大功率发射台节目传输监测与应急调度系统的设计与应用

王倩

摘要：文章结合卫星广播节目传输机房的工作实际，从发射台运维现状、存在的问题及其原因等几个方面，分析了节目传输系统的现状。文中介绍了大功率发射台节目传输监测与应急调度系统建设，一是掌握设备发生故障之前的异常征兆，以便事前采取有针对性措施，控制和防止故障的发生；二是在设备发生故障的情况下，对故障原因、故障部位进行定位，从而减少各播出环节运维人员沟通的时间以及故障处理时间。为了解决传输发射公共环节的问题，逐步将值班模式从人工向智能化方向转变，为优质零秒地完成安全传输发射任务提供保障。

关键词：广播电台安全播出卫星广播；应急调度通路监测

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.01.044

中图分类号：TN 91，TN 94            文献标志码：B            文章编码：1672-7274（2024）01-0-03

Design and Application of Program Transmission Monitoring and Emergency Dispatching System for High Power Launch Pad

WANG Qian

（951 Channel of the State Administration of Radio and Television， Shijiazhuang 050000， China）

Abstract： This paper analyzes the current situation of the program transmission system from the aspects of the status quo of the operation and maintenance of the launch pad， the existing problems， and the cause analysis， combined with the actual work of the satellite broadcast program transmission room. This paper introduces the construction of the program transmission monitoring and emergency dispatching system of the high-power launch pad. First， grasp the abnormal signs before the equipment failure， so as to take targeted measures in advance to control and prevent the failure; Secondly， in the event of equipment malfunction， locate the cause and location of the malfunction， in order to reduce the communication time and fault handling time for operators in each broadcasting link. In order to solve the problem of public transmission and launch links， the duty mode has gradually shifted from manual to intelligent， providing guarantee for high-quality and zero second completion of safe transmission and launch tasks.

Key words： safe broadcasting of satellite broadcasting by radio stations; emergency dispatch channel monitoring

1   研究背景

節目传输链路是台站安全播出的重要保障，贯穿于台站安全播出的始终，其能否正常运行，直接关系到安全播出工作是否能够正常运行。针对目前卫星广播节目出现非法干扰、插播、停播等事件，传统人工值守监听很难适应现阶段国家广电部门对安全播出的要求。因此，需设计一个既能实时监测卫星广播节目，同时又可以完成备用节目切换应急调度的综合平台，保障节目输出的质量和连续性，全方位保障发射台节目传输业务顺利进行。

2   系统需求分析

（1）目前，发射台对发射系统的监测比较完善，对于节目传输链路的监测比较薄弱，监测点少，监听手段单一，无法对节目传输链路实现全覆盖，监测主要依靠传统的“听”和“看”，缺少对音频定量分析，使得节目传输链路监测存在盲点。

（2）由于节目传输链路涉及卫星上行机构及发射台的多个单位与部门，使得各个单位、部门维护责任划分缺乏技术系统边界规范，只能根据维护制度解决技术部门的责任问题。

（3）当出现紧急代播时，各技术部门之间通过电话等手段沟通，完成确认、操作、复查等流程，存在响应时间长的问题。

（4）当节传机房传输链路或设备出现故障时，只能依靠维护人员去判断处理，不能第一时间快速恢复节目传输。

3   系统简介

3.1 系统特点

（1）可以实现对发射台节目传输全链路音频监测。即从卫星接收信号后，分别在卫星接收单元、节目调度单元、音频处理单元、发射系统单元、应急节目调度单元共五个关键环节进行音频采样，采样点与节目传输主通路分离，当节目传输链路发生故障时，可快速定位音频传输故障位置，减少故障的判断时间^[1]。

（2）可以实现一点触发、多点报警，第一时间给相关人员提示。节目传输全链路音频监测的五个音频采样信号，可以对每个采样点进行音频监测，设置运行图、报警功能、实时异动监控，通过部署在中控机房和发射机房客户端人机交互界面，当故障发生时报警反馈给中控机房和发射机房值班人员，实现一点触发、多点报警。

（3）可以实现对发射台节目传输的应急播出。为了进一步提高应急处置能力，同时在发射机房部署了一套80路应急节目源。应急节目源能对可实现对发射机运行图内所有节目路数进行调度；调度核心部件环路可编程数字音频跳线盘采用纯硬件无源设计，消除了电源、软件等不稳定因素对节目传输的影响。当节传系统发生故障或发射机自台代播时，值班人员通过节目传输监测系统快速定位故障位置，并通过应急节目源调度系统3.6秒即可快速恢复节目传输，减少了判断故障、响应、应急处理时间。

3.2 系统功能

（1）运行图功能。用户可编辑各信号通道运行图，自行设定电平显示区间和每路通道的标识，停播监测、调制度监测、闭环监测，当发生异常时能进行声光报警，日志记录和查询功能包括开关机时间、异态发生和解除等信息。

（2）设备提供两种监听模式。A模式：通过软件选择任意一路输入信号输出至设备上的监听3.5 mm小三芯插口，可以直接驱动耳机或有源信箱。B模式：将准备监听的音频信号数据传输送至位机，通过机载的声卡输出。

（3）多通道多格式的监测方案。音频同时输入实现混合监测的功能；通过组合不同的信号采集板实现多种监测方案。

（4）严格按国家标准的规定监测。使用国际标准音频测试仪校准，其完全符合广电GY/T 192-2003标准的要求。

（5）灵活的模块化、分体式设计。上位机软件基于Windows系统，支持后台运行，占用资源少，对计算机硬件要求不苛刻；信号采集箱采用插件结构，如果采集板发生损坏，可直接带电热插拔更换备用板，不因为设备的部分损坏导致整个设备无法使用^[2]。

（6）设备功能可扩展。使用调制度采集板可以接收发射机末级反馈射频信号或天线接收射频信号，对信号实现调制度实时监测；使用TS流采集板可以实现对串行TS流中关心的音频信号进行解码监测工作，并实时分析码流的各种表格信息；设备具有级联扩展特性。

（7）可作为发射台节目传输链路状态检修的支撑平台。节目传输链路监测可通过音频采样终端设备进行信号处理，经应用和数据库服务器后台处理后，在人机交互界面可以对每个采样点进行音频定量监测，设置运行图、报警功能，并进行实时异动监控，可根据不同情况进行归类存档，并提供查询功能。

4   系统设计方案与主要结构介绍

4.1 系统结构

4.1.1 应急调度系统

（1）系统功能。当台内代播时，机房通过跳线连接应急节目源实现节目的紧急快速切换；机房所有发射机都可以实现运行图同时段节目备份；当中控机房节目源出现故障不能传输时，可用应急节目源通过跳线实现节目传输；通过电平显示器可以直观地观察到每个接收机有无节目信号。

（2）设备配置。跳线盘内部采用全环通方式连接，在正常调度时，中控机房传输的音频信号从跳线盘下排输入，上排输出；在发射机设备或者节目传输系统出现异态或故障时，值班人员用音频短路跳线直接插入节目源和机号两个插孔，这时从中控机房传输的音频信号断开，将应急节目源输出到发射机。整个系统应急调度时间可在3～5秒内完成，操作简单便捷。

（3）系统测试。节目传输系统出现异态或故障后，整个系统的应急调度时间为采用短路跳线连接节目源和机号两个插孔的时间。通过试验，应急调度可在3～5秒内完成^[3]。

4.1.2 节目传输链路状态监测系统

（1）硬件部署。在中控机房部署两台卫星信号接收机，通过功分器连接至C波段与Ku波段天線。通过采集接收机的卫星信号强度，可以实时判断卫星天线、功分器及天线信号源是否正常。同时在中控机房信号输出端和发射机输入端部署数字音频采集设备。该设备通过解码芯片将数字音频进行解码，获得清流音频的PCM采样，然后通过FPGA计算获得每个音频采样的DBFS值（-60-0）。在发射机输出定向偶合器处部署数据采样设备，获取发射机输出的功率、调制值以及实时音频数据，并通过以太网将数据发送到数据采集服务器。SDR采集设备对发射机播出的开路信号进行正交采样后，将信号发送至SDR数据解调服务器，解调后获取实时音频信号。各采样设备的采样值统一送入数据采集服务器。

（2）软件系统。设备采集的数据进入软件后，通过线程技术，定时送到采集服务器，服务器对数据进行分析，再送入后台服务端软件，供监测客户端调用。后台管理软件会将数据整合，根据预设的报警阈值进行实时报警，在故障发生时，分析故障发生的位置并提供相关的应急预案。为保证各后台程序的稳定运行，每个后台服务建立了一个守护程序，当后台程序出现故障时，能够自动重启后台服务软件。

客户端采用轻客户端结构，通过浏览器即可使用。但浏览器访问的先天请求发送访问方式具有及实时性差的缺陷，为解决此问题系统采用最新的WebSocket+HTML5的数据通信方式，系统能够实时监听各播出节点的音频信号，同时因为音频节目的实时性要求，在系统部署音频直播服务器。

将各采集设备的音频数据首先打包成MP3格式，然后将MP3字节流通过Websocket推送至客户端。当客户端需要监听音频时，将后台推送来的字节流通过HTML5的MSE（Media Source Extension）加入到音频缓冲区中，通过对音频缓冲区的不断刷新实现客户端的音频播放功能，保证了音频的无延迟播放^[4]。

5   监测客户端及远程控制

以每台发射机为独立单元，自卫星信号接收、节传机房信号发送，发射机信号输入、发射机信号输出、发射开路播出信号共五个关键节点，均部署信号采集设备，每部发射机为一个播出单元，通过对每个播出单元的整体音频通路的信号监测，可以实现快速的故障报警、故障定位、减轻了运维人员故障判断的时间，以及各播出环节运维人员沟通的时间。

软件操作平台由服务端程序、数据库、客户端应用程序等组成，通过客户端应用软件实现对系统和设备维护信息的统计，以及对故障状况的分析和查询，从而建设完善的数据中心系统。

软件操作平台是一个轻客户端，通过浏览器即可使用。根据获得到的音频数据，对值班员进行提示，值班员可根据语音提示内容做出应急操作，报警的门限值也可以进行调整和设置。既可以呈现数据，也可以反馈操作。能够实现播出信号监测，故障提示、实施音频播放等功能。

为保证系统的兼容性及灵活性，其部署了一套后台管理软件对系统框架进行配置，对报警值等各种参数进行配置。该软件能实现台站整体框架配置功能，可自由配置发射机的通路，同时还是配置运行图的同步时间、各采集设备的采样参数、节目通路各节点报警阈值，以及应急预案设置功能。

6   设备日常维护

广播电视是宣传思想战线的主阵地主渠道主力军，担负着维护社会稳定与国家安全的重大责任，它是党和政府联系人民群众不可或缺的纽带，是人民群众获取信息服务的主要渠道。党和国家一直以来对广播电视工作高度重视，要确保广播电视的安全播出，在运行维护中节目源监测技术的应用就必不可少。

在系統的运行维护过程中，有很大一部分工作是硬件维护。我们对系统包含的设备按树形结构分类，将所有设备进行最小单元的分解、统计和编码，同时记录IP地址等配置信息，在使用中可以随时更新设备的运行状况与维修状态，将现有设备信息电子化，在使用中分析设备的健康状况和使用寿命，可以提前发觉潜在的问题，为之后的巡检维护工作打下基础。

7   结束语

综上所述，全链路音频监测技术在保障广播电视安全播出的运维工作中具有重要作用。随着科技的发展，监测技术已经有了很大的进步。从故障发现的角度看，本监测系统可大大提高机房设备故障排查的速度，通过历史数据的比对，能做到提前预判故障；从设备管理的角度看，借助本系统，对在线设备正常运行状态进行历史的积累，今后无论是需要更换或者升级设备，都能根据历史数据选择更合适的替换设备。

参考文献

[1] 杨波，王元杰，周亚宁．大话通信（第二版）[M]．北京：人民邮电出版社，2019.

[2] 车晴，王京玲．卫星广播技术[M]．北京：中国传媒大学出版社，2015.

[3] 国家广播电视总局无线电台管理局．《广播电视安全播出管理规定》及专业实施细则[Z]，2018.5.

[4] 欧阳乐平．广播电视传输系统日常维护及管理分析[J]．西部广播电视，2015（07）：2015.