溫州廣電大樓演播廳與總控機房信號傳輸及分析

秦利永

【摘要】綜合布線，電纜衰減及補償，均衡

【關鍵詞】信號電纜 均衡器 數字脈沖 再生時鐘

隨著溫州廣電大樓800平米演播廳的建成即將投入使用，與總控機房的傳輸布線同時也在施工。考慮到節目量和資金問題，我們演播廳的拍攝設備有12+1訊道數字轉播車兼顧，所以布線端是從總控機房到轉播車車庫，其測量長度為220米左右，800平米演播廳布線主要用于節目直播中信號傳輸。車庫到總控機房的信號線有：4路SDI信號2主2備播出信號的傳輸，2路模擬信號1主1備播出信號的傳輸，8路音頻信號4主4備播出音頻信號傳輸，1路通話信號用超5類雙絞線與總控的4芯信號相連。總控機房到演播廳的有：2路SDI信號1主1備播出信號監看，2路模擬信號1主1備播出信號監看，4路音頻信號2主2備播出信號監聽，1路時鐘信號用于音響室與燈光室的時鐘顯示，視頻電纜線采用佳耐美L-5CFB線纜，音頻電纜采用佳耐美4芯星絞L-4E6AT電纜。我臺目前播出還是SDI信號，考慮到以后信號格式升級到高清信號的需要預埋了4條光纖線纜。

現就SDI信號和模擬信號在傳輸中的衰減及補償，均衡原理及傳輸中應用作下分析，在模擬時代，最常見的是在電纜發送端提供均衡，并且通常需要知道所使用的電纜類型及長度。盡管現在大家普遍使用數字電視，但信號通過同軸電纜傳輸的過程還是個模擬過程，對于有效傳輸數字信號的高頻寬帶而言，均衡更為重要。

在數字視頻中，均衡器一般都是放在同軸電纜接收端處，使自適應均衡器可根據電纜長度及特征進行自我調節。

如圖1，固定長度同軸電纜的輸出信號在高頻或數據率時降低。使用300米長的百通8281電纜，用30分貝就可衰減270Mb/s信號的高頻元件。10年前，用早期的均衡器很難恢復該信號，對于SDI視頻來說，300米通常為電纜的有效范圍。隨著均衡器的不斷完善，現在350-400米也成為可能。

均衡器彌補高頻響應的下降，見圖2。這影響允許隨著電纜長度變化進行操作。

圖3所示，均衡器的輸出信號隨電纜長度變化基本上保持不變，電纜長度到達“峰值”的時刻也是均衡器增益最大的時候。之后信號迅速下降，并不可使用。

如上所述，同軸電纜的信號傳輸是個模擬過程，即使數據是作為數字脈沖進行傳輸的。原始數字信號以一串脈沖方式發出，其邊緣與時鐘同時發生。因其傳輸路徑的頻率響應不理想，甚至帶均衡器，接收的信號也不再有明顯的邊緣，見下圖4。為產生不理想波形的邏輯電平信號，信號不得不進行“限幅”，假定限幅一半。因脈沖邊緣不再垂直，其可移除衍生脈沖并在信號中制造標記和空間失真。這些錯誤因電纜均衡器結合響應中的時間移位變化而變化。脈沖時鐘中的快速移位叫做“抖動”，慢速變化見“漂移”。

我們知道，數字分量并行數據率為27MB/秒，10比特。當變成串行數據時，27MHZ 10倍頻成為270MHZ時鐘。在并轉串移位寄存器的輸出端就變成了270Mb/s的串行數據。

SDI信號在中等以上的電纜長度在沒有均衡器的情況下，其接收的信號很差而且沒用。圖5及6分別顯示100米和200米的8281電纜在均衡前的信號。

同軸電纜傳送在數字環境中，設備之間的數字視頻信號的傳送多采用同軸電纜，其接口為SDI。串行數據發送電路的主要功能是：將數字視頻并行信號變成串行信號，通過擾頻和NRZI編碼，可限制信號的直流成份，前者還有利于接收端回收時鐘信號。電纜和連接器 目前模擬環境下使用的高質量視頻電纜可以運行于數字系統。模擬環境下的視頻電纜從直流到10MHZ都呈現很低的阻抗。這在數字領域也是需要的。但由于串行數字信號頻率很高，這種電纜傳輸對數字視頻信號將有明顯的衰減。由于SDI接收端設有自動電纜均衡， 為了更好地傳輸數字視頻信號。

自動均衡作用是，數字信號在電纜傳輸中不但幅度受到衰減，而且波形也會失真。頻率越高，其傳輸距離會越短。一般來說，發送端數字信號電平為800mvp-p，對于270Mb/s的數字分量串行信號來說，經過220米電纜之后，其幅度已下降到30mv，脈沖波形變成了類似于正弦波的形狀。經過自動均衡之后，脈沖幅度與波形得到明顯改善，如圖7顯示經過均衡處理后的效果。盡管大有改善，波形衰減還是很明顯。這些顯示因波形中心的形狀而被叫做“眼圖”。當波形隨著噪聲和抖動的增大而降低，中心的“眼”閉合，信號就沒用了。

隨著電纜長度的增加，抖動增強，見圖8，一旦均衡器離開頂部空間，抖動顯著增強。幅度和高頻特性隨之逐漸下降，它對圖像的影響是漸進的。電纜對數字信號的影響與模擬信號不一樣。它不是漸進，而是突變。只要接收端可以恢復原來的數據，則信號質量不受任何衰減。即使說，200米的電纜與250米的電纜，其傳輸數字信號的質量是一樣的，但逐漸增加到某個長度時，視頻信號重現質量突然惡化，有時電纜長度之差僅幾米，其圖像可從完好變為完全沒有。這種數字視頻傳送中特有的現象叫突變效應，這在設計和使用中要引起注意。

總控到車庫實際布線的長度為205米，從以上對信號電纜的分析看到，205米信號電纜傳輸經過幀同步機接收、處理后輸入到轉播車上，信號完全能正常使用。