摘 要：為提高電視信號傳播質(zhì)量，本文基于光纖通信技術(shù)，以某廣播電臺為例，進(jìn)行信號長距離傳輸方法研究。引進(jìn)離散變換技術(shù)，將信號從時域轉(zhuǎn)換到頻域，進(jìn)行信號壓縮與降噪處理；引進(jìn)光纖通信技術(shù)中的差分相移鍵控技術(shù)，進(jìn)行DPSK調(diào)制與信號編碼；采用光放大器增強(qiáng)信號強(qiáng)度，進(jìn)行信號長距離傳輸與幅值重構(gòu)，進(jìn)行信號的長距離傳輸設(shè)計。對比試驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計方法在實(shí)際應(yīng)用中能夠保證傳輸信號的噪聲水平在傳輸距離增加過程中保持穩(wěn)定，不會呈現(xiàn)顯著的增長趨勢。

關(guān)鍵詞：光纖通信技術(shù)；信號編碼；信號壓縮；長距離傳輸" " " 中圖分類號：TN 931" " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

廣播電視在信息傳播領(lǐng)域具有傳統(tǒng)而重要的地位，長期以來，其信號傳輸?shù)馁|(zhì)量與穩(wěn)定性備受矚目。目前，現(xiàn)有的電視信號傳輸方式主要包括無線傳輸和同軸電纜傳輸?shù)?。但是這些傳統(tǒng)傳輸方式在長距離傳輸過程中存在較多問題。一方面，信號衰減不可避免，隨著傳輸距離增加，信號強(qiáng)度逐漸減弱，影響圖像和聲音的清晰度。另一方面，噪聲干擾嚴(yán)重影響信號質(zhì)量，各種外部干擾源會使信號混入噪聲，降低視聽體驗(yàn)。此外，帶寬限制也是一個關(guān)鍵問題，有限的帶寬無法滿足高清視頻、多聲道音頻等大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)男枨?，從而?dǎo)致信號質(zhì)量下降，用戶體驗(yàn)受損[1]。因此，本文以光纖通信技術(shù)為基礎(chǔ)，以某廣播電臺為例，進(jìn)行信號長距離傳輸方法研究。光纖通信具有傳輸容量大、信號衰減小和抗干擾能力強(qiáng)等顯著優(yōu)勢，能夠有效克服傳統(tǒng)傳輸方式的弊端。研究光纖通信技術(shù)在廣播電臺信號傳輸中的應(yīng)用，以期為廣播電視信號的長距離高質(zhì)量傳輸提供新的解決方案，進(jìn)一步提升廣播電視行業(yè)的服務(wù)水平和用戶滿意度。

1 廣播電視信號的壓縮技術(shù)與降噪策略

在廣播電視信號傳輸過程中，為了提高傳輸效率并減少帶寬占用，需要對信號進(jìn)行壓縮處理[2]。信號壓縮需要去除信號中的冗余信息或利用信號的相關(guān)性，目前的壓縮方法包括有損、無損壓縮。由于信號能在可接受的失真范圍內(nèi)顯著減少數(shù)據(jù)量，因此廣播電視信號使用的壓縮方法為有損壓縮[3]。本文在該過程中引進(jìn)離散余弦（Discrete Cosine Transform，DCT）變換技術(shù)，去除高頻分量（即細(xì)節(jié)部分），利用逆變換恢復(fù)信號。在采用離散余弦（DCT）變換技術(shù)進(jìn)行廣播電視信號有損壓縮過程中，需要謹(jǐn)慎把控高頻分量的去除程度。如果去除過度，雖然能大幅減少數(shù)據(jù)量，但是會導(dǎo)致信號的細(xì)節(jié)丟失過多，嚴(yán)重影響信號質(zhì)量，例如畫面會出現(xiàn)模糊、色彩失真等問題。因此在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)廣播電視信號的具體特點(diǎn)和觀眾可接受的失真范圍，精確調(diào)整DCT變換的參數(shù)。同時，利用逆變換恢復(fù)信號后，還需要結(jié)合相應(yīng)的降噪策略，進(jìn)一步提升信號質(zhì)量，以保證經(jīng)過壓縮和恢復(fù)后的廣播電視信號能夠滿足觀眾對視聽效果的基本要求。DCT變換過程如公式（1）所示。

式中：F為DCT變換；A為變換系數(shù)；u為信號權(quán)重；v為歸一化因子；f為原始信號；x為信號在水平方向上的尺寸；M為信號中的高頻分量；y為信號在垂直方向上的尺寸。

完成信號變換后，將DCT系數(shù)映射到有限的量化級別上，進(jìn)行信號解壓縮，恢復(fù)壓縮后的有效信號[4]。該過程如公式（2）所示。

式中：S為恢復(fù)壓縮后的有效信號；f'為編碼后的DCT系數(shù)；α為量化級。

在上文基礎(chǔ)上，為了減少信號中的隨機(jī)噪聲，提高信號的信噪比，利用維納濾波技術(shù)，進(jìn)行平穩(wěn)隨機(jī)信號降噪。該過程如公式（3）所示。

式中：H為平穩(wěn)隨機(jī)信號的降噪；h為維納濾波器的系數(shù)；g為噪聲水平；n為噪聲空間密度。

2 基于光纖通信技術(shù)的傳輸信號編碼

光纖通信技術(shù)是現(xiàn)代通信領(lǐng)域的重要組成部分，其傳輸信號編碼是信息高效、準(zhǔn)確傳輸?shù)年P(guān)鍵，因此，本文利用該項(xiàng)技術(shù)對完成預(yù)處理的廣播電視信號進(jìn)行光纖通信編碼。編碼過程主要是指將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，并在接收端進(jìn)行解碼恢復(fù)[5]。本文在該過程中引進(jìn)光纖通信技術(shù)中的差分相移鍵控技術(shù)（DPSK技術(shù)），該技術(shù)是一種相位調(diào)制編碼技術(shù)，用當(dāng)前比特與前一個比特的相位差表示信息，在DPSK技術(shù)中，每個符號的相位均根據(jù)前一個符號的相位進(jìn)行定義。DPSK技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢，因此被引入廣播電視信號的光纖通信編碼中。與傳統(tǒng)編碼方式相比，DPSK技術(shù)對光纖中的色散和非線性效應(yīng)具有更強(qiáng)的抵抗能力。在長距離傳輸過程中，光纖不可避免地會出現(xiàn)色散現(xiàn)象，導(dǎo)致信號失真，而DPSK技術(shù)能夠有效降低這種影響，保證信號的完整性。同時，其相位調(diào)制的特性能夠使信號傳輸更穩(wěn)定，并顯著提升信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性，進(jìn)而提高廣播電視信號在光纖通信中的傳輸質(zhì)量，為用戶帶來更清晰、穩(wěn)定的視聽體驗(yàn)。

在DPSK調(diào)制過程中，根據(jù)輸入比特與前一個比特的比較結(jié)果調(diào)整光信號的相位。如果當(dāng)前比特與前一個比特相同，那么相位不變；如果不同，那么相位改變180°。在傳輸鏈路中，信號的多項(xiàng)式傳輸方式如公式（4）所示。

式中：X為信號的多項(xiàng)式傳輸方式；D為信號相位；N為復(fù)共軛系數(shù)。

在接收端，比較相鄰符號的相位差，以恢復(fù)原始比特。計算2個相鄰符號的復(fù)數(shù)間的角度差可以得到相位差，計算過程如公式（5）所示。

式中：T為相位差；L為信號長度；C為信號誤差率；l為節(jié)點(diǎn)信號占位。

根據(jù)上述計算結(jié)果，使用鏈路中的編碼器對傳輸中的光纖節(jié)點(diǎn)信號進(jìn)行編號，該過程如公式（6）所示。

式中：B為光纖通信信號編號；χ為信號序列；δ為邏輯系數(shù)。

3 信號長距離傳輸與幅值重構(gòu)

完成上述設(shè)計后，對編碼信號進(jìn)行長距離通信傳輸。通常情況下，編碼后的信號以光脈沖形式在光纖中傳輸，光脈沖的幅值、相位或頻率等特性根據(jù)編碼規(guī)則進(jìn)行調(diào)制，以攜帶信息。

在傳輸過程中，光信號會受衰減和色散的影響。衰減會導(dǎo)致信號強(qiáng)度減弱，色散則會導(dǎo)致不同波長的光信號在光纖中的傳輸速度不同，從而引起信號展寬和畸變。為了補(bǔ)償影響，可以采用光放大器增加信號強(qiáng)度，并使用色散補(bǔ)償技術(shù)降低色散效應(yīng)。光信號衰減補(bǔ)償過程如公式（7）所示。

式中：P為光信號衰減補(bǔ)償；P'為信號強(qiáng)度增強(qiáng)系數(shù)。

色散會導(dǎo)致信號脈沖展寬，色散補(bǔ)償技術(shù)可以減少這種展寬。色散補(bǔ)償后的信號寬度如公式（8）所示。

式中：d為色散補(bǔ)償后的信號寬度；γ為補(bǔ)償系數(shù)；z為信號脈沖展寬。

在接收端，為了補(bǔ)償信道失真，使用均衡器進(jìn)行信號均衡處理。可以根據(jù)信道特性設(shè)計均衡器的傳遞函數(shù)，以恢復(fù)信號的原始波形，對傳輸信號進(jìn)行幅值重構(gòu)。均衡器傳遞函數(shù)如公式（9）所示。

式中：K為均衡器傳遞函數(shù)；R為均衡器的頻率響應(yīng)；η為信道的頻率響應(yīng)。

4 對比試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

為了全面評估本文傳輸方法的可靠性和實(shí)際應(yīng)用效果，本文選取某省級廣播電視臺為測試試點(diǎn)單位。該省級廣播電視臺具有3000名以上員工構(gòu)成的復(fù)雜內(nèi)部組織、覆蓋全省80%以上人口的廣泛傳輸網(wǎng)絡(luò)以及日常處理大量高清/超高清信號的業(yè)務(wù)需求，對高帶寬、低延遲和高穩(wěn)定性傳輸系統(tǒng)有較嚴(yán)格的要求。測試環(huán)境配備了先進(jìn)的光纖傳輸系統(tǒng)、編碼器、解碼器等信號處理設(shè)備和多樣化的接收終端，以保證測試的全面性和代表性。在信號源選擇上，選取包括新聞、電視劇和體育賽事等多種類型的高清/超高清信號，以模擬實(shí)際傳輸中的信號多樣性。選擇這種規(guī)模龐大、業(yè)務(wù)復(fù)雜的單位進(jìn)行測試，不僅能夠真實(shí)反映本文方法在復(fù)雜環(huán)境下的表現(xiàn)，而且能有效降低本文方法直接應(yīng)用于實(shí)際廣播電視信號可能帶來的風(fēng)險與不確定性。

為保證傳輸過程中數(shù)據(jù)的真實(shí)性，本文選取某特定時段的廣播電視信號為測試樣本，見表1。

本文在深入研究中發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)有的廣播電視信號傳輸過程中，噪聲攜帶較高的問題時有發(fā)生，嚴(yán)重影響了信號質(zhì)量和用戶體驗(yàn)。以一次實(shí)際發(fā)生的電視直播事件為例，當(dāng)時電視臺在高峰時段進(jìn)行高清信號傳輸，但是信號傳輸路徑遭遇多個電磁干擾源的嚴(yán)重干擾。該突發(fā)狀況直接導(dǎo)致接收端的信號噪聲水平急劇攀升，原本維持在正常水平的信噪比（約為30dB）驟然降至20dB以下，部分區(qū)域甚至更低。其中，最大的噪聲幅度為-50dBm，遠(yuǎn)超出系統(tǒng)設(shè)計的可接受范圍，導(dǎo)致電視畫面頻繁出現(xiàn)雪花點(diǎn)和閃爍現(xiàn)象，畫面質(zhì)量大幅下降。同時，聲音信號中也明顯夾雜雜音，音質(zhì)模糊不清。這一系列問題嚴(yán)重影響了觀眾的視覺享受和聽覺體驗(yàn)，整體上降低了觀眾的收視滿意度和體驗(yàn)質(zhì)量。

4.2 試驗(yàn)步驟

根據(jù)試驗(yàn)需求，搭建光纖通信平臺。該平臺集成了信號發(fā)生器、信號分析儀、頻譜儀和噪聲測試儀等測量工具，以保證精確檢測信號質(zhì)量。同時，嚴(yán)格遵循規(guī)范，在測試平臺中設(shè)計詳盡的光纖通信技術(shù)參數(shù)，包括光纖類型、衰減系數(shù)、色散系數(shù)、光纖芯徑、包層直徑、光纖數(shù)值孔徑、傳輸設(shè)備類型、傳輸速率、傳輸距離以及接收器靈敏度等多個方面，見表2。

為驗(yàn)證本文方法的有效性，引進(jìn)文獻(xiàn)[1]提出的基于空間音頻技術(shù)的傳輸方法、文獻(xiàn)[2]提出的基于超材料結(jié)構(gòu)的傳輸方法作為對照。

在信號源端統(tǒng)一設(shè)置相同的信號參數(shù)（例如頻率、功率和調(diào)制方式等），按照試驗(yàn)步驟進(jìn)行信號傳輸試驗(yàn)，并記錄傳輸過程中各關(guān)鍵指標(biāo)的變化情況。

4.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

在廣播電視信號的傳輸過程中，信號攜帶的噪聲水平是衡量本文方法可靠性與傳輸效果的關(guān)鍵指標(biāo)之一。噪聲的存在會干擾信號正常傳輸，導(dǎo)致接收端信號質(zhì)量下降，出現(xiàn)圖像模糊、聲音失真等現(xiàn)象。因此，噪聲越小，表名信號在傳輸過程中受到的干擾越少，傳輸效果越佳，能夠更好地保持信號的原始質(zhì)量，提升觀眾的視聽體驗(yàn)。相反，噪聲水平較高，表明傳輸方法在復(fù)雜環(huán)境或長距離傳輸過程中存在不足，需要進(jìn)一步優(yōu)化，以提升傳輸效果和可靠性。試驗(yàn)結(jié)果如圖1～圖3所示。

從圖1可以看出，應(yīng)用本文方法進(jìn)行信號傳輸，信號攜帶的噪聲極低，不會對信號質(zhì)量造成影響。

從圖2可以看出，應(yīng)用文獻(xiàn)[1]方法進(jìn)行信號傳輸，隨著傳輸距離增加，信號攜帶的噪聲越來越多，當(dāng)距離為80km～90km時，噪聲水平極高。

從圖3可以看出，應(yīng)用文獻(xiàn)[2]方法進(jìn)行信號傳輸，信號噪聲水平一直處于持續(xù)狀態(tài)，即信號質(zhì)量一般。

綜合所述，在3種方法中，只有本文方法適用于長距離傳輸場景，并且能夠在整個傳輸過程中保持信號穩(wěn)定，即使傳輸距離增加，信號噪聲也不會顯著增加。

5 結(jié)語

光纖通信技術(shù)的出現(xiàn)，為信號的長距離傳輸提供了新的解決方案。該項(xiàng)技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)信號的穩(wěn)定、高質(zhì)量傳輸，而且能支持高清、超高清甚至更高清晰度的視頻信號傳輸，顯著提升用戶的觀看體驗(yàn)。目前，隨著高清、超高清內(nèi)容需求不斷增長，廣播電視行業(yè)對信號傳輸技術(shù)的要求也越來越高。因此，本文基于光纖通信技術(shù)，進(jìn)行信號壓縮與降噪處理、傳輸信號編碼、信號長距離傳輸與幅值重構(gòu)，以提升廣播電視信號傳輸?shù)恼w質(zhì)量，推動廣播電視行業(yè)的數(shù)字化和智能化發(fā)展，為廣播電視行業(yè)提供更穩(wěn)定、高效且高質(zhì)量的信號傳輸解決方案。

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