無(wú)線發(fā)射臺(tái)站遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李玉貴

（廣西廣播電視無(wú)線傳播樞紐臺(tái)）

一、引言

現(xiàn)階段大部分無(wú)線發(fā)射臺(tái)站均實(shí)現(xiàn)了臺(tái)內(nèi)自動(dòng)化和遠(yuǎn)程監(jiān)控，極大的增強(qiáng)了臺(tái)站的安播效果；但臺(tái)內(nèi)播出信號(hào)質(zhì)量的監(jiān)測(cè)一般仍采用近場(chǎng)監(jiān)測(cè)方式，即主要依靠近場(chǎng)發(fā)射機(jī)功率采集、調(diào)諧接收音視頻監(jiān)測(cè)。然而，因臺(tái)站發(fā)射功率較大，近場(chǎng)電磁環(huán)境混亂，串?dāng)_嚴(yán)重，反而容易造成接收效果出現(xiàn)波動(dòng)，不能完全真實(shí)反應(yīng)出臺(tái)站的發(fā)射效果，導(dǎo)致誤告警較多，一直以來(lái)都是是臺(tái)站維護(hù)人員和值班平臺(tái)監(jiān)控的痛點(diǎn)。因此建立起能精確反映播出效果的遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯得尤為必要。

二、設(shè)計(jì)目標(biāo)

本系統(tǒng)主要是從模擬實(shí)際用戶開(kāi)路接收的角度，在離發(fā)射臺(tái)站距離較遠(yuǎn)，但又在場(chǎng)強(qiáng)覆蓋范圍內(nèi)的遠(yuǎn)場(chǎng)設(shè)立監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)臺(tái)站發(fā)射的模擬廣播、數(shù)字電視信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)主要具備對(duì)模擬廣播無(wú)音頻、噪聲、平均調(diào)制度過(guò)低過(guò)高、場(chǎng)強(qiáng)和數(shù)字電視信號(hào)強(qiáng)度、誤碼率、MER、多徑時(shí)延等技術(shù)指標(biāo)的偵測(cè)告警，告警信息實(shí)時(shí)回傳至中心服務(wù)器，并推送至監(jiān)控平臺(tái)值班網(wǎng)頁(yè)客戶端，除常規(guī)的硬性指標(biāo)外，系統(tǒng)還能對(duì)信號(hào)解調(diào)出音視頻，存儲(chǔ)至本地硬盤(pán)用于查詢和回傳至總監(jiān)控平臺(tái)監(jiān)聽(tīng)監(jiān)看，最大限度的還原了現(xiàn)實(shí)中用戶的接收體驗(yàn)，真實(shí)反映出臺(tái)站實(shí)際播出效果。

三、總體架構(gòu)

無(wú)線發(fā)射臺(tái)站遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體架構(gòu)如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)主要由兩大部分組成：

一是前端監(jiān)測(cè)點(diǎn)，主要分布在發(fā)射臺(tái)周?chē)?fù)責(zé)收集遠(yuǎn)場(chǎng)信號(hào)數(shù)據(jù)，一般選在具備區(qū)網(wǎng)絡(luò)公司光纖鏈路覆蓋條件的地點(diǎn)，如各地市分中心辦公樓、中波臺(tái)站、縣級(jí)網(wǎng)絡(luò)公司機(jī)房等，這些地點(diǎn)一般都處于發(fā)射臺(tái)站覆蓋范圍內(nèi)且群眾居住較為密集的區(qū)域，符合遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的初衷與要求，同時(shí)能直接利用網(wǎng)絡(luò)公司SDH網(wǎng)絡(luò)回傳數(shù)據(jù)，避免使用移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商信號(hào)，穩(wěn)定性、安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性都能夠得到保障，同時(shí)降低了整套系統(tǒng)使用VPN等技術(shù)導(dǎo)致的復(fù)雜度。遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的主要設(shè)計(jì)流程是天線接收開(kāi)路信號(hào)，連接至廣播調(diào)諧器或DTMB覆蓋監(jiān)測(cè)接收機(jī)分析信號(hào)指標(biāo)和解調(diào)音視頻，音視頻數(shù)據(jù)則接入硬盤(pán)錄像機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)或回傳，華為路由交換一體機(jī)負(fù)責(zé)保障監(jiān)測(cè)點(diǎn)所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)據(jù)交互和通過(guò)SDH網(wǎng)絡(luò)回傳數(shù)據(jù)。

二是監(jiān)控中心端，負(fù)責(zé)對(duì)全區(qū)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)大量遠(yuǎn)場(chǎng)回傳數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯分析、入庫(kù)存儲(chǔ)、分發(fā)至監(jiān)控端等等，主要設(shè)計(jì)流程為防火墻對(duì)非法數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)濾，篩選后的數(shù)據(jù)進(jìn)入服務(wù)器，由服務(wù)器內(nèi)運(yùn)行的數(shù)據(jù)采集程序進(jìn)行數(shù)據(jù)分析存儲(chǔ)，最后推送至監(jiān)控平臺(tái)電腦網(wǎng)頁(yè)客戶端。

圖1 遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

四、核心硬件實(shí)現(xiàn)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性是整個(gè)遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)起到安全播出保障作用的關(guān)鍵，因此作為收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的前端設(shè)備是整套系統(tǒng)的核心硬件，主要由以下幾方面組成：

（一）接收天線

因單個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)需要監(jiān)測(cè)多套節(jié)目，一副天線需要為多個(gè)接收頭提供射頻信號(hào)，為保證接收效果的穩(wěn)定性，根據(jù)監(jiān)測(cè)信號(hào)類(lèi)型的不同，本系統(tǒng)采用的是具備較高增益的5單元八木天線（調(diào)頻）、9單元UHF定向天線（DTMB）、德生環(huán)形天線（中波），同時(shí)天線安裝過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)天線的方向、極化、耦合電容等保證信號(hào)強(qiáng)度滿足接收要求。

（二）廣播調(diào)諧器

廣播調(diào)諧器主要功能是將空中射頻信號(hào)解調(diào)出音頻供監(jiān)聽(tīng)，并負(fù)責(zé)對(duì)調(diào)頻、中波信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，必須能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，且可同時(shí)接收與解調(diào)多路廣播信號(hào)，所以本系統(tǒng)采用了以stm32f103作為主控芯片，Silicon Labs公司的SI4754為解調(diào)芯片的6路廣播調(diào)諧器作為廣播信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備，SI4754屬于車(chē)規(guī)級(jí)芯片，可以接收全球頻段的調(diào)頻、調(diào)幅、短波廣播，采用低中頻架構(gòu)，是業(yè)界集成度最高的收音調(diào)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(jī)調(diào)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(shí)具有抗多徑干擾，鏡像抑制，電磁噪聲抑制等功能，能實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)強(qiáng)（RSSI）、信噪比（SNR）等技術(shù)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，同時(shí)通過(guò)AD轉(zhuǎn)換技術(shù)，依托STM32強(qiáng)大的運(yùn)算能力，調(diào)諧器還能檢測(cè)解調(diào)聲音屬于靜音、噪聲亦或是調(diào)制度過(guò)高過(guò)低等參數(shù)。此外調(diào)諧器還具備GPS/北斗雙模定位功能，能精確知道監(jiān)測(cè)點(diǎn)與發(fā)射臺(tái)站之間的距離，為信號(hào)覆蓋范圍測(cè)算提供參考依據(jù)。

（三）DTMB覆蓋監(jiān)測(cè)接收機(jī)

負(fù)責(zé)接收解調(diào)DTMB地面數(shù)字電視信號(hào)，主要采用了高性能的stm32f429作為接收機(jī)的主控芯片，解碼則采用了上海高清的HD2311解調(diào)芯片，該芯片完全符合GB20600-2006地面數(shù)字電視國(guó)標(biāo)，具有優(yōu)異的抗多徑、同頻干擾抑制和優(yōu)良的抗噪聲性能，支持高清移動(dòng)接收和復(fù)雜環(huán)境下的可靠接收，能對(duì)數(shù)字電視頻點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度、誤碼率、MER、多徑時(shí)延等技術(shù)指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，接收機(jī)同時(shí)也具備GPS/北斗雙模定位功能，能精確知道監(jiān)測(cè)點(diǎn)與發(fā)射臺(tái)站之間的距離，為信號(hào)覆蓋范圍測(cè)算提供參考數(shù)據(jù)。

（四）網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)

主要解決廣播調(diào)諧器與DTMB接收機(jī)解調(diào)出的模擬音視頻回傳和存儲(chǔ)問(wèn)題，本系統(tǒng)選用了市場(chǎng)上較為成熟的海康威視DVR作為網(wǎng)絡(luò)硬盤(pán)錄像機(jī)，其采用了先進(jìn)的H.264視頻編碼技術(shù)，使得同等清晰度下視頻文件體積更小，硬盤(pán)存儲(chǔ)錄像時(shí)間更長(zhǎng)，另外通過(guò)視頻錄像回放功能，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能精確查詢查詢某一時(shí)間段音視頻播出質(zhì)量。此外，該設(shè)備官網(wǎng)公開(kāi)提供的SDK二次開(kāi)發(fā)包和瀏覽器播放插件，讓遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中開(kāi)發(fā)的網(wǎng)頁(yè)調(diào)用音視頻數(shù)據(jù)變得相對(duì)容易。

五、監(jiān)控平臺(tái)軟件實(shí)現(xiàn)

在監(jiān)控平臺(tái)軟件方面，系統(tǒng)采用的是B/S架構(gòu)，舊監(jiān)控系統(tǒng)常常使用C/S架構(gòu)，因?yàn)镃/S架構(gòu)一般面向相對(duì)固定的用戶群體, 具有信息安全控制能力強(qiáng)，操作延時(shí)小等優(yōu)點(diǎn)。但隨著近幾年設(shè)備計(jì)算能力大幅度提升與軟件技術(shù)的發(fā)展，B/S架構(gòu)監(jiān)控平臺(tái)逐漸變得流行，其維護(hù)管理成本低、多終端使用便利是其明顯優(yōu)點(diǎn)，因此B/S架構(gòu)成為目前設(shè)計(jì)首選，整個(gè)系統(tǒng)軟件主要?jiǎng)澐譃閮蓚€(gè)部分：

（一）采集服務(wù)軟件實(shí)現(xiàn)

采集服務(wù)軟件是整套系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的部分，它部署在監(jiān)控平臺(tái)端的服務(wù)器內(nèi)，負(fù)責(zé)收集處理全區(qū)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)回傳的遠(yuǎn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，其主要基本思路為：先采用分布式接收數(shù)據(jù)的方式將設(shè)備數(shù)據(jù)匯總，在使用多服務(wù)器并行方式處理數(shù)據(jù)，采集服務(wù)軟件的設(shè)計(jì)如圖2所示，分為三層架構(gòu)，最底層為基礎(chǔ)框架層，主要負(fù)責(zé)解決系統(tǒng)的控制、執(zhí)行，并解決高性能高可靠問(wèn)題，第二層為服務(wù)層，包含數(shù)據(jù)解析、發(fā)送、前置邏輯分析等，第三層為業(yè)務(wù)適配層，主要負(fù)責(zé)設(shè)備性能數(shù)據(jù)采集、告警數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)緩存等。

圖2 采集服務(wù)軟件架構(gòu)

（二）監(jiān)測(cè)界面實(shí)現(xiàn)

遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前臺(tái)顯示則主要采用ember.js框架設(shè)計(jì)，具備組件化開(kāi)發(fā)環(huán)境，具有高復(fù)用性，而且可以與后臺(tái)采集服務(wù)程序獨(dú)立部署，前后端分離，互不影響，提高開(kāi)發(fā)效率，而且ember框架的應(yīng)用使得單頁(yè)面數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)刷新效率明顯優(yōu)于其他框架，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求較高的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)尤為必要，調(diào)頻廣播遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示界面如圖3所示。

六、結(jié)語(yǔ)

遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與真實(shí)用戶接收效果相似，對(duì)于發(fā)射系統(tǒng)鏈路中任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)的故障，都能夠準(zhǔn)確的反映在遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的告警上；因此，本系統(tǒng)一定程度上能夠改善近場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的誤告警，為發(fā)射臺(tái)站安全播出提供有力保障。

圖3 調(diào)頻遠(yuǎn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面