无线发射台站远场监测系统设计与实现

李玉贵

（广西广播电视无线传播枢纽台）

一、引言

现阶段大部分无线发射台站均实现了台内自动化和远程监控，极大的增强了台站的安播效果；但台内播出信号质量的监测一般仍采用近场监测方式，即主要依靠近场发射机功率采集、调谐接收音视频监测。然而，因台站发射功率较大，近场电磁环境混乱，串扰严重，反而容易造成接收效果出现波动，不能完全真实反应出台站的发射效果，导致误告警较多，一直以来都是是台站维护人员和值班平台监控的痛点。因此建立起能精确反映播出效果的远场监测系统显得尤为必要。

二、设计目标

本系统主要是从模拟实际用户开路接收的角度，在离发射台站距离较远，但又在场强覆盖范围内的远场设立监测点，实现对台站发射的模拟广播、数字电视信号质量监测，系统主要具备对模拟广播无音频、噪声、平均调制度过低过高、场强和数字电视信号强度、误码率、MER、多径时延等技术指标的侦测告警，告警信息实时回传至中心服务器，并推送至监控平台值班网页客户端，除常规的硬性指标外，系统还能对信号解调出音视频，存储至本地硬盘用于查询和回传至总监控平台监听监看，最大限度的还原了现实中用户的接收体验，真实反映出台站实际播出效果。

三、总体架构

无线发射台站远场监测系统的总体架构如图1所示，整个系统主要由两大部分组成：

一是前端监测点，主要分布在发射台周围负责收集远场信号数据，一般选在具备区网络公司光纤链路覆盖条件的地点，如各地市分中心办公楼、中波台站、县级网络公司机房等，这些地点一般都处于发射台站覆盖范围内且群众居住较为密集的区域，符合远场监测的初衷与要求，同时能直接利用网络公司SDH网络回传数据，避免使用移动运营商信号，稳定性、安全性、可靠性、经济性都能够得到保障，同时降低了整套系统使用VPN等技术导致的复杂度。远场监测点的主要设计流程是天线接收开路信号，连接至广播调谐器或DTMB覆盖监测接收机分析信号指标和解调音视频，音视频数据则接入硬盘录像机进行存储或回传，华为路由交换一体机负责保障监测点所有网络设备数据交互和通过SDH网络回传数据。

二是监控中心端，负责对全区各监测点大量远场回传数据进行逻辑分析、入库存储、分发至监控端等等，主要设计流程为防火墙对非法数据进行过滤，筛选后的数据进入服务器，由服务器内运行的数据采集程序进行数据分析存储，最后推送至监控平台电脑网页客户端。

图1 远场监测系统架构

四、核心硬件实现

监测系统数据的稳定性和准确性是整个远场监测系统起到安全播出保障作用的关键，因此作为收集监测数据的前端设备是整套系统的核心硬件，主要由以下几方面组成：

（一）接收天线

因单个监测点需要监测多套节目，一副天线需要为多个接收头提供射频信号，为保证接收效果的稳定性，根据监测信号类型的不同，本系统采用的是具备较高增益的5单元八木天线（调频）、9单元UHF定向天线（DTMB）、德生环形天线（中波），同时天线安装过程中，通过调节天线的方向、极化、耦合电容等保证信号强度满足接收要求。

（二）广播调谐器

广播调谐器主要功能是将空中射频信号解调出音频供监听，并负责对调频、中波信号质量进行检测，必须能够长时间稳定运行，且可同时接收与解调多路广播信号，所以本系统采用了以stm32f103作为主控芯片，Silicon Labs公司的SI4754为解调芯片的6路广播调谐器作为广播信号质量监测设备，SI4754属于车规级芯片，可以接收全球频段的调频、调幅、短波广播，采用低中频架构，是业界集成度最高的收音调谐器芯片，在单一COMS IC中包含了完整的从天线输入到音频输出的收音机调谐器解决方案，外围原件极少，所以射频传输路径更短，灵敏度更高，芯片同时具有抗多径干扰，镜像抑制，电磁噪声抑制等功能，能实现对场强（RSSI）、信噪比（SNR）等技术指标的监测，同时通过AD转换技术，依托STM32强大的运算能力，调谐器还能检测解调声音属于静音、噪声亦或是调制度过高过低等参数。此外调谐器还具备GPS/北斗双模定位功能，能精确知道监测点与发射台站之间的距离，为信号覆盖范围测算提供参考依据。

（三）DTMB覆盖监测接收机

负责接收解调DTMB地面数字电视信号，主要采用了高性能的stm32f429作为接收机的主控芯片，解码则采用了上海高清的HD2311解调芯片，该芯片完全符合GB20600-2006地面数字电视国标，具有优异的抗多径、同频干扰抑制和优良的抗噪声性能，支持高清移动接收和复杂环境下的可靠接收，能对数字电视频点的信号强度、误码率、MER、多径时延等技术指标实时监测，接收机同时也具备GPS/北斗双模定位功能，能精确知道监测点与发射台站之间的距离，为信号覆盖范围测算提供参考数据。

（四）网络硬盘录像机

主要解决广播调谐器与DTMB接收机解调出的模拟音视频回传和存储问题，本系统选用了市场上较为成熟的海康威视DVR作为网络硬盘录像机，其采用了先进的H.264视频编码技术，使得同等清晰度下视频文件体积更小，硬盘存储录像时间更长，另外通过视频录像回放功能，监测系统能精确查询查询某一时间段音视频播出质量。此外，该设备官网公开提供的SDK二次开发包和浏览器播放插件，让远场监测系统中开发的网页调用音视频数据变得相对容易。

五、监控平台软件实现

在监控平台软件方面，系统采用的是B/S架构，旧监控系统常常使用C/S架构，因为C/S架构一般面向相对固定的用户群体, 具有信息安全控制能力强，操作延时小等优点。但随着近几年设备计算能力大幅度提升与软件技术的发展，B/S架构监控平台逐渐变得流行，其维护管理成本低、多终端使用便利是其明显优点，因此B/S架构成为目前设计首选，整个系统软件主要划分为两个部分：

（一）采集服务软件实现

采集服务软件是整套系统中最基础的部分，它部署在监控平台端的服务器内，负责收集处理全区各监测点回传的远场数据，其主要基本思路为：先采用分布式接收数据的方式将设备数据汇总，在使用多服务器并行方式处理数据，采集服务软件的设计如图2所示，分为三层架构，最底层为基础框架层，主要负责解决系统的控制、执行，并解决高性能高可靠问题，第二层为服务层，包含数据解析、发送、前置逻辑分析等，第三层为业务适配层，主要负责设备性能数据采集、告警数据采集、监测点数据缓存等。

图2 采集服务软件架构

（二）监测界面实现

远场监测系统前台显示则主要采用ember.js框架设计，具备组件化开发环境，具有高复用性，而且可以与后台采集服务程序独立部署，前后端分离，互不影响，提高开发效率，而且ember框架的应用使得单页面数据实时刷新效率明显优于其他框架，对于实时性要求较高的监测系统尤为必要，调频广播远场监测系统显示界面如图3所示。

六、结语

远场监测系统与真实用户接收效果相似，对于发射系统链路中任一环节出现的故障，都能够准确的反映在远场监测系统的告警上；因此，本系统一定程度上能够改善近场监测系统的误告警，为发射台站安全播出提供有力保障。

图3 调频远场监测系统界面