◎ 科技日报实习记者 代小佩
2020年即将结束，和它一起离我们远去的，还有陪伴几代中国人成长的模拟电视。
11月30日晚上11时59分，香港终止模拟电视广播，并于12月1日正式进入全面数码电视广播时代。而根据今年7月国家广播电视总局下发的《关于按规划关停地面模拟电视有关工作安排的通知》，全国各地的中央台节目地面模拟电视信号于8月31日前，地方节目的地面模拟电视信号于12月31日前完成关停，特殊情况最迟于2021年3月31日前完成关停。
从模拟到数字，是电视技术的一次关键升级，在我们迈入全面数字电视之际，模拟电视也要永远退出历史舞台。数字电视与模拟电视相比有哪些优势？模拟电视全面退场后，空余的频谱信号又将发挥出怎样的价值？
数字编码带来更高传输效率
据了解，模拟信号是指用连续变化的物理量所表达的信息，其信号的幅度、频率或相位会随时间出现连续变化。例如温度、湿度、电流、电压等，这些物理量在一定的时间范围内可以有无限多个不同的取值，它们都可以用模拟信号来表示。模拟信号传输过程中，需要先把信息信号转换成几乎“一模一样”的波动电信号（因此称为模拟信号），再通过有线或无线的方式传输出去，电信号被接收后，通过接收设备即可还原成信息信号。
模拟信号的广泛应用始于20世纪初期，在当时的电话系统中，声音信号被转化为电信号，然后沿着导线传送出去，被位于另一端的接收设备侦测解析。在这个过程中，传送的距离越远，电信号就变得越弱，加上线路中的噪音干扰，会让通话质量大幅下降。
为了解决这个问题，信息论的创始人克劳德·艾尔伍德·香农提出了一个方案：将语言转化为简单代码，检测音频信号之后进行采样，将每个采样点的波动频率数值转化为由0和1组成的编码，形成一长串编码后，再沿着线路传递。通过这种编码方法，接收端可以重构原始音频信号。这就是数字信号的雏形。后来，除了声音之外，文本和图像也可以被编码为0和1进行传输。
那么模拟电视信号跟数字电视信号又有什么区别呢？
“模拟电视信号主要由图像信号和伴音信号组成，通过调幅和调频方式调制在射频载波上，接收机分离接收信号后，分别将图像信号和伴音信号放大，最后通过显像管和扬声器解码转换，呈现出我们所看到的电视节目。”上海交通大学图像通信与网络工程研究所副所长宋利告诉科技日报记者。
而数字电视信号则是从信源开始，将图像画面的每一个像素、伴音的每一个音节都通过二进制数进行编码，经过信源压缩编码和信道编码后，以比特率的形式进行发射、传输，接收端解码后便可复原图像和声音。
“本质上，在有限带宽下，数字信号能够比模拟信号传输更多的信息。传输效率和频谱利用率更高。传输的信息多了，电视的声音和画面质量自然就更好。”宋利举例说，1个8MHz带宽的地面模拟电视频道只能传输1套节目，而地面数字电视采用数字压缩技术，在同样8MHz带宽下可以传输多套广播电视节目。
视觉中国供图。
模拟电视屏幕上的“雪花”是很多人的记忆，其实这些“雪花”的学名叫“噪点”。当电视机的天线在接收信号时，会意外拾取外界的电子噪声和辐射电磁噪声，在屏幕上显示为流动的随机像素点，同时伴随着刺耳的噪声。地面数字电视则不会出现模拟电视中常见的“雪花”现象，因为它的编码传输方式更可靠，抗干扰能力强，接收灵敏度更高，因而能够提供更高清晰度的电视节目。
全面数字化还面临双重制约
从模拟电视切换到数字电视，不只是新旧技术的更迭，更是数字化浪潮下的一种必然。早在1999年我国建国50周年的大阅兵仪式上，现场直播就使用了全高清数字电视。“数字电视的相关技术出现较早，但模拟电视的淘汰和数字电视的规模化、商业化应用是一个缓慢过程。”宋利说。
由于各国地理环境差异较大，加上传输中存在信号遮蔽效应以及移动接收等考验，地面数字电视在标准制定和选取时必须考虑现实状况。所以，自然环境与技术的双重制约在一定程度上延缓了大多数国家地面数字电视信号传输的推进。
据了解，数字电视信号的传输方式主要分为有线传输、地面传输和卫星传输3种。宋利解释说：“对于数字电视信号来说，有线传输方式的衰减率相对较低，而地面信号传输或卫星信号传输到达室内后，会存在一定的穿透损失，导致信号严重衰减。而且在移动场景下，多普勒效应也会导致信号衰减。”
宋利认为，随着4K/8K高清电视成为主流趋势，传输数字电视信号需要更高带宽，所以必须拓宽频谱资源，解决有限带宽下传输效率不足的问题。“例如发展NOMA技术（非正交多址接入技术）、太赫兹传输技术、空天地一体化等更先进的传输技术，同时要研发更先进的电子元器件以形成新的解决方案。”宋利说。
优化数字电视体验，要做的还有很多。“比如，让更多城市建筑采用公用天线，从而有效解决固定电视接收的穿透损失问题；融合地面广电信号传输和移动通信两张网络，从而实现在地面广电传输丢包（数据包传输过程中出现丢失）时通过移动通信网络为其补包，而广电网络凭借其天然的共性效率，可以为移动通信网络分担流量，提升数字电视网络内在价值。”宋利说，“无感补包能更好地提升数字电视在移动场景下的体验，而通过移动网络的个性化交互可以激发地面数字电视的活力。”
广电与通信深度融合成为趋势
在今年上半年，工业与信息化部印发了《关于调整700MHz频段频率使用规划的通知》，指出“将700MHz频段规划用于移动通信系统，为5G发展提供宝贵的低频段频谱资源，可推动5G高、中、低频段协同发展”。
视觉中国供图。
据了解，腾挪出来的这部分频谱资源属于低频段，非常优质。“这段频谱的传输和接收器件制作较容易且成本低，可以给移动通信系统带来更为丰富的传输资源。反观之，使用超高带宽（比如太赫兹，毫米波）时，相关器件、材料的制作难度和成本较高。”宋利表示。
在12月7日举行的700MHz技术与产业应用研讨会上，中国广播电视网络有限公司副总经理曾庆军表示，中国广电如何与传统三大运营商避免同质化竞争，形成差异化发展，是一个重大课题，中国广电找到的突破点是5G NR广播。
据了解，5G NR是基于数字多载波调制方法的全新空口设计的全球性5G标准，也是下一代非常重要的蜂窝移动技术基础。5G NR广播不改变5G的传输层、物理层现有的体系，利用5G现有的NR信道进行5G网络部署，是5G技术与广电业务的结合，可以实现5G广播与5G通信网络一体化。相比传统广播技术，其功能更全面，适配的应用场景也更广。
据悉，今年10月，中国广电已经联合华为等厂商成功进行了5G NR广播实验。
“利用广播电视发射塔和移动基站，即利用5G调制和信道方式以及5G组波和单波的模块播出数字电视。对整个广电行业来说，是一个重要的发展技术选择。”曾庆军说，该项技术成熟后，未来无论哪家运营商的5G终端都可以免费接收广播电视节目。
来源：科技日报
编辑：宋慈（实习）
审核：朱丽
终审：冷文生
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