數字廣播發射機房信號通路的維護

徐炳文

（建德市融媒體中心，浙江 杭州 311600）

0 引 言

發射機房是數字廣播的核心部分，其將數字信號轉換為電磁波，通過發射天線向外輻射，實現對目標區域的信號覆蓋。隨著數字廣播技術的進步和應用范圍的擴大，數字廣播發射機房面臨著信號通路復雜化、設備多樣化和線路敏感化等問題[1]。運用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）、大數據和智能化等技術手段，實現數字廣播發射機房信號通路的智能運維，以提高信號通路的維護質量，是廣播單位亟待解決的難題。

1 數字廣播發射機房信號通路維護的需求分析

1.1 保障信號通路的高質量和穩定性

數字廣播發射機房信號通路是從信號源到發射天線的所有設備和線路的總稱。保障信號通路的高質量和穩定性，是數字廣播發射機房維護的首要任務[2]。信號源、設備、線路是信號通路的主要組成部分。信號源決定了信號通路的基本參數，如頻率、功率、調制方式等；設備負責對信號進行轉換、處理、傳輸；線路則將信號從設備傳送到發射天線。信號源、設備及線路三個方面相互影響、相互制約。只有綜合考慮并協調好這三個方面，才能實現數字廣播發射機房信號通路的高質量和穩定性。

1.2 提升通路維護的智能度和便捷性

隨著數字廣播應用領域不斷擴展，大數據時代的數據呈指數型趨勢膨脹，信號通路維護工作日益復雜化，維護所需的人力物力逐步增加。提升通路維護的智能度和便捷性，是數字廣播發射機房維護的迫切需求。引入物聯網技術，將各種設備、線路、信號源等通過網絡連接起來，能夠實現信息的交換和共享[3]。通過人工智能技術，可以實現對信號通路的自動化檢測、診斷和修復，提高通路維護的智能度和靈活性。

1.3 實現通路維護的低能耗和環保性

隨著綠色環保概念的深入人心，在運維系統成本不斷激增的情況下，數字廣播發射機房通路維護的低能耗和環保性要求逐漸被重視起來。在實現信號通路維護的過程中，數字廣播發射機房面臨著減少能源消耗和減輕環境負擔的雙重挑戰。這包括采用高效能放大器、處理設備以及低損耗的傳輸線路。這些設施的高效運行，可以大大降低能源消耗，從而實現低能耗的運行狀態。

2 數字廣播發射機房信號通路的維護策略

2.1 基于BIM技術的線路合理布局

BIM技術是基于三維模型的建筑信息化管理方法，能夠實現建筑物全生命周期的數字化管理，優化發射機房的空間布局，實現線路的可視化、協同和優化。BIM技術主要利用BIM軟件獲取、管理設備和線路的相關數據，如尺寸、連接方式、功耗等，進行三維建模，將其轉化為可視化模型，以優化線路長度和彎曲度等參數，從而實現線路的合理布局[4]。BIM技術具體實現功能包括：

（1）可視化分析，將線路布局以圖形化的方式展示出來，工程師可以直觀地查看線路的走向、連接方式等，從而做出合理的決策；

（2）碰撞檢測，對線路布局進行碰撞檢測，檢測線路是否與其他設備或結構物發生沖突，避免線路安裝過程中的問題，提高施工效率；

（3）運行模擬，對線路進行運行模擬，預測不同工況下線路的性能和運行狀態，提前發現潛在問題，并進行相應的優化和調整；

（4）數據導出，將線路布局方案導出為相應的格式，如計算機輔助設計（Computer Aided Design，CAD）圖紙、Excel表格等，供施工和維護使用。

2.2 建立設備及信號源的有效備份機制

數字廣播發射機房的備份運維，旨在防止意外災害和不明故障。備份機制主要包括信號源和設備兩個層面。

信號源備份方面，廣播單位的播控、發射部門的地理位置相距遙遠，光纖線路信號傳輸效果不盡如人意，因此需進行信號源備份。信號源的備份通常分為熱備份和冷備份兩種方式。熱備份指主信號源和備用信號源同時工作，功分器將主信號源的輸出分成兩路，分別送入發射天線和功合器，與備用信號源的輸出相合成。冷備份指主信號源和備用信號源交替工作，切換開關將信號源輸出選擇性地送入發射天線。相比而言，熱備份方式的成本高，冷備份方式的切換時間長。本文采用云計算與物聯網（Internet of Things，IoT）技術的創新方法，實現了數字廣播發射機房中Ku波段信號源的遠程監控和管理，從而具備了不同地點、不同環境、不同網絡下對設備進行集中管理和控制的能力。該方案實現跨越地域、跨越網絡、跨越平臺的信號源切換，同時具備數據采集、數據分析、數據可視化等功能。

在設備備份方面，合理利用音頻設備的模擬輸出口和數字輸出口，實現信號切換、交叉備份和監聽等功能。發射機房通常處于惡劣環境中，外部電源供應可能受到颶風、雷暴等極端天氣的影響，對信號傳輸造成不利影響。因此，除了保證電源的穩定性外，還需引入在線式不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）[5]。在線式UPS可以在電源故障時提供穩定的備用電源，保證設備的正常運行。為了提高廣播發射機信號傳輸系統的可靠性，同時進行交叉備份，通過在線式UPS供電設置衛星信號鏈路，直接供電設置網絡信號，提高信號傳輸的可靠性。

2.3 建設自動化監控運維系統

構建自動化監控運維系統，能減少工作人員負荷并提高實時監測精度。系統設計遵循廣播電視發射機房自動化管理模式，監控系統通過發射機接口（RS-232/RS-485/RS-422或Ethernet）與數據采集控制器連接，每臺發射機對應一部數據采集控制器。整合的Ethernet數據接口負責將數據傳輸至發射機監測主機，實現遠程監控。自動化監控運維系統服務器還連接多傳感器、聲光報警器、打印機等，如圖1所示，實現多位一體的控制，通過天線倒換控制器，實現同軸開關的遠程切換功能，以確保信號的連續傳輸。

圖1 自動化監控運維系統

監控運維系統需要實現以下功能。

（1）發射機參數監測。通過與發射機的物理接口相匹配的通信協議，實時采集發射機的各種參數和狀態量信息，包括功率、頻率、溫度及電流等。

（2）發射機控制。發送指令，實現對發射機的開/關操作，以及報警復位等功能。

（3）信源監測。利用視頻I幀高精度指標進行監測，通過嵌入式Linux監測系統硬件架構實時報警監看，利用可編程邏輯器件（Field Programmable Gate Array，FPGA）、高性能數字信號處理器數字信號處理（Digital Signal Processing，DSP）組成數字監測處理電路，通過檢測信號接口如串行數字接口（Serial Digital Interface，SDI）、音視頻（Audio Video，AV）、高清（High Definition，HD）、異步串行接口（Asynchronous Serial Interface，ASI）等對多種信號進行分析，監測信源質量的廣電標準指標參數，并通過報警數據流回傳到服務器，記錄并顯示狀態。

（4）數據存儲與分析。將監測到的數據進行存儲，以便進行數據分析和故障排查。

2.4 利用大數據分析系統規劃檢修計劃

數字廣播發射中心可利用深度學習智能計算網絡分析系統制定計劃，提升設備穩定性，降低維護成本。系統依據發射中心的運行數據變動和異常情況生成維護計劃。與發射中心設備相連的接口實時收集各類運行數據，如發射機的運行狀態、功率、溫度、電流等參數。系統根據歷史數據和實時數據，運用算法和模型檢測設備異常和趨勢。通過監測發射機功率變化、溫度升高或電流異常等指標，系統能判斷設備是否存在潛在故障風險。

在數據分析的框架下，系統利用卷積神經網絡，在大數據環境中采用人工智能技術，對設備運行數據進行深度學習和預測分析，最終生成對應的檢修計劃表。檢修計劃內容包括人員維修計劃、合理的檢修頻率等。

3 結 語

物聯網技術、云計算技術、大數據分析技術和人工智能技術，實現了對數字廣播發射機房設備運行狀態的智能監測和維護。本文將傳統的機械化維護方式轉變為智能化維護方式，以數據為驅動，實現了對設備運行狀態的實時監測和預測分析，從而優化了維護計劃的制定和執行。利用大數據分析系統規劃檢修計劃，數字廣播發射機房能夠實現對設備運行狀態的智能監測和維護，提高設備的可靠性和工作效率，降低運維成本，并確保廣播信號的穩定傳輸。本文研究成果不僅適用于數字廣播發射機房，還可以推廣應用于其他領域的設備維護和運維管理中，如電力、交通、工業等領域，為實現智慧城市和智能工廠的建設提供有力支撐。