基于NI-1000HFRD短波信号分析仪的广播智能监测系统设计与应用

张耀武

国家新闻出版广电总局西安监测台 陕西省 西安市 710000

基于NI-1000HFRD短波信号分析仪的广播智能监测系统设计与应用

张耀武

国家新闻出版广电总局西安监测台 陕西省 西安市 710000

本文主要介绍了基于N I-1000HFRD短波信号分析仪的广播智能监测系统设计。该系统由4个工作席位构成：中短波监测席位、质量自动监测席位、频谱收测席位和多媒体监测席位。主要实现对中、短波频段范围内信号搜索，广播效果和广播质量的自动评估，频谱智能收测，以及多媒体等监测功能。

N I-1000HFRD短波信号分析仪 广播智能监测 多路录音 语音识别

1概述

随着我国广播电视事业的发展和传播技术的不断进步，监测任务也随之增加且日益复杂，监测数据要求更加及时准确。传统的人工收听收看监测和简单的软件监测已无法适应广播电视监测的实际需求，设计一套体积小、效率高、数字化、智能化的广播监测系统显得尤为重要。

NI-1000HFRD短波信号分析仪是符合ITU规范的接收机，适用于短波广播频段。NI-1000HFRD采用了最新的广播技术和数字信号处理技术，利用现有的语音识别引擎，可以快速准确的实现广播监测。基于NI-1000HFRD短波信号分析仪的广播智能监测系统，是一套体积小、效率高、数字化、智能化的广播监测系统，大大节省了人力资源，提高了广播监测的准确性和及时性。

2 N I-1000HFRD短波信号分析仪介绍

2.1 NI-1000HFRD 硬件设备外观

NI-1000HFRD 硬件设备外观，如图1所示。

图1 NI-1000HFRD 硬件设备外观

2.2 NI-1000HFRD硬件组成

PXIe-5622：150MS/s，16位数字化仪。

Flex RIO 7965R：NI FlexRIO FPGA模块（可根据用户应用需求，写入相应的软件实现功能）。

PXIe-8260：4驱动，2TB可插入机箱型（INCHassis）高速数据储存模块。

PXIe-1075：配有交流供电的18槽3U PXI Express扩展机箱。

PXIe-8133：1.73GHz控制器。

2.3 NI-1000HFRD技术架构

NI-1000HFRD采用了最新的广播技术和数字信号处理技术，包括软件无线电(SDR)，大动态范围直接数字化，高速PXIe数据总线，高速点到点实时数据链路，数字下变频(DDC)，现场可编程逻辑门阵列(FPGA)和嵌入式独立冗余磁盘阵列(RAID)。

NI-1000HFRD特点在于短波频段的全频段流盘，多频点实时解调和离线解调，主要包括：实时同步记录9K～30MHz频段的所有广播信号；同步实现全频段频谱观测和窄带信号解调；离线超实时信道化解调，高效地从宽带数据记录得到音频文件，其系统架构如图2所示。

图2 系统框图

NI-1000HFRD无线电监测接收机的HF数字化仪依托最高达4G/s的PXIe机箱高速数据总线，适合于高速数字信号处理的嵌入式PXIe控制器作为控制和数据处理中心，将数字化仪采集的数据送往嵌入式的RAID存储设备，2TB的RAID存储器可支持200Mb/s的高速数据记录，从而满足HF全频段流盘的要求。NI-1000HFRD无线电监测接收机将两块HF数字化仪同时安装在一个系统中，可以提供两路数字下变频，两路信号分别进行窄带解调/测量和实时宽带频谱监测，保证实时在线监听和频谱监测任务可以同时进行。

NI-1000HFRD中频数字化仪提供了高速AD和板上信号处理能力，包括14位100MS/s的数字化能力，最大带宽40MHz的实时数字下变频，特别适合于捕获无线电广播信号。基于DMA(直接存储访问)的机制与控制器相连，使控制器更好地作用于高级信号分析、显示以及通信等任务。

在线实时解调和离线超实时解调算法是基于FPGA实现的，将软件算法基于硬件实现，实现了全并行、高吞吐、高可靠，相比传统的基于CPU实现的算法，执行效率极大提高。本系统所采用的每块FPGA芯片可以实现8通道的实时解调，根据不同需求可以进行不同的配置，例如在18槽机箱中除去控制器和数字化仪占用的两个插槽位置，最多可以实现128通道的实时解调。

2.4 NI-1000HFRD主要功能

2.4.1 全频段流盘

30M以下全频段流盘的数据速率为120M/s，采用高速PXIe总线、RAID磁盘阵列等技术保证了可以不丢点地数据存储，通过一定的参数设置可以实现分时段、分频段和按计划流盘。

2.4.2 在线实时解调

在线实时解调功能针对不同的应用可以选择不同的配置，最多可以实现128通道实时解调。可以实现的主要功能有：指定频点组合播放；分发音频至不同播放设备；多音频文件存储；设定功率门限，提出特征频点；宽带信号频谱观测，窄带分析与解调；计算特征频点电平、功率、场强值和调制度分析。

2.4.3 离线超实时解调

最高可以实现0.7倍的超实时解调，即完成100秒的全频段流盘文件解调只需要70秒。

3 基于N I-1000HFRD短波信号分析仪的广播智能监测系统

基于NI-1000HFRD短波信号分析仪的广播智能监测系统（以下简称：NI智能系统）由4个工作席位构成，即中短波监测席位、质量自动监测席位、频谱收测席位和多媒体监测席位。依靠语音识别引擎的支持，主要实现对中、短波频段范围内信号搜索，广播效果和广播质量的自动评估，频谱智能收测，以及多媒体监测等功能。智能监测系统框图，如图3所示。

图3 系统框图

智能监测系统各监测席位具体实现方法如下：

3.1 中短波自动监测席位

NI智能系统可根据电平门限等级设置，从0～30M频段内获取高于该电平值的信号，并对0～30M频段内所有信号进行全频段留盘，同时利用语音识别系统对语音数据进行语音识别，选择出关注的语音信号，从而实现中短波自动监管。

3.2 质量自动监测席位

NI-1000HFRD系统根据人工设定的报警任务需要，对质量监测频率进行循环分析，通过信号平均电平值与调幅度实时不间断测量，对认为是异态的信号上报给质量自动监测席位进行人工确认，及时发现质量异态，定时对质量监测频率自动打分。质量自动监测流程，如图4所示。

图4 质量自动监测流程图

3.3 频谱收测席位

该系统可以对0～30MHz各时段信号进行全部流盘，再通过离线超实时解调，设定相应的电平门限，将获得的较高电平频率的AM信号，与数据库中的已知信号对比辨别广播电台信号的归属。对于不能实现电台归属自动判别的频率，上报到频谱收测席位进行人工处理。

3.4 多媒体收测席位

NI-1000HFRD短波信号分析仪的FlexRIO 7965R板卡是可编程器件组成，配合其它下变频板卡，加入相应的解调软件，即可实现调幅、调频、电视、卫星、CMMB等无线电波信号的解调及技术指标测量，可以实现多媒体监测任务。

同时，NI-1000HFRD短波信号分析仪具有体积小、携带方便等特点，适用于外出流动收测，也可安装在监测车上。外出流动收测时，只要收测人选择好收测地点并架设好天线，NI-1000HFRD短波信号分析仪会自动根据频率收测表，进行24小时录音。录音完毕后，将录音数据回传，进行集中收听及打分，节省了人力和物力。

结束语

FlexRIO 7965R板卡可解调8路信号，可同时使用9块）；可以对广播信号进行各种指标测量（调幅度、频谱、场强）。将该系统应用到广播监测中，基本可以实现中短波信号的智能监测。对比现有的监测工作模式将是一个“质”的飞跃。

NI智能系统组成非常简单，是一个3U的标准机箱，内置各功能板卡来实现各种功能，具有体积小、搬用灵活、应用范围广等特点。在数据传输上，板卡间的数据使用了高速总线传输，大大提高设备的工作效能。

NI智能系统可以同时对0～30MHz的中、短波信号进行全波段存储和任意频道、任意时段的解调，不需要配置录音设备和专用接收机等；用户还可根据需要选择解调频率和解调路数（1块

审稿人：魏朝辉 内蒙古新闻出版广电局监管中心正高级工程师

责任编辑：王学敏

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张耀武 国家新闻出版广电总局西安监测台 高级工程师