秦利永

【摘要】綜合布線，電纜衰減及補(bǔ)償，均衡

【關(guān)鍵詞】信號(hào)電纜 均衡器 數(shù)字脈沖 再生時(shí)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(jī)房的傳輸布線同時(shí)也在施工?？紤]到節(jié)目量和資金問(wèn)題，我們演播廳的拍攝設(shè)備有12+1訊道數(shù)字轉(zhuǎn)播車(chē)兼顧，所以布線端是從總控機(jī)房到轉(zhuǎn)播車(chē)車(chē)庫(kù)，其測(cè)量長(zhǎng)度為220米左右，800平米演播廳布線主要用于節(jié)目直播中信號(hào)傳輸。車(chē)庫(kù)到總控機(jī)房的信號(hào)線有：4路SDI信號(hào)2主2備播出信號(hào)的傳輸，2路模擬信號(hào)1主1備播出信號(hào)的傳輸，8路音頻信號(hào)4主4備播出音頻信號(hào)傳輸，1路通話信號(hào)用超5類(lèi)雙絞線與總控的4芯信號(hào)相連。總控機(jī)房到演播廳的有：2路SDI信號(hào)1主1備播出信號(hào)監(jiān)看，2路模擬信號(hào)1主1備播出信號(hào)監(jiān)看，4路音頻信號(hào)2主2備播出信號(hào)監(jiān)聽(tīng)，1路時(shí)鐘信號(hào)用于音響室與燈光室的時(shí)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(tái)目前播出還是SDI信號(hào)，考慮到以后信號(hào)格式升級(jí)到高清信號(hào)的需要預(yù)埋了4條光纖線纜。

現(xiàn)就SDI信號(hào)和模擬信號(hào)在傳輸中的衰減及補(bǔ)償，均衡原理及傳輸中應(yīng)用作下分析，在模擬時(shí)代，最常見(jiàn)的是在電纜發(fā)送端提供均衡，并且通常需要知道所使用的電纜類(lèi)型及長(zhǎng)度。盡管現(xiàn)在大家普遍使用數(shù)字電視，但信號(hào)通過(guò)同軸電纜傳輸?shù)倪^(guò)程還是個(gè)模擬過(guò)程，對(duì)于有效傳輸數(shù)字信號(hào)的高頻寬帶而言，均衡更為重要。

在數(shù)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(yīng)均衡器可根據(jù)電纜長(zhǎng)度及特征進(jìn)行自我調(diào)節(jié)。

如圖1，固定長(zhǎng)度同軸電纜的輸出信號(hào)在高頻或數(shù)據(jù)率時(shí)降低。使用300米長(zhǎng)的百通8281電纜，用30分貝就可衰減270Mb/s信號(hào)的高頻元件。10年前，用早期的均衡器很難恢復(fù)該信號(hào)，對(duì)于SDI視頻來(lái)說(shuō)，300米通常為電纜的有效范圍。隨著均衡器的不斷完善，現(xiàn)在350-400米也成為可能。

均衡器彌補(bǔ)高頻響應(yīng)的下降，見(jiàn)圖2。這影響允許隨著電纜長(zhǎng)度變化進(jìn)行操作。

圖3所示，均衡器的輸出信號(hào)隨電纜長(zhǎng)度變化基本上保持不變，電纜長(zhǎng)度到達(dá)“峰值”的時(shí)刻也是均衡器增益最大的時(shí)候。之后信號(hào)迅速下降，并不可使用。

如上所述，同軸電纜的信號(hào)傳輸是個(gè)模擬過(guò)程，即使數(shù)據(jù)是作為數(shù)字脈沖進(jìn)行傳輸?shù)摹Ｔ紨?shù)字信號(hào)以一串脈沖方式發(fā)出，其邊緣與時(shí)鐘同時(shí)發(fā)生。因其傳輸路徑的頻率響應(yīng)不理想，甚至帶均衡器，接收的信號(hào)也不再有明顯的邊緣，見(jiàn)下圖4。為產(chǎn)生不理想波形的邏輯電平信號(hào)，信號(hào)不得不進(jìn)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(hào)中制造標(biāo)記和空間失真。這些錯(cuò)誤因電纜均衡器結(jié)合響應(yīng)中的時(shí)間移位變化而變化。脈沖時(shí)鐘中的快速移位叫做“抖動(dòng)”，慢速變化見(jiàn)“漂移”。

我們知道，數(shù)字分量并行數(shù)據(jù)率為27MB/秒，10比特。當(dāng)變成串行數(shù)據(jù)時(shí)，27MHZ 10倍頻成為270MHZ時(shí)鐘。在并轉(zhuǎn)串移位寄存器的輸出端就變成了270Mb/s的串行數(shù)據(jù)。

SDI信號(hào)在中等以上的電纜長(zhǎng)度在沒(méi)有均衡器的情況下，其接收的信號(hào)很差而且沒(méi)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(hào)。

同軸電纜傳送在數(shù)字環(huán)境中，設(shè)備之間的數(shù)字視頻信號(hào)的傳送多采用同軸電纜，其接口為SDI。串行數(shù)據(jù)發(fā)送電路的主要功能是：將數(shù)字視頻并行信號(hào)變成串行信號(hào)，通過(guò)擾頻和NRZI編碼，可限制信號(hào)的直流成份，前者還有利于接收端回收時(shí)鐘信號(hào)。電纜和連接器 目前模擬環(huán)境下使用的高質(zhì)量視頻電纜可以運(yùn)行于數(shù)字系統(tǒng)。模擬環(huán)境下的視頻電纜從直流到10MHZ都呈現(xiàn)很低的阻抗。這在數(shù)字領(lǐng)域也是需要的。但由于串行數(shù)字信號(hào)頻率很高，這種電纜傳輸對(duì)數(shù)字視頻信號(hào)將有明顯的衰減。由于SDI接收端設(shè)有自動(dòng)電纜均衡， 為了更好地傳輸數(shù)字視頻信號(hào)。

自動(dòng)均衡作用是，數(shù)字信號(hào)在電纜傳輸中不但幅度受到衰減，而且波形也會(huì)失真。頻率越高，其傳輸距離會(huì)越短。一般來(lái)說(shuō)，發(fā)送端數(shù)字信號(hào)電平為800mvp-p，對(duì)于270Mb/s的數(shù)字分量串行信號(hào)來(lái)說(shuō)，經(jīng)過(guò)220米電纜之后，其幅度已下降到30mv，脈沖波形變成了類(lèi)似于正弦波的形狀。經(jīng)過(guò)自動(dòng)均衡之后，脈沖幅度與波形得到明顯改善，如圖7顯示經(jīng)過(guò)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(dāng)波形隨著噪聲和抖動(dòng)的增大而降低，中心的“眼”閉合，信號(hào)就沒(méi)用了。

隨著電纜長(zhǎng)度的增加，抖動(dòng)增強(qiáng)，見(jiàn)圖8，一旦均衡器離開(kāi)頂部空間，抖動(dòng)顯著增強(qiáng)。幅度和高頻特性隨之逐漸下降，它對(duì)圖像的影響是漸進(jìn)的。電纜對(duì)數(shù)字信號(hào)的影響與模擬信號(hào)不一樣。它不是漸進(jìn)，而是突變。只要接收端可以恢復(fù)原來(lái)的數(shù)據(jù)，則信號(hào)質(zhì)量不受任何衰減。即使說(shuō)，200米的電纜與250米的電纜，其傳輸數(shù)字信號(hào)的質(zhì)量是一樣的，但逐漸增加到某個(gè)長(zhǎng)度時(shí)，視頻信號(hào)重現(xiàn)質(zhì)量突然惡化，有時(shí)電纜長(zhǎng)度之差僅幾米，其圖像可從完好變?yōu)橥耆珱](méi)有。這種數(shù)字視頻傳送中特有的現(xiàn)象叫突變效應(yīng)，這在設(shè)計(jì)和使用中要引起注意。

總控到車(chē)庫(kù)實(shí)際布線的長(zhǎng)度為205米，從以上對(duì)信號(hào)電纜的分析看到，205米信號(hào)電纜傳輸經(jīng)過(guò)幀同步機(jī)接收、處理后輸入到轉(zhuǎn)播車(chē)上，信號(hào)完全能正常使用。