無線發射臺站遠場監測系統設計與實現

李玉貴

（廣西廣播電視無線傳播樞紐臺）

一、引言

現階段大部分無線發射臺站均實現了臺內自動化和遠程監控，極大的增強了臺站的安播效果；但臺內播出信號質量的監測一般仍采用近場監測方式，即主要依靠近場發射機功率采集、調諧接收音視頻監測。然而，因臺站發射功率較大，近場電磁環境混亂，串擾嚴重，反而容易造成接收效果出現波動，不能完全真實反應出臺站的發射效果，導致誤告警較多，一直以來都是是臺站維護人員和值班平臺監控的痛點。因此建立起能精確反映播出效果的遠場監測系統顯得尤為必要。

二、設計目標

本系統主要是從模擬實際用戶開路接收的角度，在離發射臺站距離較遠，但又在場強覆蓋范圍內的遠場設立監測點，實現對臺站發射的模擬廣播、數字電視信號質量監測，系統主要具備對模擬廣播無音頻、噪聲、平均調制度過低過高、場強和數字電視信號強度、誤碼率、MER、多徑時延等技術指標的偵測告警，告警信息實時回傳至中心服務器，并推送至監控平臺值班網頁客戶端，除常規的硬性指標外，系統還能對信號解調出音視頻，存儲至本地硬盤用于查詢和回傳至總監控平臺監聽監看，最大限度的還原了現實中用戶的接收體驗，真實反映出臺站實際播出效果。

三、總體架構

無線發射臺站遠場監測系統的總體架構如圖1所示，整個系統主要由兩大部分組成：

一是前端監測點，主要分布在發射臺周圍負責收集遠場信號數據，一般選在具備區網絡公司光纖鏈路覆蓋條件的地點，如各地市分中心辦公樓、中波臺站、縣級網絡公司機房等，這些地點一般都處于發射臺站覆蓋范圍內且群眾居住較為密集的區域，符合遠場監測的初衷與要求，同時能直接利用網絡公司SDH網絡回傳數據，避免使用移動運營商信號，穩定性、安全性、可靠性、經濟性都能夠得到保障，同時降低了整套系統使用VPN等技術導致的復雜度。遠場監測點的主要設計流程是天線接收開路信號，連接至廣播調諧器或DTMB覆蓋監測接收機分析信號指標和解調音視頻，音視頻數據則接入硬盤錄像機進行存儲或回傳，華為路由交換一體機負責保障監測點所有網絡設備數據交互和通過SDH網絡回傳數據。

二是監控中心端，負責對全區各監測點大量遠場回傳數據進行邏輯分析、入庫存儲、分發至監控端等等，主要設計流程為防火墻對非法數據進行過濾，篩選后的數據進入服務器，由服務器內運行的數據采集程序進行數據分析存儲，最后推送至監控平臺電腦網頁客戶端。

圖1 遠場監測系統架構

四、核心硬件實現

監測系統數據的穩定性和準確性是整個遠場監測系統起到安全播出保障作用的關鍵，因此作為收集監測數據的前端設備是整套系統的核心硬件，主要由以下幾方面組成：

（一）接收天線

因單個監測點需要監測多套節目，一副天線需要為多個接收頭提供射頻信號，為保證接收效果的穩定性，根據監測信號類型的不同，本系統采用的是具備較高增益的5單元八木天線（調頻）、9單元UHF定向天線（DTMB）、德生環形天線（中波），同時天線安裝過程中，通過調節天線的方向、極化、耦合電容等保證信號強度滿足接收要求。

（二）廣播調諧器

廣播調諧器主要功能是將空中射頻信號解調出音頻供監聽，并負責對調頻、中波信號質量進行檢測，必須能夠長時間穩定運行，且可同時接收與解調多路廣播信號，所以本系統采用了以stm32f103作為主控芯片，Silicon Labs公司的SI4754為解調芯片的6路廣播調諧器作為廣播信號質量監測設備，SI4754屬于車規級芯片，可以接收全球頻段的調頻、調幅、短波廣播，采用低中頻架構，是業界集成度最高的收音調諧器芯片，在單一COMS IC中包含了完整的從天線輸入到音頻輸出的收音機調諧器解決方案，外圍原件極少，所以射頻傳輸路徑更短，靈敏度更高，芯片同時具有抗多徑干擾，鏡像抑制，電磁噪聲抑制等功能，能實現對場強（RSSI）、信噪比（SNR）等技術指標的監測，同時通過AD轉換技術，依托STM32強大的運算能力，調諧器還能檢測解調聲音屬于靜音、噪聲亦或是調制度過高過低等參數。此外調諧器還具備GPS/北斗雙模定位功能，能精確知道監測點與發射臺站之間的距離，為信號覆蓋范圍測算提供參考依據。

（三）DTMB覆蓋監測接收機

負責接收解調DTMB地面數字電視信號，主要采用了高性能的stm32f429作為接收機的主控芯片，解碼則采用了上海高清的HD2311解調芯片，該芯片完全符合GB20600-2006地面數字電視國標，具有優異的抗多徑、同頻干擾抑制和優良的抗噪聲性能，支持高清移動接收和復雜環境下的可靠接收，能對數字電視頻點的信號強度、誤碼率、MER、多徑時延等技術指標實時監測，接收機同時也具備GPS/北斗雙模定位功能，能精確知道監測點與發射臺站之間的距離，為信號覆蓋范圍測算提供參考數據。

（四）網絡硬盤錄像機

主要解決廣播調諧器與DTMB接收機解調出的模擬音視頻回傳和存儲問題，本系統選用了市場上較為成熟的海康威視DVR作為網絡硬盤錄像機，其采用了先進的H.264視頻編碼技術，使得同等清晰度下視頻文件體積更小，硬盤存儲錄像時間更長，另外通過視頻錄像回放功能，監測系統能精確查詢查詢某一時間段音視頻播出質量。此外，該設備官網公開提供的SDK二次開發包和瀏覽器播放插件，讓遠場監測系統中開發的網頁調用音視頻數據變得相對容易。

五、監控平臺軟件實現

在監控平臺軟件方面，系統采用的是B/S架構，舊監控系統常常使用C/S架構，因為C/S架構一般面向相對固定的用戶群體, 具有信息安全控制能力強，操作延時小等優點。但隨著近幾年設備計算能力大幅度提升與軟件技術的發展，B/S架構監控平臺逐漸變得流行，其維護管理成本低、多終端使用便利是其明顯優點，因此B/S架構成為目前設計首選，整個系統軟件主要劃分為兩個部分：

（一）采集服務軟件實現

采集服務軟件是整套系統中最基礎的部分，它部署在監控平臺端的服務器內，負責收集處理全區各監測點回傳的遠場數據，其主要基本思路為：先采用分布式接收數據的方式將設備數據匯總，在使用多服務器并行方式處理數據，采集服務軟件的設計如圖2所示，分為三層架構，最底層為基礎框架層，主要負責解決系統的控制、執行，并解決高性能高可靠問題，第二層為服務層，包含數據解析、發送、前置邏輯分析等，第三層為業務適配層，主要負責設備性能數據采集、告警數據采集、監測點數據緩存等。

圖2 采集服務軟件架構

（二）監測界面實現

遠場監測系統前臺顯示則主要采用ember.js框架設計，具備組件化開發環境，具有高復用性，而且可以與后臺采集服務程序獨立部署，前后端分離，互不影響，提高開發效率，而且ember框架的應用使得單頁面數據實時刷新效率明顯優于其他框架，對于實時性要求較高的監測系統尤為必要，調頻廣播遠場監測系統顯示界面如圖3所示。

六、結語

遠場監測系統與真實用戶接收效果相似，對于發射系統鏈路中任一環節出現的故障，都能夠準確的反映在遠場監測系統的告警上；因此，本系統一定程度上能夠改善近場監測系統的誤告警，為發射臺站安全播出提供有力保障。

圖3 調頻遠場監測系統界面