪聲和信號非線性失真累積使系統(tǒng)的指標迅速劣化，加之電纜接頭、供電、防雷等工程施工麻煩、維護不易，且造價很高，阻礙了這種射頻電視分配網(wǎng)向大范圍的發(fā)展。
在國外，人們早就在尋求通過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，因為射頻電視信號是模擬信號，多路模擬信號通過非線性器件會產(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擾（表現(xiàn)為電視機屏幕上的網(wǎng)紋）和信號轉移（表現(xiàn)為電視機屏幕上的串臺）。其次，對于點到多點的電視分配系統(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)為電視機屏幕上的雪花）。直到1989年1310nm大功率分布反饋（DFB）半導體激光器在美國Ortel公司研制成功并轉入生產(chǎn)，才使多路AM/ VSB射頻電視的光纖傳輸成為現(xiàn)實。1995年AM/VSB外調(diào)制1550nm光發(fā)送機和摻鉺光纖放大器又走向成熟，為長距離和大范圍的射頻電視傳輸和分配提供了強有力的手段。IDP10-D20D11F PRESSURE TRANSMITTER 10/300PSI 1/2IN NPT
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INVENSYS IDP10-A22A11F-M1 PRESSURE TRANSMITTER 3626PSI DIGITAL
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