广播电视无线发射机房监控系统

张志杰

（广东省广播电视技术中心，广州 510220）

1 研究背景

现阶段广播电视无线发射台站的主要播出设备，已逐步由模拟发射设备更换为数字发射设备播出，发射台兼备数字、模拟播出设备的播出运行，为实现发射机房实时工作参数监测，具备定时开、关发射机，发射机自动倒换等功能，发射监控系统需嵌入硬件管理平台，具备有网络接口、RS232/422/485等专用数据采集通道，内置网络通信模块，在监测到运行参数异常时，自动处理故障的同时发出声、光报警等功能，并通将报警信息发送给相关值班人员，便于突发情况的即时处理。实现对发射台全方位的监测控制，通过监控系统平台集中管理，对发射机的全面监控，实现智能、安全、可靠的播出，并可提供大量事后分析数据，为机房管理提供有力的支持。

2 监控系统架构

为实现发射台设备及信息的智能化管理，监管系统应包含以下各子系统：智能应急切换系统；多画面信号源节目与实时播出节目监测系统；发射机监测系统；电力环境及安防监测系统；监控数据存储系统。为满足不同发射台多类型发射设备需求，监控系统需兼容模拟视音频信号、音频单声道/立体声信号、数字视频电视信号、数字音频广播信号、数字码流ASI 信号、数字音频AES 信号、SDI 和HD-SDI 信号，支持国家最新双国标AVS+/DRA 标准。如图1所示。

图1 整体系统结构及信号拓扑图

监控系统采用B/S 和C/S 混合架构，在逻辑结构上分别由录制模块、系统管理模块、查询模块、转码模块、数据库和存储模块承担系统核心数据交换，保障高效稳定的安全播出（包括信源前端系统、多画面监测系统、发射机监测系统、电力环境及安防监测系统）提供数据。同时系统通过统一监管平台整合上述各子系统成为一个整体，并可通过平台客户端或浏览器方式进行远程维护、数据查询、及分析等操作。

全台监控系统基于以太网架构，所有来源信号包括AVS+、DRA 信号、模拟视音频、音频、数字电视信号全部通过相应的监测设备转为以太网IP 信号，当监测任务增加时，无需重新构建新系统，只需增加相应的监测设备，即可实现系统的扩容。

系统全部采用千兆交换机，保证未来监控任务增加，网点增加和网络规模扩大时，满足网络带宽和通信容量等方面的需求，具备整体升级扩展能力。系统采用全硬件嵌入式监测设备，支持热插拔，自带温度传感器可监测机箱及设备工作温度，考虑电视调频无线发射台多位处高山地区，受雷击影响频繁，设备配置防雷抗干扰措施，达到无人值守的情况下保证长时间安全稳定运行的要求。避免了因软件故障判定而导致的错误操作，保证节目安全播出不中断、避免误播、劣播，设备维护运营成本更远低于软件。

考虑到系统的可扩展性，ASI over IP 信号监测仪支持8 路TS 流输入，可扩展至16个ASI 码流输入，除了配备的一个千兆网口输出外，并有一个备份千兆网口；DTMB 信号监测设备和CDR 信号监测设备均预留备份信号接口用于并行监测。通过用户权限设置，监看系统根据用户权限提供远程信源查看或控制工作，避免越权操作。

发射机数据采集器采用“分布式”的集散控制结构（DCS），其核心思想是集中管理、分散控制，即管理与控制相分离。上机位用于集中监视管理，下机位分散下放到现场，上、下机位之间以高速通讯总线互相连接传递信息。每个采集器可脱离独立工作，不影响节目的安全播出；同时兼容性高，能对RS232/485/422、或Ethernet 接口等进行数据采集，兼容国内外各主流发射机协议，系统预留对外接口，可按实际需求满足与上层监测中心的无缝对接。这种分布式的控制系统体系有力的克服了直接控制系统对控制器处理能力和可靠性要求高的缺陷，最大限度地回避了系统风险，并摆脱了计算机为主导的控制模式。

为了保证系统时间的一致性，系统采用统一的GPS 时钟，GPS 时钟数据通接入整个以太网络，系统会定期自动对具有实时时钟的监控主机、发射机状态采集控制器和其他具有内部时钟的设备校时。结合各个发射台的具体情况，以2个频点16套AVS+电视、1个频点CDR 广播节目为例，本系统完整的规划施工结构图如图2、图3所示。

图2 规划施工结构图（传输方案一：微波/光缆）

图3 规划施工结构图（传输方案二：卫星接收）

发射机监控系统通过发射机的对外接口RS232/ 485/422、或Ethernet 接口，与发射机数据采集控制器连接，一部发射机对应一部数据采集控制器，整合后的Ethernet 数据接入以太网络，通过发射机监测主机实现发射机的远程监控。为保证节目的不间断播出，通过天线倒换控制器可实现同轴开关的远程倒换。在满足设定天线倒换条件的情况下，实现发射机的主备机自动倒换。系统预留对外接口，可按实际需求满足与上层监测中心的无缝对接。发射机监控系统结构如图4所示。

图4 发射机监测结构图

发射机参数采集控制其采用“分布式”的集散控制结构为基础，即一个发射机用一个采集控制器，每个采集控制器都内含高精度时钟，可以脱离计算机系统独立工作，并且整个发射机监控系统不对发射机的正常工作产生任何干扰。采集控制器之间无任何相联关系，单独一个发射机采集控制器出现故障，不影响整个系统运转，能最大限度的回避系统风险。采集控制器本身具备10路模拟量，24路状态量，16路开关量，三路串行通讯口，一路以太网通讯接口，可面向不同厂家、不同类型的发射机，同时可适应发射机模拟或数字不同的参数接口形式，采集控制器的串行接口为RS232、RS485、RS422互换模式可适应多种类型的物理接口。一个采集控制器可以同时完成发射机主控单元、激励器的采集控制工作，具有调频N+1倒备功能和电视1+1倒备功能。

图5 发射机数据采集器原理图

因为发射台发射机射频干扰强，发射台电磁干扰十分复杂，发射台的电源系统、采集系统容易受到谐波等问题的干扰，影响发射台设备和系统的正常工作，在线路板设计上，重要的设备采用多层板设计技术，做到数字信号与模拟信号分离与数据总线与供电系统的分离，同时尽可能地加大印制板的附铜接地面积，从而对印制板起到屏蔽作用。对模拟量数字采集上运用信号隔离技术，使现场信号对系统的影响尽量小，同时也使信号间的干扰尽可能地减少。对输入信号还采取了两次滤波方式，第一次通过物理滤波网络对模拟量进行低通滤波处理，将高频干扰滤掉；第二次是在A/D 信号采集后通过数学计算方式对信号进行数字滤波处理；确保对发射机的采集控制准确无误。在系统施工线缆上选用优质双屏蔽双绞线，施工过程中将强弱电缆分开进行敷设，并用金属线槽进行完全的隔离屏蔽，监控设备与发射台地网有效的焊接在一起，许多重要设备和要求较高的设备通讯线路屏蔽网多点接地，尽量缩短模拟采集线的长度，在通讯方式上采用抗干扰性能好的差分平衡式数据传输，传输数据经过多种校验确保传输过程中数据的正确性，并对设备的信号输出输入端采用光耦进行隔离。

模拟量接口控制器主要是通过A/D 转换采集模拟量参数，A/D 转换芯片一旦受干扰将直接影响到“模/数”转换的结果。最容易对芯片产生干扰的环节是供电系统和模拟量输入引线。因此运用隔离运放或线性光耦将模拟量隔离后再输入到A/D 芯片上，此外采用隔离电源将A/D 芯片的电源系统与发射机供电系统彻底分离。这样将A/D 转换环节的受干扰因素将大大地缓解，运用模拟、数字滤波技术也可以改善高频干扰对控制器的影响，运用电阻、电容构建一个低通滤波网络，可有效地抑制高频干扰信号，还可以在AD 转换完成后通过程序进行数字滤波，只有采用综合的抗干扰措施才能有效地降低监控系统的干扰。

3 结束语

随着我省广播电视无线发射台站的事业台站的事业发展，各发射台处于模拟和数字播出并行阶段，发射台的监控系统的更新换代必须兼容各类型发射设备、多样化系统标准的接入的基础，满足发射台的各播出环节设备的日常工作运行监控，实现突发情况的应急自动化控制、倒换等功能，整体监控系统适应特殊工作环境需求（高山潮湿、防雷、供电倒换等情况）。该广播电视无线发射台监控系统不但实现对发射台的实时监控，而且满足值班人员对突发情况的应急处理时效性。