廣播電視無線發射機房監控系統

張志杰

（廣東省廣播電視技術中心，廣州 510220）

1 研究背景

現階段廣播電視無線發射臺站的主要播出設備，已逐步由模擬發射設備更換為數字發射設備播出，發射臺兼備數字、模擬播出設備的播出運行，為實現發射機房實時工作參數監測，具備定時開、關發射機，發射機自動倒換等功能，發射監控系統需嵌入硬件管理平臺，具備有網絡接口、RS232/422/485等專用數據采集通道，內置網絡通信模塊，在監測到運行參數異常時，自動處理故障的同時發出聲、光報警等功能，并通將報警信息發送給相關值班人員，便于突發情況的即時處理。實現對發射臺全方位的監測控制，通過監控系統平臺集中管理，對發射機的全面監控，實現智能、安全、可靠的播出，并可提供大量事后分析數據，為機房管理提供有力的支持。

2 監控系統架構

為實現發射臺設備及信息的智能化管理，監管系統應包含以下各子系統：智能應急切換系統；多畫面信號源節目與實時播出節目監測系統；發射機監測系統；電力環境及安防監測系統；監控數據存儲系統。為滿足不同發射臺多類型發射設備需求，監控系統需兼容模擬視音頻信號、音頻單聲道/立體聲信號、數字視頻電視信號、數字音頻廣播信號、數字碼流ASI 信號、數字音頻AES 信號、SDI 和HD-SDI 信號，支持國家最新雙國標AVS+/DRA 標準。如圖1所示。

圖1 整體系統結構及信號拓撲圖

監控系統采用B/S 和C/S 混合架構，在邏輯結構上分別由錄制模塊、系統管理模塊、查詢模塊、轉碼模塊、數據庫和存儲模塊承擔系統核心數據交換，保障高效穩定的安全播出（包括信源前端系統、多畫面監測系統、發射機監測系統、電力環境及安防監測系統）提供數據。同時系統通過統一監管平臺整合上述各子系統成為一個整體，并可通過平臺客戶端或瀏覽器方式進行遠程維護、數據查詢、及分析等操作。

全臺監控系統基于以太網架構，所有來源信號包括AVS+、DRA 信號、模擬視音頻、音頻、數字電視信號全部通過相應的監測設備轉為以太網IP 信號，當監測任務增加時，無需重新構建新系統，只需增加相應的監測設備，即可實現系統的擴容。

系統全部采用千兆交換機，保證未來監控任務增加，網點增加和網絡規模擴大時，滿足網絡帶寬和通信容量等方面的需求，具備整體升級擴展能力。系統采用全硬件嵌入式監測設備，支持熱插拔，自帶溫度傳感器可監測機箱及設備工作溫度，考慮電視調頻無線發射臺多位處高山地區，受雷擊影響頻繁，設備配置防雷抗干擾措施，達到無人值守的情況下保證長時間安全穩定運行的要求。避免了因軟件故障判定而導致的錯誤操作，保證節目安全播出不中斷、避免誤播、劣播，設備維護運營成本更遠低于軟件。

考慮到系統的可擴展性，ASI over IP 信號監測儀支持8 路TS 流輸入，可擴展至16個ASI 碼流輸入，除了配備的一個千兆網口輸出外，并有一個備份千兆網口；DTMB 信號監測設備和CDR 信號監測設備均預留備份信號接口用于并行監測。通過用戶權限設置，監看系統根據用戶權限提供遠程信源查看或控制工作，避免越權操作。

發射機數據采集器采用“分布式”的集散控制結構（DCS），其核心思想是集中管理、分散控制，即管理與控制相分離。上機位用于集中監視管理，下機位分散下放到現場，上、下機位之間以高速通訊總線互相連接傳遞信息。每個采集器可脫離獨立工作，不影響節目的安全播出；同時兼容性高，能對RS232/485/422、或Ethernet 接口等進行數據采集，兼容國內外各主流發射機協議，系統預留對外接口，可按實際需求滿足與上層監測中心的無縫對接。這種分布式的控制系統體系有力的克服了直接控制系統對控制器處理能力和可靠性要求高的缺陷，最大限度地回避了系統風險，并擺脫了計算機為主導的控制模式。

為了保證系統時間的一致性，系統采用統一的GPS 時鐘，GPS 時鐘數據通接入整個以太網絡，系統會定期自動對具有實時時鐘的監控主機、發射機狀態采集控制器和其他具有內部時鐘的設備校時。結合各個發射臺的具體情況，以2個頻點16套AVS+電視、1個頻點CDR 廣播節目為例，本系統完整的規劃施工結構圖如圖2、圖3所示。

圖2 規劃施工結構圖（傳輸方案一：微波/光纜）

圖3 規劃施工結構圖（傳輸方案二：衛星接收）

發射機監控系統通過發射機的對外接口RS232/ 485/422、或Ethernet 接口，與發射機數據采集控制器連接，一部發射機對應一部數據采集控制器，整合后的Ethernet 數據接入以太網絡，通過發射機監測主機實現發射機的遠程監控。為保證節目的不間斷播出，通過天線倒換控制器可實現同軸開關的遠程倒換。在滿足設定天線倒換條件的情況下，實現發射機的主備機自動倒換。系統預留對外接口，可按實際需求滿足與上層監測中心的無縫對接。發射機監控系統結構如圖4所示。

圖4 發射機監測結構圖

發射機參數采集控制其采用“分布式”的集散控制結構為基礎，即一個發射機用一個采集控制器，每個采集控制器都內含高精度時鐘，可以脫離計算機系統獨立工作，并且整個發射機監控系統不對發射機的正常工作產生任何干擾。采集控制器之間無任何相聯關系，單獨一個發射機采集控制器出現故障，不影響整個系統運轉，能最大限度的回避系統風險。采集控制器本身具備10路模擬量，24路狀態量，16路開關量，三路串行通訊口，一路以太網通訊接口，可面向不同廠家、不同類型的發射機，同時可適應發射機模擬或數字不同的參數接口形式，采集控制器的串行接口為RS232、RS485、RS422互換模式可適應多種類型的物理接口。一個采集控制器可以同時完成發射機主控單元、激勵器的采集控制工作，具有調頻N+1倒備功能和電視1+1倒備功能。

圖5 發射機數據采集器原理圖

因為發射臺發射機射頻干擾強，發射臺電磁干擾十分復雜，發射臺的電源系統、采集系統容易受到諧波等問題的干擾，影響發射臺設備和系統的正常工作，在線路板設計上，重要的設備采用多層板設計技術，做到數字信號與模擬信號分離與數據總線與供電系統的分離，同時盡可能地加大印制板的附銅接地面積，從而對印制板起到屏蔽作用。對模擬量數字采集上運用信號隔離技術，使現場信號對系統的影響盡量小，同時也使信號間的干擾盡可能地減少。對輸入信號還采取了兩次濾波方式，第一次通過物理濾波網絡對模擬量進行低通濾波處理，將高頻干擾濾掉；第二次是在A/D 信號采集后通過數學計算方式對信號進行數字濾波處理；確保對發射機的采集控制準確無誤。在系統施工線纜上選用優質雙屏蔽雙絞線，施工過程中將強弱電纜分開進行敷設，并用金屬線槽進行完全的隔離屏蔽，監控設備與發射臺地網有效的焊接在一起，許多重要設備和要求較高的設備通訊線路屏蔽網多點接地，盡量縮短模擬采集線的長度，在通訊方式上采用抗干擾性能好的差分平衡式數據傳輸，傳輸數據經過多種校驗確保傳輸過程中數據的正確性，并對設備的信號輸出輸入端采用光耦進行隔離。

模擬量接口控制器主要是通過A/D 轉換采集模擬量參數，A/D 轉換芯片一旦受干擾將直接影響到“模/數”轉換的結果。最容易對芯片產生干擾的環節是供電系統和模擬量輸入引線。因此運用隔離運放或線性光耦將模擬量隔離后再輸入到A/D 芯片上，此外采用隔離電源將A/D 芯片的電源系統與發射機供電系統徹底分離。這樣將A/D 轉換環節的受干擾因素將大大地緩解，運用模擬、數字濾波技術也可以改善高頻干擾對控制器的影響，運用電阻、電容構建一個低通濾波網絡，可有效地抑制高頻干擾信號，還可以在AD 轉換完成后通過程序進行數字濾波，只有采用綜合的抗干擾措施才能有效地降低監控系統的干擾。

3 結束語

隨著我省廣播電視無線發射臺站的事業臺站的事業發展，各發射臺處于模擬和數字播出并行階段，發射臺的監控系統的更新換代必須兼容各類型發射設備、多樣化系統標準的接入的基礎，滿足發射臺的各播出環節設備的日常工作運行監控，實現突發情況的應急自動化控制、倒換等功能，整體監控系統適應特殊工作環境需求（高山潮濕、防雷、供電倒換等情況）。該廣播電視無線發射臺監控系統不但實現對發射臺的實時監控，而且滿足值班人員對突發情況的應急處理時效性。