劉力：高級工程師；畢業于清華大學無線電系，后進入中國科學院自動化研究所工作；曾參加國家重點科技項目的研發，現任北京利國電子公司總經理。聯系作者：liguo@liguo.com.cn
第三部分 數字信號的傳輸問題
一、 電纜傳輸方式
各種信號在電纜中傳輸時，根據該信號在當初設計時的驅動情況，在其對應的標準電纜中本身的驅動能力大致如下:
1、SDI：在1694A(SCFB)電纜中，可傳輸大約300米，該電纜相當于18AWG或RG6/U，對應國內型號是SYV75-5，但75-5電纜指標要差許多，計算距離時要注意。
2、HD-SDI：在上述電纜中可傳輸100米。
3、DVI信號：在24AWG標準下，1,600×1,200×60可傳7米，1,280×1,024可傳10米，1,024×768可傳13-14米，但當線號下降時線徑變細后，距離會縮短，下面會單獨討論。
4、HDMI信號：在24AWG標準下，1080p可傳15米，1080i和720p可傳輸25米左右。
5、DP信號：應該與HDMI信號相同，也可達15米。
以上種種，都是在標準的電纜中的情況，但在實際應用中，我們所能采購到的電纜是非常不同的，尤其是以DVI和HDMI電纜為甚。比如，一些短的電纜如1.5米、2米、5米等，由于是定長的，所以廠家在生產時，就不會使用24AWG的線纜，而可能是28AWG，甚至32AWG的線纜(尤其在MINI HDMI中，這樣可以節省成本)。但對我們的工程應用就要造成很大麻煩。因為我們的信號從源頭開始一直到顯示為止中間要經過許多設備，有許多處要用電纜聯接，原則上講，每一級設備都會對信號進行“再生”不應該影響圖像的質量，但一般的設備對其中的時鐘信號是無法“再生”的，在鎖相過程中“抖動” 會不斷加大。如果在短距離時使用細線，雖然距離短，但時鐘的“抖動”與長距離時差不多，這樣會影響到級聯使用的。因此建議用戶購買時要注意，看其線纜的標準情況，最好還是選用標準電纜，尤其是級數較多時。另外在做接頭時，所采用的工藝不同，對電纜的傳輸特性影響也很大，如壓接工藝指標好一點，但壓接的接頭牢固程度差一點，而焊接的一致性較差。因為我公司有為電纜生產研制的電纜測試設備，在實際使用中，會有大量的焊接接口的錯誤被發現，誤碼率的差別巨大，一般廠家對長線會進行誤碼分析，短線往往不會，因此短線時更要注意，或者準備一套數字診斷包，對所用電纜進行一次測試，你會發現誤碼的差距。而系統中一旦發生誤碼了，就會永遠誤下去，無法再糾正了。
在電纜傳輸時，由于距離的限制，有時需要用電纜驅動器(中繼)進行延長，該類設備在原理上，是先將信號進行預加重，根據要傳輸的距離進行均衡調節，可延長傳輸距離，現在有些成品電纜的電纜頭中加有該設備，但只能是定長的。如果是可外加的驅動設備，往往在實際應用中有缺陷，因為要供電，而在傳輸過程中中途供電可能并不實際，因此應用的好像不多，實際上，如果要進行多次中繼，就不如換其它方式傳了。
二、網線傳輸
除了SDI、HD-SDI外(其本身的驅動能力較強，所能傳輸的距離足夠長了)，DVI和HDMI都存在網線傳輸的問題，DP目前好像還沒有這種應用。這是由于如果采用標準的DVI或HDMI電纜價格較貴，較好的標準線確實要做到30-40元/米，如果要傳20-30米，電纜錢加上驅動器的錢，成本比較高。而網線就非常便宜，因此出現了網線傳輸DVI和HDMI的設備，原則上，好的網線如23-24AWG的網線，可將信號傳輸40米-60米左右，但在實際應用，有許多問題要特別注意。
1、對網線的要求較高
網線的質量對傳輸距離影響很大，有些線能傳40米，有些線傳10米都出問題。由于發送和接收芯片中都含有均衡調節部分，針對不同質量不同長短的網線，均衡調節是很麻煩的事情。因此有時我們建議用戶在采購網線設備時也一起采購指定的網線，如特定的幾種品牌和型號。因為這些線經過測試與匹配，在應用時麻煩也少許多。不建議在市面上隨便買網線用到工程中。
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2、抗干擾能力
由于DVI與HDMI的頻率都在1G左右，而手機等設備的頻率也在此波段，因此除原有電機、熒光燈等干擾外，手機的干擾也很明顯。根據我們的實驗測試，當手機距網線1-2米時就會有干擾，當手機在距設備1-1.5米時，也會有明顯的干擾(手機型號不同，干擾的距離也不同)，這對實際應用影響較大。一般的網線由綜合布線部分完成，一旦出現干擾有時只能換線，很難解決。根據我們的實驗結果，采用屏蔽網線，甚至是雙屏蔽網線，并將屏蔽層直接焊到網線頭上(用金屬頭而不是水晶頭)的金屬上，可有效減少干擾，另外，設備本身的防輻射性能要做考慮，這樣可以有效許多。
三、光纖傳輸
數字光纖傳輸的特點以前的文章中做過許多介紹。光纖應用的特點是：一是光電隔離，不存在許多干擾；二是傳輸距離很長，在多模情況下，應能達到550米，在單模時可達20千米；三是光纖成本很低，拉一條光纜可含很多光纖，易施工。
1、單模(Single-Mode)光纖：光纖口徑很細，在10μm左右，由于口徑很小，因此光線在其中傳輸時所走的路徑基本一致，是按單一模式完成的，因此色散小，可傳輸距離較長，但其安裝配合時耦合很困難，光模塊成本高，光纖本身便宜一點。
多模(Multi-Mode)光纖：口徑較粗，有50和62.5μm兩種。由于口徑大，光纖在其中作全反射時會有許多不同的模式，路徑長短差距大，色散嚴重，(在光纖中，有三種色散模式，即模式色散、材料色散、波導色散，單模光纖中基本不存在模式色散)，傳輸距離近，但光耦合安裝容易，模塊本身便宜，而光纖稍貴一點(相比單模用的材料多)。國內多模一般為62.5μm，用戶在選用設備和光纖時應注意，否則光纖與設備不匹配會影響使用。光纖也有其性能指標，類似“帶寬距離乘積”，表現該光纖在某一頻率時的最遠距離。
2、單纖傳輸與多纖傳輸
SDI與HD-SDI，目前有許多光纖傳輸設備，由于SDI就一路信號，無疑是用單纖傳輸。DVI與HDMI信號，其含有4路通道，因此應占用4條光纖傳輸，由4路光發射器將每路信號分別調制成光信號，各自占用一條光纖傳輸，接收端反之。這樣作非常簡單，但其缺點是要有4對光模塊，且占用4條光纖?？梢栽O法利用一條光纖傳輸，其優點是光纖與光模塊用量少，資源占用少。辦法有二：其一，利用波分復用，光模塊將信號調制到某一頻率的光波上傳輸，如850nm、1310nm、1550nm，如果利用四路不同頻率的光波分別調制四路信號，如分別在1510、1530、1550、1570nm， 在發端利用光學器件(波分復用器)，將四路光合成起來變成一路光信號，收端再利用光器件將四個不同頻率的光信號拆分出來(類似多棱鏡分光的原理)，重新得到四路光信號。這樣做的優點是：只占用一條光纖，在長距離或超長距離傳輸時資源占用少。缺點：首先波分復用器不便宜，其次其熱穩定性與損耗不太理想。第二種方法，利用數字合成法，將四路數字信號合成為一路數字信號，如將1.485G的HDMI信號合成為5.6G的數字信號，再利用一對光模塊和一路光纖完成傳輸。其優點依然是節省了信道資源，但其缺點也很明顯：一是數字合成的芯片很貴(至少目前貴)；二是所能完成的帶寬有限，例如無法將四路1.485G信號合成，只能降低頻率，如無法實現1080p的單纖，只能做到1080i的單纖；三是光模塊的指標要提高，如原可用1.25G的模塊，現在要5.6G模塊，成本也要高許多。
因此在實際使用時，要統籌考慮采用哪種方式，當然以距離為標準的選擇很容易，長度大于500米就選單模的，小于500米可選用多模的，多模雖然光纖稍貴，但設備便宜。如果光纖資源有限，情愿多花錢，多擔風險，那就上單纖，如果資源不緊張，我們建議還是用多纖的合理。 [Page]
3、光纖的要求
光纖有口徑的區別，尤其多模，50和62.5μm的要多加注意，否則在光耦合時損失較大，而且光纖也有性能上的不同，主要指標是色散和衰減，如果在長距離傳輸時，應考慮選用色散和衰減小指標好的光纖。
4、光設備的供電
其實設備供電很簡單，直接上外接電源就可以了，但在DVI輸出信號中包含有電源，因此與之相連發端的設備，如光設備、傳網傳輸設備等，就有可能由DVI口直接取電。按照DVI接口標準，其可供的電流有限，大致55mA，如果外接設備的耗電小于該規定參數，是可以利用其供電的，但個數也不能多，因為牽扯到前端設備的整體供電問題。如用32×32的DVI矩陣，如果所有端口都由DVI口供電，32個外設的電流是很大的，而矩陣本身不可能預留大的電流(否則該設備也太貴了)，因此外設都要求能自行供電。當前的外設包括光設備或網線設備都有自供電的能力，這在工程使用中沒有問題。
5、光的切換、分配、中繼等問題
無源的光分配和切換是可行的，但對光的功率損失也是明確的。如分配，既使我們不考慮分配器的損失，僅將一路光信號分成兩路，光功率就損失一半，因此都是要靠無源光器件完成分配雖然便宜，但不實用，傳輸距離會銳減。因此一般都用電信號的分配，經分配后上光發送。如果距離很近，理論是可以用一套光發設備，將電信號變成光信號后用無源光器件進行分配，這樣可減少光發送器的數量，但距離要計算好，防止光功率不夠。無源光切換很昂貴而且切換規模很小，目前好像只有4切1的器件，也很貴。利用光器件完成切換目前看不合實際，也未見到真正的光切換器，目前的光切換應該稱為光接口的切換器，都是將光信號轉為電信號，在電信號上切換，再轉為光信號輸出。光中繼由光檢測，前置放大，主放大判斷，再生電路與驅動電路組成，完成均衡放大，識別再生和再定時，不是個便宜的東西，所幸我們一般用不上。