广播与电视工程作业指导书

广播与电视工程作业指导书TOC\o"1-2"\h\u10737第1章广播与电视工程基础 4262781.1广播电视发展历程 48541.1.1无线电广播的起源 4185081.1.2电视广播的诞生与发展 4117841.1.3数字广播电视时代 435591.2信号传输与接收原理 4282261.2.1无线电波的传播 4296271.2.2调制与解调 4154541.2.3信号传输与接收 4126051.3广播电视系统概述 562671.3.1广播电视系统的组成 5150061.3.2广播电视信号的类型 541741.3.3广播电视频段划分 520453第2章无线电波传播 5123812.1无线电波传播特性 5198862.1.1电波传播的基本原理 592752.1.2无线电波的传播方式 553822.1.3无线电波的传播速度 595982.2无线电波传播模型 5191972.2.1自由空间传播模型 560182.2.2多径传播模型 6301732.2.3遮挡传播模型 6241252.3无线电波传播的衰落与损耗 6279582.3.1大尺度衰落 6124602.3.2小尺度衰落 6315112.3.3传输损耗 6275502.3.4附加损耗 616422第3章天线技术与设备 6204573.1天线基本原理 6147183.1.1天线的工作机制 6121173.1.2天线的功能参数 7323793.1.3电磁波的传播特性 7260423.2天线类型与设计 7158323.2.1振子天线 7102723.2.2折合天线 7319483.2.3微带天线 7168773.2.4天线设计原则 7286843.3天线馈电与匹配 7226183.3.1天线馈电方式 7178823.3.2天线匹配技术 7201743.3.3天线调谐 812679第4章信号调制与解调 8314384.1模拟信号调制 8194784.1.1调制原理 832284.1.2幅度调制 8150704.1.3频率调制 8311774.1.4相位调制 8216034.2数字信号调制 8248904.2.1数字调制原理 8319254.2.2振幅键控 8236674.2.3频率键控 9322844.2.4相位键控 941354.2.5正交幅度调制 920154.3信号解调与检测 977744.3.1解调原理 931614.3.2幅度解调 9283364.3.3频率解调 9165834.3.4相位解调 995684.3.5信号检测 921614第5章广播电视传输网络 9103405.1有线传输网络 9251025.1.1有线传输网络概述 10188465.1.2有线传输网络的结构与组成 10301335.1.3有线传输网络的优缺点 10101855.2无线传输网络 1047255.2.1无线传输网络概述 1091945.2.2无线传输网络的结构与组成 10160145.2.3无线传输网络的优缺点 10305415.3卫星传输网络 1046065.3.1卫星传输网络概述 1057115.3.2卫星传输网络的结构与组成 11252515.3.3卫星传输网络的优缺点 1111903第6章音频信号处理 11169746.1音频信号基本特性 11171296.1.1频率特性 11262256.1.2幅度特性 11162556.1.3相位特性 1136706.2音频信号的数字化 11258506.2.1采样与量化 11256046.2.2编码与压缩 12145156.3音频信号处理技术 12300026.3.1均衡器 12164436.3.2压限器 1233296.3.3混响器 12201566.3.4滤波器 12154416.3.5数字信号处理（DSP） 126768第7章视频信号处理 1235627.1视频信号基本特性 12170657.1.1亮度与色度分量 1232877.1.2幅频特性 13295037.1.3时域特性 13139827.1.4非线性特性 13308267.2视频信号的数字化 13637.2.1采样 1331037.2.2量化 13208717.2.3编码 13246457.3视频信号处理技术 1390517.3.1图像增强 14101367.3.2图像复原 1482107.3.3图像编码 1476837.3.4图像分析 1418760第8章数字广播电视系统 1416958.1数字广播电视系统概述 14174988.2DVBT数字电视传输系统 14282798.2.1DVBT系统概述 14124718.2.2DVBT系统关键技术 14214738.2.3DVBT系统在我国的应用 15270278.3DRM数字广播传输系统 15133398.3.1DRM系统概述 15220418.3.2DRM系统关键技术 15158888.3.3DRM系统在我国的应用 1525670第9章广播电视覆盖与监测 15193809.1广播电视覆盖规划 15305069.1.1覆盖目标 15182999.1.2覆盖区域 16219149.1.3传输方式 1621629.1.4频率规划 1623039.2广播电视传输覆盖设备 16271529.2.1发射设备 16217339.2.2传输设备 1619819.2.3接收设备 16319709.2.4覆盖设备 16320919.3广播电视监测技术 163619.3.1监测目的 16136349.3.2监测方法 16103329.3.3监测设备 16304799.3.4监测网络 16223009.3.5监测数据分析 1617908第10章广播电视工程实践 171283410.1工程项目实施与管理 172109210.2广播电视设备调试与验收 172212510.3广播电视工程案例分析与实践经验总结 17第1章广播与电视工程基础1.1广播电视发展历程1.1.1无线电广播的起源自19世纪末，马可尼和特斯拉等科学家在无线电通信领域取得突破性进展以来，无线电广播逐渐进入人们的生活。20世纪初，无线电广播开始在世界范围内传播，标志着广播时代的来临。1.1.2电视广播的诞生与发展20世纪20年代，电视广播技术开始萌芽。1936年，英国广播公司（BBC）开始了世界上最早的公共电视广播服务。此后，技术的不断进步，电视广播在全球范围内得到了迅速发展。1.1.3数字广播电视时代进入20世纪90年代，数字技术的不断发展，数字广播电视逐渐取代模拟广播电视。数字广播电视具有更高的传输效率、更优质的音视频质量以及更强的抗干扰能力，为广播与电视工程带来了新的发展机遇。1.2信号传输与接收原理1.2.1无线电波的传播无线电波是广播与电视信号传输的载体。本节介绍无线电波在空间中的传播特性，包括反射、折射、散射等现象，以及地球曲率、大气层对无线电波传播的影响。1.2.2调制与解调为了在无线电波输音频和视频信号，需要对信号进行调制。本节介绍调制的原理及方法，包括幅度调制（AM）、频率调制（FM）等，并阐述解调的过程及其在接收端的作用。1.2.3信号传输与接收本节介绍信号传输与接收的基本原理，包括发射天线、接收天线的工作原理，以及广播电视信号的传输途径和接收方式。1.3广播电视系统概述1.3.1广播电视系统的组成广播电视系统包括节目制作、信号传输、接收与显示等环节。本节介绍这些环节的基本构成和功能，以及各环节之间的相互关系。1.3.2广播电视信号的类型广播电视信号包括模拟信号和数字信号。本节介绍这两种信号的特性、优缺点以及在我国的应用情况。1.3.3广播电视频段划分本节介绍我国广播电视频段的划分，包括广播频段、电视频段、卫星通信频段等，以及各频段的使用规定。通过本章的学习，读者将对广播与电视工程的基础知识有全面的了解，为后续深入学习广播与电视工程相关技术打下坚实基础。第2章无线电波传播2.1无线电波传播特性2.1.1电波传播的基本原理无线电波在空间中的传播遵循麦克斯韦方程组，其传播特性包括波动性、电磁场耦合性以及能量传播的连续性。本节将阐述无线电波传播的基本原理，包括波动方程、辐射与散射等。2.1.2无线电波的传播方式无线电波传播主要分为天波传播、地波传播和空间波传播。本节将对这三种传播方式的特点和适用场景进行分析。2.1.3无线电波的传播速度无线电波在真空中的传播速度为光速，但在不同介质中，传播速度会受到介质参数的影响。本节将讨论无线电波在不同介质中的传播速度及其影响因素。2.2无线电波传播模型2.2.1自由空间传播模型自由空间传播模型描述了无线电波在无阻挡、无衰减的空间中的传播特性。本节将介绍自由空间传播模型的原理及其适用条件。2.2.2多径传播模型在实际应用中，无线电波会遇到建筑物、地形等障碍物，产生多径效应。本节将分析多径传播现象及其对无线电波传播的影响。2.2.3遮挡传播模型无线电波在传播过程中，可能会受到建筑物、植被等遮挡，导致传播损耗。本节将探讨遮挡传播模型及其在工程实践中的应用。2.3无线电波传播的衰落与损耗2.3.1大尺度衰落大尺度衰落是指无线电波在较远距离传播过程中，由于路径损耗、阴影效应等因素导致的信号强度变化。本节将分析大尺度衰落的影响因素及其对无线电波传播的影响。2.3.2小尺度衰落小尺度衰落是指无线电波在短距离内，由于多径效应、散射等因素导致的信号强度快速波动。本节将探讨小尺度衰落的特点及其对无线电波传播的影响。2.3.3传输损耗传输损耗是指无线电波在传播过程中，由于介质吸收、散射、反射等因素导致的能量损耗。本节将分析传输损耗的计算方法及其在工程实践中的应用。2.3.4附加损耗附加损耗是指无线电波在传播过程中，由于设备、连接器等因素导致的额外损耗。本节将讨论附加损耗的来源及其对无线电波传播的影响。第3章天线技术与设备3.1天线基本原理天线是无线电波传输中的组件，它负责在无线电频率范围内有效地发射和接收电磁波。本章首先介绍天线的基本原理，包括天线的工作机制、功能参数及电磁波的传播特性。3.1.1天线的工作机制天线的工作基于电磁感应原理。当导体中的电流变化时，会在其周围产生电磁场。同样，变化的电磁场会在导体中激发电流。天线通过这种相互作用，实现电磁波的发射和接收。3.1.2天线的功能参数天线的功能参数包括增益、效率、阻抗、方向性和带宽等。这些参数决定了天线的发射和接收能力，以及其在无线电波传输系统中的应用范围。3.1.3电磁波的传播特性电磁波在传播过程中受到许多因素的影响，如衰减、散射、反射和折射等。了解这些传播特性对于天线设计和优化具有重要意义。3.2天线类型与设计根据应用场景和需求，天线有多种类型和设计方法。本节介绍几种常见的天线类型及其设计原则。3.2.1振子天线振子天线是一种简单的天线，具有结构简单、成本低廉的优点。它主要包括单极振子、双极振子和笼形振子等类型。3.2.2折合天线折合天线利用导电折合面对电磁波进行反射和聚焦，提高天线的增益和方向性。常见的折合天线有平面折合天线、喇叭天线和反射面天线等。3.2.3微带天线微带天线是一种平面结构的天线，具有体积小、重量轻、易于集成等优点。它广泛应用于卫星通信、移动通信等领域。3.2.4天线设计原则天线设计需要考虑多个因素，如应用场景、工作频率、功能要求等。设计原则包括：选择合适的天线类型、优化天线尺寸和形状、调整馈电方式等。3.3天线馈电与匹配天线馈电与匹配是保证天线高效工作的关键因素。本节介绍天线馈电方式及匹配技术。3.3.1天线馈电方式天线馈电方式包括同轴馈电、波导馈电、微带线馈电等。不同的馈电方式具有不同的特点，适用于不同的应用场景。3.3.2天线匹配技术天线匹配技术旨在使天线在工作频率下的阻抗与馈线系统阻抗相匹配，以提高传输效率和降低反射损耗。常见的天线匹配方法包括：串联、并联、LC匹配网络等。3.3.3天线调谐天线调谐是通过调整天线或馈电系统的参数，使天线在特定频率下的工作功能达到最佳。调谐方法包括机械调谐、电子调谐等。本章对天线技术与设备进行了详细介绍，为后续章节的工程实践提供了理论依据和技术指导。第4章信号调制与解调4.1模拟信号调制4.1.1调制原理模拟信号调制是指将原始信号（如音频、视频信号）转换成适合在传输介质播的过程。调制主要包括幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制（PM）三种基本方式。4.1.2幅度调制幅度调制是改变载波信号的幅度，使其随原始信号变化。主要包括双边带调制（DSB）、单边带调制（SSB）和残留边带调制（VSB）。4.1.3频率调制频率调制是改变载波信号的频率，使其随原始信号变化。频率调制具有较好的抗干扰功能，广泛应用于无线电广播和电视广播。4.1.4相位调制相位调制是改变载波信号的相位，使其随原始信号变化。相位调制在数字通信领域有广泛应用。4.2数字信号调制4.2.1数字调制原理数字信号调制是将数字基带信号转换成适合在传输介质播的过程。数字调制主要包括振幅键控（ASK）、频率键控（FSK）、相位键控（PSK）和正交幅度调制（QAM）。4.2.2振幅键控振幅键控是通过改变载波信号的幅度来实现数字调制。根据幅度变化的不同，可分为非归零振幅键控（NRZ）和归零振幅键控（RZ）。4.2.3频率键控频率键控是通过改变载波信号的频率来实现数字调制。常见的频率键控方式有二进制频率键控（2FSK）和多进制频率键控（MFSK）。4.2.4相位键控相位键控是通过改变载波信号的相位来实现数字调制。相位键控具有较好的抗干扰功能，常见的相位键控方式有二进制相位键控（2PSK）和多进制相位键控（MPSK）。4.2.5正交幅度调制正交幅度调制是将两个正交载波信号进行幅度调制，形成一种复合调制方式。QAM具有高频谱效率和较高的抗干扰功能，广泛应用于数字通信系统。4.3信号解调与检测4.3.1解调原理信号解调是将已调制的信号还原成原始信号的过程。解调方法与调制方式相对应，主要包括幅度解调、频率解调和相位解调。4.3.2幅度解调幅度解调是从幅度调制的信号中恢复出原始信号。常见的幅度解调方法有包络检波和同步检波。4.3.3频率解调频率解调是从频率调制的信号中恢复出原始信号。常见的频率解调方法有频率鉴别器和相位锁定环（PLL）。4.3.4相位解调相位解调是从相位调制的信号中恢复出原始信号。相位解调方法主要包括相位鉴别器和数字信号处理方法。4.3.5信号检测信号检测是指在接收端对接收到的信号进行检测，判断信号的存在和特性。常见的信号检测方法有匹配滤波器、相关检测和最大似然检测等。第5章广播电视传输网络5.1有线传输网络5.1.1有线传输网络概述有线传输网络是指通过电缆、光纤等有线介质进行信号传输的广播电视网络。这类传输网络在我国广播电视领域占据重要地位，具有传输稳定、带宽大、干扰小等特点。5.1.2有线传输网络的结构与组成有线传输网络主要包括以下部分：（1）信号源：包括电视、广播节目的制作、发射和接收设备；（2）传输媒介：包括同轴电缆、光纤等；（3）传输设备：包括放大器、分配器、调制器、解调器等；（4）用户终端：包括电视机、收音机等。5.1.3有线传输网络的优缺点优点：传输稳定、带宽大、干扰小、易于实现双向传输；缺点：建设成本较高、覆盖范围有限、线路维护困难。5.2无线传输网络5.2.1无线传输网络概述无线传输网络是指利用无线电波进行信号传输的广播电视网络。这类传输网络在我国广播电视领域应用广泛，尤其适合地广人稀的地区。5.2.2无线传输网络的结构与组成无线传输网络主要包括以下部分：（1）信号源：包括电视、广播节目的制作、发射和接收设备；（2）传输媒介：无线电波；（3）传输设备：包括发射机、接收机、天线等；（4）用户终端：包括电视机、收音机等。5.2.3无线传输网络的优缺点优点：覆盖范围广、建设成本相对较低、便于快速部署；缺点：易受天气、地形等因素影响、传输稳定性相对较差、带宽有限。5.3卫星传输网络5.3.1卫星传输网络概述卫星传输网络是指利用通信卫星进行信号传输的广播电视网络。这类传输网络在我国广播电视领域具有重要作用，尤其在国际传播和远程覆盖方面。5.3.2卫星传输网络的结构与组成卫星传输网络主要包括以下部分：（1）信号源：包括电视、广播节目的制作、发射和接收设备；（2）传输媒介：通信卫星；（3）传输设备：包括上行发射站、下行接收站、卫星天线等；（4）用户终端：包括卫星电视接收机、收音机等。5.3.3卫星传输网络的优缺点优点：覆盖范围广、传输稳定、带宽大、易于实现多频道传输；缺点：建设成本高、受天气等因素影响、传输延迟较大。第6章音频信号处理6.1音频信号基本特性音频信号是指携带声音信息的电信号，其基本特性包括频率、幅度、相位等。在本节中，我们将重点讨论以下内容：6.1.1频率特性音频信号的频率范围通常在20Hz到20kHz之间，覆盖了人耳能够听到的声音频率范围。音频信号的频率分布决定了声音的音调和音质。6.1.2幅度特性音频信号的幅度反映了声音的强度，通常用分贝（dB）作为单位来表示。音频信号的幅度变化可以表现出声音的响度和动态范围。6.1.3相位特性音频信号的相位特性影响声音的空间感，对于立体声系统来说，相位差异是产生立体声效果的关键。6.2音频信号的数字化为了便于计算机处理和传输，音频信号需要经过数字化处理。本节主要介绍以下内容：6.2.1采样与量化采样是将模拟音频信号在时间上离散化的过程，量化则是将采样后的信号在幅度上离散化。采样率和量化位数决定了音频信号的数字化质量。6.2.2编码与压缩为了提高音频信号在存储和传输过程中的效率，通常需要对数字化后的音频信号进行编码和压缩。常见的音频编码格式有PCM、MP3、AAC等。6.3音频信号处理技术在广播与电视工程中，音频信号处理技术具有重要作用。本节主要讨论以下内容：6.3.1均衡器均衡器是一种用于调整音频信号频率响应的设备，可以改善音质，消除噪声和失真。6.3.2压限器压限器是一种动态范围压缩设备，用于防止音频信号过载和失真，同时提高声音的清晰度和动态范围。6.3.3混响器混响器用于模拟声音在空间中的反射和散射效果，为音频信号添加丰富的空间感和层次感。6.3.4滤波器滤波器是一种用于分离或抑制音频信号特定频率范围的设备，常用于降噪、音调调整等场合。6.3.5数字信号处理（DSP）数字信号处理技术广泛应用于音频信号处理领域，如噪声抑制、回声消除、音效处理等。通过算法优化和硬件实现，可以实现高质量的音频信号处理效果。第7章视频信号处理7.1视频信号基本特性视频信号是指在一定的时间间隔内，连续变化的亮度信息和色彩信息。本节主要介绍视频信号的基本特性，包括亮度和色度分量、幅频特性、时域特性和非线性特性等。7.1.1亮度与色度分量视频信号主要由亮度（Y）和色度（Cb、Cr）分量组成。亮度分量反映图像的明亮程度，色度分量反映图像的色彩信息。在视频信号处理过程中，亮度与色度分量的分离与合成是关键环节。7.1.2幅频特性视频信号的幅频特性描述了信号幅度与频率之间的关系。视频信号在传输和处理过程中，高频分量的衰减较大，导致图像质量下降。因此，在视频信号处理中，需要采取措施改善幅频特性，保证图像质量。7.1.3时域特性视频信号的时域特性描述了信号在时间轴上的变化规律。视频信号的时域特性对于图像的动态范围和细节表现具有重要影响。在视频信号处理中，需要关注信号的时域特性，以保证图像的连续性和稳定性。7.1.4非线性特性视频信号在传输和放大过程中，容易受到非线性失真的影响。非线性特性会导致图像质量下降，因此，在视频信号处理中，需要采用线性化技术来减小非线性失真的影响。7.2视频信号的数字化视频信号的数字化是视频信号处理的基础。本节主要介绍视频信号的数字化过程，包括采样、量化和编码等环节。7.2.1采样视频信号的采样是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程。采样频率决定了数字信号能够表示的频率范围。根据奈奎斯特采样定理，采样频率应大于信号最高频率的两倍。7.2.2量化量化是将连续的模拟信号值映射为离散的数字值的过程。量化精度决定了数字信号的表示能力。量化级数越高，图像质量越好，但同时数据量也越大。7.2.3编码视频信号的编码是将量化后的数字信号转换为便于存储和传输的编码格式。常见的视频编码标准有MPEG、H.264等。编码过程中，压缩技术被广泛应用以减小数据量，降低传输和存储成本。7.3视频信号处理技术视频信号处理技术主要包括图像增强、图像复原、图像编码和图像分析等。以下简要介绍这些技术。7.3.1图像增强图像增强技术旨在改善图像的视觉效果，包括对比度增强、亮度调整、颜色校正等。图像增强方法有空间域增强和频率域增强两种。7.3.2图像复原图像复原技术是对图像退化过程进行逆处理，以恢复原始图像。图像复原方法包括逆滤波、维纳滤波等。7.3.3图像编码图像编码技术是将图像数据压缩成便于传输和存储的格式。图像编码方法包括预测编码、变换编码、熵编码等。7.3.4图像分析图像分析技术是从图像中提取有用信息的过程，包括目标检测、特征提取、图像分类等。图像分析在视频监控、医疗诊断等领域具有重要应用。第8章数字广播电视系统8.1数字广播电视系统概述本章主要介绍数字广播电视系统的基本概念、技术特点及其在我国的发展现状。数字广播电视系统相较于模拟广播电视系统，具有更高的频谱利用率和传输质量，能够满足多频道、高质量、高清晰度的传输需求。数字广播电视系统主要包括数字电视和数字广播两大类。8.2DVBT数字电视传输系统8.2.1DVBT系统概述DVBT（DigitalVideoBroadcasting—Terrestrial）数字电视传输系统是基于地面传输的数字电视广播系统。它采用COFDM（编码正交频分复用）技术，具有较强的抗多径干扰和抗衰落功能，适用于各种复杂传播环境。8.2.2DVBT系统关键技术（1）COFDM调制技术：通过将数据流分成多个子流，分别进行QPSK或16QAM调制，再将这些子流合成一个复合信号进行传输，提高信号的传输功能。（2）前向纠错技术：采用ReedSolomon编码和卷积编码，提高信号的纠错能力，保证传输质量。（3）时域交织技术：将数据在时域上进行交织，降低多径干扰对信号的影响。（4）信道估计与均衡：通过对信道特性的估计和均衡，提高接收信号的误码功能。8.2.3DVBT系统在我国的应用我国已全面推广DVBT数字电视传输系统，各地数字电视地面广播均采用该标准，为广大用户提供高质量、高清晰度的数字电视节目。8.3DRM数字广播传输系统8.3.1DRM系统概述DRM（DigitalRadioMondiale）数字广播传输系统是一种针对中短波频段的数字广播技术。它采用COFDM调制和前向纠错技术，有效克服了传统模拟广播在传输过程中易受干扰、音质不稳定等问题。8.3.2DRM系统关键技术（1）COFDM调制技术：与DVBT系统类似，采用COFDM调制技术提高信号的抗干扰能力。（2）前向纠错技术：采用卷积编码和ReedSolomon编码，提高信号的抗误码功能。（3）时间交织和频率交织：通过时间交织和频率交织技术，降低多径干扰和频率选择性衰落对信号的影响。（4）信号同步技术：采用同步技术，保证接收端正确解调信号。8.3.3DRM系统在我国的应用我国正在逐步推广DRM数字广播传输系统，用于改善中短波广播的传输效果，为广大用户提供更稳定、更清晰的广播节目。同时DRM技术还可应用于应急广播、远程教育等领域，具有广泛的应用前景。第9章广播电视覆盖与监测9.1广播电视覆盖规划本节主要