無線廣播發射傳輸臺自動化信號檢測系統設計研究

摘要：為解決無線廣播發射傳輸臺信號輸出混亂等問題，該文對自動化信號檢測系統設計方法展開研究，基于系統設計需求和原則合理搭建硬件架構維持系統高效、穩定運行，并提出采用分層架構執行業務邏輯，最后采用模塊化設計手段實現系統信號檢測、發射機控制等功能，通過動態監管信號及時發現和排查故障，有效減少播出事故發生，優化受眾視聽體驗。

關鍵詞：無線廣播發射傳輸臺；信號檢測；自動化；系統設計

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.08.012

中圖分類號：TN 948.53" " " " " " " " "文獻標志碼：B" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2024）08-00-03

Research on the Design of Automatic Signal Detection System for Wireless Broadcasting Transmission and Transmission Station

LAI Zhenyu

（761 Channel of the State Administration of Radio and Television， Yong'an 366000， China）

Abstract： In order to solve the problem of chaotic signal output of the wireless broadcasting transmission station， the article carries out research on the design method of automatic signal detection system， reasonably builds a hardware architecture based on system design requirements and principles to maintain the efficient and stable operation of the system， and proposes to adopt a hierarchical architecture to implement business logic， and finally adopts modularisation. The design means to realise system signal detection， transmitter control and other functions， timely detection and troubleshooting of faults through dynamic supervision signals， effectively reduce the occurrence of broadcast accidents， and optimise the audience's audio-visual experience.

Keywords： wireless broadcasting transmitter; signal detection; automation; system design

0" "引言

在廣播電視信號傳輸過程中，無線廣播發射傳輸臺作為重要樞紐，能否實現信號源安全處理將直接影響信號傳輸質量。在傳輸臺由基礎建筑、供配電系統、發射系統、節目源系統、天調網絡系統等多個部分構成的情況下，需要監管的設備較多，單靠人員檢查難以及時發現安全隱患，導致設備容易發生故障，造成傳輸臺出現無信號輸出、亂碼等問題。設計自動化信號檢測系統，代替人工實時監測各類設備、系統狀態，有效提升無線廣播信號發射的安全性、穩定性。

1" "系統設計需求

在系統設計上，主要從業務、功能和技術三個層面分析系統開發需求。首先在業務層面，根據國家廣播電視總局發布的規定，廣播電視播出信號應達到節目完整性和技術安全性要求。在數字化轉型背景下，考慮到檢測設備不僅類型多樣、數量較多，同時信號格式存在差異，應實現模擬和數字信號網絡化、智能化監測，提高監測效率和精度，通過智能化報警確保信號播出安全[1]。與此同時，無線廣播發射傳輸臺不僅用于發射節目信號，同時也許用于應急通信等擁有特殊需求的場景，因此應通過實時監測提高通信穩定性和可靠性。其次在功能層面，應用系統對傳輸臺信號頻率、強度等關鍵參數進行實時監測，應確保系統實現數據自動采集、分析和處理等功能，從而提供可靠監測結果，及時發現傳輸臺設備存在的故障，通過故障診斷和遠程監控方便管理人員掌握傳輸臺狀態，采取遠程操作方式確保傳輸臺穩定輸出信號。最后在技術層面，系統應起到提升傳輸臺輸出信號技術標準的作用，在信號采集階段整合信號源系統的不同信號，在信號處理上提供不同信號編解碼標準，將信號統一轉換為TS流，利用IP技術封裝成網際互連協議傳輸，分析判斷信號是否存在諧波失真、過調等問題，將異常信號歸檔，支持數據查詢操作[2]。通過信號采集、處理、分析、存儲等操作，實現監管流程自動化、網絡化，能過保證廣播發射信號傳輸質量和安全。

2" "系統設計原則

在系統設計上，應遵循多重原則，保證設計方案的科學性、合理性和實用性。首先，應對照國家和行業技術標準選擇系統硬件，結合行業實際情況明確系統需求，做好系統架構和功能設計調整，從而有效簡化系統操作程序，避免出現重復輸入質量等無意義操作的同時，降低系統使用對人員技術的要求[3]。其次，系統設計目的是代替人工加強廣播發射信號監測，確保傳輸臺正常運轉，因此應根據系統投用需求開發不同功能模塊，在個別模塊失靈時無需整體維修系統，方便后期開展系統檢修、維護等工作。再者，考慮到科學技術日新月異，設計自動化系統應留有可以有效融入其他設備的接口，增強系統設計的擴展性和實用性，確保后續能夠順利接入其他系統，實現傳輸臺設備的全覆蓋檢測。最后，應遵循安全性原則設計系統，引入全IP技術構建系統前端，通過分布式布局減少系統運行受到的環境、人為操作等外界因素影響，確保系統可靠發揮信號檢測功能。

3" "系統設計方案

3.1 系統硬件架構

在系統架構設計上，需做好硬件架構和軟件架構設計。系統硬件架構搭建能夠為系統運行提供物理基礎，在傳輸臺24 h不間斷工作的條件下，應選用可靠硬件設備，確保系統可靠、實時采集傳輸臺設備數據，并做好數據分析、傳輸和存儲。首先，應做好硬件采集器、傳感器和監控設備布置，在傳輸臺機房布置煙霧報警器、火災報警器、溫度傳感器等設備，針對供配電設備布置溫度采集器、電流采集器等設備，針對天饋信號布置天饋數據采集器等設備，通過采用智能傳感器和監控設備實現傳輸臺設備狀態檢測和故障預警。其次，在數據分析上選擇高性能的應用服務器，提供穩定數據處理能力，通過與前端數據采集器等硬件通信將數據上傳至代理服務器，服務器可以實現數據高效處理，增強故障分析結果的時效性。最后，系統數據傳輸采用高速網絡設備和高寬帶，通過實時傳輸協議高效通信。為此，系統采用綜合網絡拓撲結構，劃分為接入層、匯聚層和服務層，接入層布置專業級廣播電視設備和現場可編程邏輯門陣列采集卡，能夠完成各類設備信號采集[4]。匯聚層布置三層交換機和路由器，采用IP協議在以太網中實現數據包傳輸，匯總系統收集的信息。服務層布置多核處理器、圖形處理器和數據存儲設備等硬件資源，能夠為數據高效流通和檢索提供支持，有效避免信號傳輸遇到網絡擁塞，增強系統信號傳輸穩定性。

3.2 系統軟件架構

在系統軟件架構設計上，采用分布式架構將不同功能模塊分散到多個服務器上，通過并行計算和分布式處理提高系統數據處理能力，增強系統可擴展性。根據系統業務邏輯，將軟件劃分為界面層、業務層和數據層。

界面層位于系統頂層，采取可視化設計方式提供系統與用戶交互界面，實現用戶指令操作和數據通信。采用MVC設計模式，利用模型封裝數據，并通過的繪圖展示數據，利用控制器實現系統和用戶交互管理，能夠增強系統操作靈活性，減少耦合程序。根據界面層設計要求，采用Windows、GDI、WinForm等控件實現界面設計，可以簡化界面操作，形成多功能子界面集，實現信號源信號出入、發射信號處理、設備監控報警等功能，避免模塊操作出現相互干擾。通過子界面模擬信號輸入、輸出等過程，能夠對數字廣播、模擬廣播、數字多媒體廣播等各種信號進行檢測，查詢系統報警記錄等歷史信息。

系統邏輯層在界面層和數據層之間，負責實現系統邏輯處理，能夠響應系統服務器，實現用戶操作數據處理，增強系統訪問效率，保證輸出結果準確性。邏輯層作為系統功能實現關鍵，需在不同層級間交換信息，將用戶請求轉換為數據操作，通過采集和處理傳輸臺設備的各種信號，判定異常后及時進行報警處理。該層別需實現信號捕獲、預處理等操作，在無線廣播信號數據量和格式較多的情況下，將通過軟件編程方式實現信號格式轉換，通過OPenCV技術從各類數據文件中讀取數據流，通過數組遍歷、圖像分析等手段發現異常信號和生成報警信號。

系統數據層位于最底層，需響應用戶提出的數據庫操作請求，包含數據查詢、刪除、錄入等任務，將結果反饋至系統和用戶端。在系統設計實踐中，重點是通過數據層實現音視頻信號處理，完成數據初步整合和有效存儲，為調用和檢索數據提供支持，提高系統數據管理能力。

3.3 系統功能設計

在系統功能設計上，采用模塊化設計手段分解各項功能，確保各模塊功能可靠實現的基礎上，可以通過模塊間的高效通信確保系統整體運作的高效性、穩定性，為加強系統應用和維護提供有力技術支撐。從總體上來看，系統包含信號檢測、故障報警、遠程遙控、機房監測等功能模塊，能夠實現各類信號靈活檢測，并提供多樣報警方式和實現傳輸臺設備、環境全面監管。

3.3.1 信號檢測模塊

設計信號檢測模塊，主要用于檢測傳輸臺發射的音視頻信號。廣播電視單個節目則包含多路音視頻信號，需通過數字化編碼形式輸出，將信號以動態柱形圖方式可視化呈現，確保系統可以同時檢測多套節目信號源，在任一信號異常時完成參數對比分析和報警研判[5]。系統通過前端采集卡將不同信號轉換為TS流后，內置節目關聯表、映射表等多種數據表，然后通過IP技術封裝成數據包，完成信號編碼和預處理，加快信號傳輸。通過模塊靈活采集光纖、地面衛星接收設備輸入的各類信號，經過解調處理后能夠對信號進行檢測，判斷是否存在異常信號。在信號數據處理和分析上，模塊采用聚類分析等算法，先將收集到的數據存儲到數據庫中，經過清洗、去噪、聚合等操作后提取有用特征信息，然后通過機器學習方法深入分析數據，生成數據分析圖表，反映信號變化趨勢和關聯。利用模塊對各節點信號特征參數進行提取、分析，完成信號相識度對比，能夠檢測出異常信號。如針對發射機信號，模塊能夠實現射頻檢波調整，實現耦合信號增益和衰減處理，將調幅數據上傳，并通過柱狀圖呈現變化，方便用戶判讀報警，加強信號傳輸質量控制。

3.3.2 故障報警模塊

設計故障報警模塊，可以利用模塊預設信號閾值，在超出閾值時自動觸發系統報警功能。無線廣播發射傳輸臺音頻信號異常主要包含過調、無信號輸出、頻率偏移等，視頻信號異常包含圖像停滯、過調、無信號等，針對不同信號異常進行單獨編碼，在模塊檢測到信號異常后將輸出對應故障編碼，促使系統發出不同報警信號。系統配備多樣報警模式，包含預警報警、圖像報警、狀態燈報警等，通過不同語音、文字和色彩提示人員傳輸臺發生的故障，確保人員及時處理故障，為傳輸臺可靠工作提供保障。用戶在登錄系統后，可以通過調用故障報警模塊查詢報警記錄，模塊將根據報警時間順序展示相關信息。檢修人員在到達現場后，也可以根據特定條件精確檢索報警信息，為人員高效處理故障提供支持。

3.3.3 遠程遙控模塊

設計遠程遙控模塊，方便管理人員遠程登錄系統進行多功能模塊操作，保證傳輸臺信號傳輸穩定性。根據用戶需求，可以選擇用戶管理、權限管理、操作管理等不同子模塊登錄系統，進入系統不同的操作界面。其中，用戶管理界面能夠進行用戶增刪、信息修改等操作，權限管理界面則能賦予用戶不同操作權限，加強系統數據安全管理，操作管理模塊能夠用于設置系統信息，查看系統報警信息和運行事件等。在系統遠程操控方面，能夠通過無線方式監測傳輸臺輸入信源和各節點，根據報警提示排查故障。采用動態可視化鏈路，用戶能夠通過模塊查看不同節目信號發射機和線路狀態，實現信號傳輸情況聯動，監聽任意節點鏈路，做到快速鎖定故障，然后通過發射機配備的智能控制器發送遠程控制指令，實現主備機切換操作。此外，用戶在判斷傳輸臺設備出現故障時，可以利用模塊遠程調整系統磁盤分配方案，通過讀寫方式擴展計算機空間，添加錄像文件等用于緩存節目數據，從而提高傳輸臺運行效率。

3.3.4 機房監測模塊

設計機房監測功能，能夠通過模塊對傳輸臺電力環境和設備狀態進行監控，實現電力監測、溫濕度監測、浸水監測等操作，并實現機房設備故障診斷分析。通過模塊對機房環境進行監測，能夠及時發現火災、設備溫度升高等情況，及時發出報警信號。在設備故障診斷設計上，通過系統軟件建立神經網絡模型，通過深度學習等自動化技術添加實例數據和更新知識庫，能夠加強模型訓練，做到準確分析和判斷不同設備故障，與報警模塊聯動發出報警。通過設計機房監測功能，可以構建綜合報警系統，實現對無線廣播發射傳輸臺設備全覆蓋監測，通過自動分析及時發現傳輸臺運行存在的安全隱患，指導人員及時排故，避免給信號傳輸帶來不利影響。

4" "結束語

設計自動化信號檢測系統，能夠通過實時、全覆蓋監測無線廣播發射傳輸臺設備、系統狀態判斷系統故障，通過及時干涉保證信號傳播質量，提高傳輸臺運作效率。在系統設計實踐中，明確系統業務應用、功能開發等需求，遵循科學性、實用性等原則選擇可靠系統硬件設備，搭建能夠實現各類信號高效處理的硬件架構，并通過設計分布式軟件架構提高系統處理能力，最后可以成功開發出系統信號檢測、故障報警等功能，為優化廣播發射信號傳輸質量提供有力技術支撐。

參考文獻

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[3] 林展加．無線廣播電視發射傳輸臺的自動化信號監測系統研究[J]．西部廣播電視，2022，43（17）：227-229．

[4] 周星星．無線廣播電視發射臺自動化信號監測系統研究[J]．無線互聯科技，2022，19（11）：7-9．

[5] 許麗娜．無線廣播電視發射臺自動化信號監測系統分析[J]．電子世界，2021（2）：200-201．

作者簡介：賴貞宇（1995—），男，漢族，福建永安人，助理工程師，本科，研究方向為信息化相關。