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广播电视技术基础知识讲座(一)
作者:张金城 国家广电总局无线局 日期:2010/7/2 16:41:15 人气: 标签:

 

1、广播电视覆盖网

广播电视是通过无线电波、金属导线或光导纤维和人造卫星等媒介向广大地区传送声音和图像节目的大众传播媒体,是党和国家联系群众的最有力、最便捷、最普及的现代化宣传渠道,教育和文化娱乐的工具;是保证国家政令畅通,构建和谐社会的重要信息载体。在今年 5.12 四川汶川大地震的抗灾救援、沟通信息和宣传报道中得到了充分体现。

从技术角度讲,广播电视是研究声、光、电的应用技术,是社会发展、科技进步的结果,它综合运用了现代的电子技术、计算机技术、空间技术和信息传播手段,将构成广播电视节目的声、光的变化转换成相应的电信号,传送给广大听众、观众,并不断发展成为多层次的广播电视覆盖网。广播电视属于高科技、高投入、重装备的行业。

广义的“广播”应是包括声音广播和电视广播的统称。习惯上所称的 “广播”特指声音广播,电视即指电视广播。

1.1 广播电视覆盖网的组成

广播电视覆盖网是一个由多层次(国际的、国内的、中央的、地方的和局域性的)、多环节(新闻采集、节目编辑、节目录制、实况转播、串联播出、节目传送、节目发射、节目分配等)、多形态(无线广播、有线广播、调幅广播、调频广播、立体声广播、图文广播、数据广播、彩色电视、有线电视、卫星电视、移动电视、网络电视、数字电视、多媒体电视等)的广播电视机构组成的,覆盖范围广泛的现代化的信息传播系统。我国拥有一个中央和地方、无线、有线、光缆和卫星以及互联网相结合的多手段和多功能的综合广播电视覆盖网。

衡量广播电视事业发达程度的重要指标之一是广播电视的人口覆盖率。广播电视节目信号通过各种手段能够覆盖到的人口数占总人口数的比例用百分数表示称之为人口覆盖率。影响广播电视人口覆盖率的因素有:技术水平、设备条件、地理环境、政策和资金等。目前,我国的广播和电视的人口综合覆盖率分别达到 95.4 %和96.6 %。

广播的收听率和电视的收视率有别于它们的覆盖率,它是某一个节目的听众、观众占听众、观众总人数的百分比。

1.2 广播电视的技术系统

现代广播电视技术系统由节目采编、制播、节目传输、节目分配、发射和用户接收等基本环节构成,无线电广播信号的基本流程如图 1 所示。为确保安全播出,还需有调度指挥和监测系统的保障和支持。节目采编和制作播出由广播电视中心完成;节目传输包括通信卫星链路、地面微波和电缆链路以及光缆干线网;节目覆盖网则由无线广播电视发射台、有线广播电视分配网和直播卫星担任。

 1.2.1 无线广播电视覆盖网

利用无线电波将广播、电视节目传送给广大用户的方式称为无线广播电视。

无线广播电视覆盖网是指一个利用系统的、分布的多个无线发射台组成统一的集合,共同承担对特定地区的覆盖任务,一般是由星形-树形网构成。为了最经济、有效地取得最好的覆盖效果,避免互相干扰,网内各发射机的设置地点、使用的频率和发射功率均经统一规划确定。

要实现无线广播,首先要利用话筒和摄像机等将声音信息或图像信息转变为电信号。由声音信息转变成的电信号称为音频信号,其频率范围为 16Hz-20kHz 。由活动图像信息转变成的电信号称为视频信号,其频率范围从几 Hz 到几MHz 。其次,要用音频信号或视频信号去调制作为载体的载波信号,才能将调制后的信号送至发射天线,形成无线电波辐射出去,称之为射频。载波的频率必须高于数倍音频或视频的最高频率。

最早用于广播的无线电频段是 526.5-1606.5 kHz ,对应的波长为 570-187m ,称为中波广播波段,中波广播采用调幅制。 150-285 kHz 频段称为长波广播频段,对应的波长为 2000-1O50m 。长波广播也采用调幅制,该频段在我国只用于通信和海岸导航业务,没有开办长波广播。

随着广播服务范围的扩大,特别是对国外及远距离广播的需要,短波广播应运而生,并很快成为各国电台激烈争夺的一块重要阵地。根据国际电联的规定,短波广播使用 2.3-26.1MHz 频带中划分的若干频段,称短波广播频段。其中特为热带地区划出 4 个频段称为中短波广播频段,短波广播也采用调幅制。

工业化的发展和电台的日益增多带来了大量的干扰,使调幅广播的收听质量严重下降。二十世纪 50 年代初期,调频广播以其高抗干扰能力、高信噪比、优美的音质和所需接收场强较低的优越性引起了人们的兴趣。调频广播工作于超短波波段,调频还可实现立体声广播和附加业务的播出。

所谓调制,就是用音频或视频信号去控制载波,使载波的某一参数随着音频或视频信号的变化而变化。声音广播按照调制方式来分,可分为调幅广播和调频广播,它们都属于模拟广播,近年又出现了数字广播。调幅广播是载波的幅度随音频信号幅度的变化而变化,调频广播是载波的频率随音频信号幅度的变化而变化。调幅广播的特点是比较容易实现,占用的频谱较窄,接收机也比较简单,初期的无线广播都是调幅广播。调频广播的最高音频可以达到 15kHz (调幅广播只取 9-10kHz ),所以声音的保真度高,音质好,特别适合于播送音域宽广的音乐节目。在调频接收机里,可以用限幅的办法把传输时由于干扰所引起的寄生调幅消除掉,故调频广播的抗干扰能力强。调频还特别适宜于立体声广播,它可以把原声场中所感受到的空间印象(即立体感)如实地传送给听众,从而进一步增强了广播的感染力。但调频广播占用的频谱较宽,一般需要几百 kHz 。数字广播更具有音质好、多节目、抗干扰和适于移动接收等突出优点。我国已在珠三角和京津冀地区开播了分米波的 DAB 数字音频广播,一个频道可同时播出六套高质量节目和附加数据广播;近几年又在短波频段进行了 DRM 数字调制远距离传输试验,能彻底克服电波衰落的影响,提高音频传输质量(达到准 CD 水平),并大幅度节省发射功率,还能实现与双边带调幅同播,取得了良好效果。

国际上从 20 世纪 30 年代起就开始了利用无线电波传送活动图像的研究, 40 年代前后陆续建立了一些可供实际应用的电视台。无线电视广播采用 48.5-798 MHz 的超短波米波波段和微波分米波波段。其调制方式、彩色制式和频道划分各国有所不同,我国规定为 PAL-D 制,即图像为调幅、伴音为调频、彩色为逐行倒相制。

电视广播的图像信号和伴音信号通常采用不同的调制方式,这是因为它们的频带宽度不同。图像信号的带宽达数 MHz (中国规定为 6MHz ),为了不使调制后的信号频带过宽,图像信号采用了残留边带调幅方式,即将调幅得到的双边带信号中的下边带的大部分用滤波器滤除以减少带宽。伴音信号的带宽只有十几 kHz ,故可采用调频方式,以提高音质和抗干扰能力(频谱如图 2 )。经调制后分别带有视频和音频信号的载波合并送往天线发射出去。为了在同一通道中同时传送图像和伴音信号而不互相干扰,调频伴音信号和调幅图像信号采用不同的载波频率。中国规定,伴音载频比图像载频高 6.5MHz,每一个电视频道则占用8MHz 射频带宽。

1.2.2 我国的无线广播电视覆盖网

1923 年,上海出现了由美国人建立的国内第一个广播电台; 1926 年,由刘瀚先生主持建立的哈尔滨无线广播电台开始播音,揭开了我国开办广播电台的序幕; 1928 年,南京的国民党中央广播电台开始播音,这是国内第一家官方电台。

 1940 年 12 月 30 日,中共中央创办的延安新华广播电台开始播音,标志着中国人民广播事业诞生;到 1945 年,在解放区相继办起了一批人民广播电台; 1949 年北平解放,陕北新华广播电台迁至北平播音,成为中央人民广播电台的前身。

当年的这些电台都是孤立的中波调幅广播台,设备简陋,功率只有几十 W 至一、二百 W ,覆盖范围局限于少数大、中城市。据统计, 1949 年全国解放前夕仅有广播电台 49 座,总功率约 138k W(中央台 78 k W,地方台 48 座,总计 60 kW)。

全国解放后,国家首先对集中在各直辖市和省会城市的旧电台进行整顿改造,有的还增大了发射功率,全部纳入国家事业管理。 50 年代初,发展广播事业被列入国民经济五年计划,按照‘先中央、后地方,先对外、后对内’的方针新建了一批 10 到 100kw 等级的中、短波广播发射台和发射中心,形成了全国的无线广播覆盖网的雏形和最初的对外广播主力,对迅速扩大对国、内外广播起到了决定性作用。截止到 1956 年底,全国广播电台的发射总功率比 1952 年增加了 4 倍,中央台的发射总功率增加了5.66 倍,达到 1935kW。到 1961 年全国广播电台的发射总功率又增加了 1.32 倍,达到 8681 kW。

为适应当时的广播发射和接收设备与社会条件, 1951 年起在全国工矿企业中普遍建立了广播收音网, 1955 年起又在边远省份、少数民族地区和农、牧、渔业生产合作社建立了广播收音站,集体收听模式构成了广播覆盖网的重要组成部分。

当时,广大听众使用的收听设备多为 2 至 5 只电子管的再生式或超外差式收音机(大部分是国产,也有少量从前苏联和东欧进口的),分交流市电供电和电池供电,有些农村地区还大量使用着原始的矿石收音机,集体收听则依靠电子管式扩音机。

在国家经济恢复时期,中央台的单机发射功率达到 100 kW,许多省电台的发射功率从 1 kW扩大为 10 到 20kW。随着形势发展的需要和电台建设规模的不断扩大,工程周期与建设投资和维护成本的矛盾显得日益突出。上个世纪 50 年代后期,自动屏极调制技术和蒸发冷却技术的研究成功和推广应用推动了广播事业的决速发展,各台又普遍利用这一技术改造设备,扩大功率至150kW,初步形成以中央台为主的全国中波广播覆盖网。

据统计,到 1965 年底,我国的中波广播网已具规模,对内广播电台有 87 座,总功率达 6700多kW。但由于盲目增大功率,不能有效控制服务区,天波衰落造成的良好覆盖范围的缩小等弊端日益明显,使各省的广播超出了本省范围,而削弱了省内覆盖,形成‘不务正业’互相干扰的局面,影响了覆盖效果的进一步改善。 60 年代中期以后,由于电台增多、功率扩大,原来投资经济、建设快速的以天波服务为主的技术政策的优越性已不复存在,势必进行调整。 1969 年开始的中波同步广播发射技术的研究,在 70 年代得到广泛推广应用, 1976 年山东首先在全省成功进行了同步广播试验, 1978 年基本建成了全国性的中波同步广播网。这一技术的应用提高了广播频谱利用率,缓解了电台拥挤和互相干扰的矛盾,扩大了有效覆盖面。同步广播是指处在异地播出同一个节目的两部以上发射机工作于严格保持一致的同一频率,共同覆盖一定的区域。为消除互相干扰,要求各机间的频率偏差必须小于0.l5Hz ,并保持 5×10-8/日的高稳定度。 90 年代以来,同步广播技术又扩展到调频广播,我国在这一领域取得了具有国际先进水平的成果。 1973 年开始,我国广播覆盖的技术政策改为“中波广播采取大、中、小功率相结合,以中、小功率为主,地波覆盖、同步广播”。这时期,地、县级建设了大批 10-50 kW的中波台,省级台广泛采用了 50-200 kW等级的发射功率,中央一大批平战结合的 50 kW短波机也相继投产,显着扩大了对内广播覆盖。

1983 年,第 11 次全国广播电视工作会议确定了“四级办广播、四级办电视、四级混合覆盖”的技术政策,大大推动了广播电视覆盖网的发展进程。到 1987 年,全国广播电台增加了 2.3 倍;电视台增加了 6.8 倍;广播、电视和调频发射台、转播台分别增加了 0.62 、 2.1 和 2.2 倍。收音机和电视机的社会拥有量分别达到 3.3 亿台和 1.16 亿台。广播和电视的人口覆盖率提高到 70.5 %和 73%。

我国的短波广播覆盖网以中央台为主,一些少数民族聚居的省、区也办有短波广播。服务对象主要是广大农村、草原牧区、边远山区和沿海渔区岛屿,并兼顾节目传送。对外广播则以短波覆盖为主,近年的西新工程对中央直属发射台进行了大规模技术改造,总发射功率翻了一番。我国的短波广播在世界上已名列前茅。

 60 年代初期,为解决短波广播频谱紧张、干扰严重和选择性衰落失真等缺陷,国际上展开了单边带( SSB )广播技术的探讨。单边带技术从 40 年代起就应用于(有线和无线)通信领域。如果分别用两个不同的音频信号对上、下边带进行调制,并滤除载波,则构成独立边带( ISB )发射机,可同时传送两套不同的广播节目。应用单边带技术可在节约频谱,改善广播质量的同时提高效率。六、七十年代,我国曾紧密跟踪研究,生产了单边带发射机和接收机,进行了单边带广播和节目传送试验,并且于 1980 年参与了国际电信联盟( ITU ) 组织的单边带广播试验,取得了第一手资料。遗憾的是由于设备某些关键部件(如晶体滤波器、自动频率跟踪系统)存在技术问题一直未能正式应用。为制定短波广播频率规划,国际电联于 80 年代多次开会,研究推广应用单边带技术, 1987 年世界无线电行政大会( WARC-87 )决定从 1991 年起短波广播要逐步过渡到单边带制, 2015 年底停止双边带声音广播。鉴于近十多年数字技术在广播传输中的发展应用,这一措施已不再是解决问题的最好出路了。

基于电波的传播特性,我国的对外广播与其他国家,包括发达国家的对外广播一样,长期以来面临着一个如何解决远距离收听效果问题。特别是在各国大功率发射机急剧增加,频谱非常拥挤,竞争异常激烈的今天,实践已经证明,任何一个国家都不可能通过本土的发射台,直接、有效地覆盖远距离的服务区,取得令人满意的收听效果。 1985 年开始,我们不失时机地与一些国家的电台探讨、谈判互转对外广播节目和租用发射机转播我对外广播节目问题。 20 年来,已取得了突破性的进展,中国国际广播电台成为互转合作对象最多的电台,在国际广播界产生很大反响,给予了高度评价。我们已先后同瑞士、西班牙、法国、加拿大和俄罗斯开展了互转合作,同马里、巴西、古巴和阿尔巴尼亚进行租机合作,扩大了我对外广播覆盖网,使我国对北美、拉美、欧洲和非洲等远距离广播效果有了明显改善。目前,我国已采用租机和互转等方式在国外建立了 11 个中、短波广播转播台,使用 14 部发射机,总功率达 4650kW。此外,我国国际台( CRI )的调频广播还通过卫星传送,在欧美一些国家的大城市落地,构成了对外无线广播覆盖网的一部分。

1965 年起,为适应国内和国际形势的需要,掀起了以“山(进山)、散(分散)、隐(隐蔽)” 为指导思想的大规模战备工程建设。这些工程包括广播和电视节目制作中心、节目传输系统和中、短波以及电视发射台,在非常时期可保证中央的主要广播电视节目覆盖国内、外重点地区,平时不能播出。 70 年代改为平战结合电台,因设备和传播条件所限,覆盖效果很差。 80 年代以后又陆续进行改造,将设备移到坑道外边,加入了广播覆盖网。 1968 年开始建设三个 1000 kW到 2000 kW的超大功率的电台( 6895 工程),限于技术水平,也只能开出 60 %的功率。

 60 年代初期,国内开始试验调频( FM )广播。 1968 年的“820” 工程利用高山台开辟了从北京至东北、华东、中南和西北等方向的调频接力电路,用于节目传送并兼顾广播覆盖。 70 年代后,有 24 个省、区相继建起了省、区内的调频广播传输网,明显改善了中央台和部分省台主要节目的传输质量。 1974 年,中央台的调频广播正式开播,节目内容和质量博得广大听众的欢迎。工业部门也生产了大批量、多品种的调制式和差转式调频广播发射机以及供市、县及公社级广播站转播用和供听众直接收听的调频接收机,调频广播得到迅速发展。

 1958 年,我国第一座无线电视台在北京广播大楼开始播出黑白电视节目(见图 3 )。发射功率约1kW,天线高度约 80m 。 1968 年迁入月坛,发射塔高 184m ,功率扩大为 7.5kW,除覆盖北京地区外还可供周边省份高山台收转。 1973 年与上海、天津先后开始播出彩色电视节目。 1993 年, 405m 高的中央广播电视塔落成投产,发射机功率提高到 30kW,天线高度 275-378m ,覆盖半径达到100km 左右。此间,各省、自治区、市也相继开办了无线地面电视,功率不等,发射台选址多因地制宜与调频台、微波站合并建在城市中高大建筑或高山上。早期普遍采用 60m 以下的自立式钢塔,覆盖范围约几十 km 。 80 年代以后,各地陆续建设了一批广播电视专用或与旅游观光共用的综合塔,高度在2OOm 上下的多为钢结构, 250m 以上的多为钢筋混凝土结构。

地面电视播出初期,各台都只能各自为战,覆盖其周围地区。 1965 年,首次在北京和天津之间试用微波通信电路传送一路黑白电视节目。 1975 年起租用邮电微波干线向各地方台传送中央电视台的节目。 1978 年以后,除新疆、西藏和海南等一些边远地区仍依靠逐日航寄录像带与中央电视台实现电视节目交换和转播外,各省、自治区与北京之间陆续实现了利用邮电微波干线传送电视新闻节目。 1984 年 4 月,我国第一颗实用静止通信卫星‘东方红二号’定点发射成功。通过它由北京向乌鲁木齐和拉萨试验传送了中央台的模拟电视信号和广播节目信号,随后投入试运行。到 1999 年 10 月,全国 31 个省、市、自治区的广播电视节目全部实现了卫星传送,加之各省、区间已经建成的微波网的联通,构成了全国范围的广播电视无线传输覆盖网。

进入新世纪,又实施了‘广播电视村村通’工程,为广大农村地区提供了最好的接收条件,实现了“无线与有线结合,星网结合,多层次混合覆盖”,进一步提高了广播电视的人口覆盖率。

截至 2004 年,全国已有中、短波广播发射台 700 多座、调频广播发射台和转播台 17000 多座、电视发射台和转播台 48000 多座、卫星广播电视接收站 88 万座。广播和电视的综合覆盖率分别达到了 94.05 %和 95.29 %。据不完全统计,目前全国广播电视发射台超过七万多座,拥有中波发射机两千多部、短波发射机三百多部、调频发射机两万多部、电视发射机四万多部。 2007 年底,广播和电视的综合覆盖率分别达到了 95.4 %和 96.6%。

(未完待续)

 

                                     稿件来源:广播电视信息2008.6期

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