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摘要：本文对南岳高山发射台传统的信号传输与监测系统存在的问题进行了分析，阐述了基于ip信号的传输与检测系统的设计方案，介绍了方案的主要功能以及实际应用的情况。
关键词：广播电视信号；方案；存在问题；IP信号的传输与监测系统应用
1引言
南岳电视调频发射台是湖南省高山骨干台之一，自建台以来，承担着中央、省、市广播电视节目的转播任务，为全省三分之一的人民提供服务。同时，南岳电视调频发射台还是湖南省重要的微波中继站。南岳发射台在2014年开始启动新铁塔新机房建设工作，于2018年破土动工，2019年9月整体完工。在南岳高山环境下，传统的信号传输监测系统已无法满足现有的业务需求，主要存在如下四个问题。（1）受极端天气影响较大。台站碰到雷雨天气，尤其是遭遇强雷电时，容易造成电压波动，造成设备损坏、信号源恶化或中断，给安全优质播出带来严峻挑战。（2）传统监测系统可靠性差，容易造成错播、插播、误判，主要表现在：技监手段单一，仅局限于监测视音频，且监测环节少；湖南广播与电视模数转换步调不一致，短时期仍处于模数共存的过渡期，由于基带信号不同，导致监测不便；环境、电力、机房设备关键数据无法实现集中智能监控。（3）信号系统灵活性差，不利于业务的拓展。传统的监测系统新增节目时，必须新增相关的配套设备、线路，成本高，处理复杂。（4）与未来发展趋势不符，无法与5G广播、CDR数字音频广播实现无缝对接。基于上述原因和《广播电视安全播出管理规定》（第62号令）的要求，立足当前，着眼未来，建设一个适合新时代广播电视传输的发射机房，建设一套融合全IP信号处理与监测系统已刻不容缓。
2基于IP信号的传输与监测系统的实现
2.1IP信号的传输系统
2.1.1主备IP加非IP的灾备基带信号传输保障系统
根据台站某一时间段持续遭受强雷击的实际情况，专家组评估了自然灾害等极端天气的破坏强度，经设计人员反复研讨，在前期搭建的外部、内部安全物理防雷系统的基础上，根据台情设计出确保IP信源安全传输的新方案，不仅对传输链路关键单节点设备重点防护，还通过码流、设备、端口、信号源等多重备份机制，提升系统的可靠性。省台DTMB信号传输处理流程如图1所示。目前，湖南台DTMB采用电信光纤、联通光纤和数字微波这3路无交叉节点的组播信源、3路组播IP，经IP切换，作为主路IP进入发射机激励器；同时从核心交换机取一路微波组播IP，通过SFP光模块直通输入至接入交换机，作为发射机激励器备路IP信号。考虑到强雷击对设备的影响，我们还将一路IP信号源在源头适配成ASI码流信号，作为灾备信号，送到发射机激励器的ASI端口。在遭遇持续强雷击时，如单一节点IP切换开关损坏，可切断该设备电源，这样激励器主IP口输入信号中断，激励器会立即将直通IP信号自动倒换至激励器备IP口，确保安全播出。如果主备IP都中断，直通ASI码流信号自动倒换至激励器ASI口播出，既避免了IP域崩溃对安全播出造成的影响，又确保了关键设备的安全。
2.1.2基带信号的传输保障
为确保信号传输过程中优质无损，采用既隔离电力波动又防雷的光纤传输，是较好的选择。信号源传输系统方面，我们考虑采用数字发射信号，根据总设计原则，将所有IP信号源经IP切换后，通过SFP光模块传输至发射机房的数据交换机。在光发端，SFP光模块实现IP信号的光电转换；丞播光端机实现ASI码流信号光电转换，对于AES数字音频信号则采用AES光端机完成光电转换；而模拟音频信号，则采用模拟光端机完成光电转换，通过光纤传输后，接收端由对应的光收设备将其转换成电信号，再送入主备激励器。台站各基带信号采用电光传输的示意如图2所示。根据台站业务可拓展性需求，在台站IP化信号系统设计时做了带宽冗余设计，预留一定带宽余量的同时，还为以后新增数字广播电视频点预留了接口，在线路不改变的情况下，通过软件配置收流，即可灵活满足新增频点信号的接入。
2.2IP信号的监测系统
IP信号监测系统包括码流、视音频监测单元和智能维护管理单元等。
2.2.1码流、视音频监测单元
新机房的信号监测系统IP化后，主路采用多画面监测系统码流分析仪与矩阵调度码流辅助监测系统相结合，由多画面监测系统实时监测整个传输系统所有信号的传输与质量；在播出空收信号监测方面，按主路和辅路并行监测两条线，同时主辅路相互佐证思路设计，给信号传输发射提供更可靠的监测依据与保障。不同环节的信号监测如图3所示。设计时，充分考虑监测人性化与智能化，要求主路按被动监测需求，取各信源信号、切换器切换后信号、近端空中接收、远端空中接收等4个环节的信号送入板卡，各类采集板卡则完成信号采集、编码并转换成统一的TSoverIP格式，送入博汇多画面监测系统，通过软件实现IP解码后，实时监测并显示在大屏上。考虑大屏空间有限，无法满足所有节目内容都上大屏显示，以及极端天气空收信号电平偏低等造成监测误告警，因此要求备路按主动监测的需求，依照主路的设计，同样将4个环节的信号送至IP矩阵进行调度，当主路被动监测发现某环节信号告警故障时，采用手动调度的形式，把IP信号调度输出送入（非软件解码）IP码流分析仪和柯维新IP解码器，进行码流分析和信号监听监看；同时，还通过机顶盒接收射频信号解码出SDI信号，直接送入大屏监测显示，通过双重手段来检验主路被动监测的准确性。其次，根据台站实际，加入了远程监测的设计。我们在衡阳市区办公楼增设了空中信号监测系统，在屋顶安装了空收天线，接收空中射频信号送入采集板卡，转换成IP信号后，通过公网回传到高山机房，与其他环节信号实时比对，通过微变化，帮助台站提前预判发射系统和天馈系统的隐形故障。
2.2.2智能维护管理单元
智能维护管理单元包括设备与信号智能管理、故障智能分析和无纸化办公APP。
（1）设备与信号智能管理
设备和信号信息化管理引入了二维码管理体系，通过二维码，实现对机架、设备、线缆的添加、修改与删除；数字电视前端可将每台设备、每根线缆、每个机柜等全部赋予二维码，并在每个二维码中填入各参数信息，通过二维码传输介质，将所有系统信息自动传至核心数据库。通过各环节数据的特点，可以实现自动生成节目路由，形成信号流可视化拓扑图。线缆二维码包括此线缆两端名称、线缆内信号的名称及去向；设备二维码包含此设备的网管信息和设备的运行状态。
（2）故障智能分析
新机房监测系统IP化后，除监测信号流数据外，还可监测机房内各类设备以及环境系统数据。因数字化设备开放了网管协议，运维人员既能通过网管IP在内网电脑登录设备进行管理，又能使所有设备通过接口协议，实时自动获取数据及告警信息。综合网管平台主界面在大屏中，可集中分类显示设备的关键数据，包括电视/广播各发射系统功率、电力系统电压电流、多工系统功率驻波、机房环境温湿度数据等。故障智能分析单元通过采集整条传输链路上的设备网管告警，可智能分析此设备输入、输出信号是否正常，并结合设备与信号进行统计、分析、判断。以组播2号流的“中央少儿频道节目信号静帧”为例，综合网管平台通过故障智能分析统计，在主界面“设备、节目层监测”的饼形区内，监测设备红色告警，同时在底部黄色三角形区监测高亮告警，值班员可通过点击“高亮三角形”，进入综合网管告警查询二级界面，即可查询到具体告警信息，帮助维护人员精准定位故障部位，快速处理。
（3）无纸化办公APP
根据高山台站的实际与未来发展需求，结合信号监测系统和设备网管系统，建立了数字机房值班管理系统和移动APP，主要包括资产管理、台站办公管理、播出监测管理、维修跟单4大模块。资产管理分为机房管理、设备物资管理（含资产信息、运行故障记录、维修记录、资产流动记录等）和二维码扫描管理；台站办公管理主要用于办公室文件发布、会议通知、假期管理等；播出监测管理分值班员机房巡查记录考勤、数据采集、设备报警；维修跟单主动推送系统告警，全面描述报警的原因和可能造成的影响，同时提供解决方案和操作建议，在系统生成问题处理流程单后，主动推送给相关人员跟进、处理故障。播出数据和办公管理通过防火墙和外网隔离，各功能根据访客权限进行管理，引入双重认证安全机制。无纸化办公的应用，经济且实时高效，简化了流程，提升了台站维护管理水平。
3结语
伴随5G新时代的来临，应急通信业务日益重要，湖南广电无线公益事业秉承优质深度覆盖目标，助推各骨干高山台站新时期全数字化转型。南岳台机房IP化改造后，节目信号传输实现信源、码流、端口多重备份，采用光纤传输防雷、隔离电力波动；监测系统实现主辅监测互证，全链路监测，通过微变化提前预判故障；综合网管平台坚持智能化和节能环保原则，借助二维码技术和数据存储技术，实现机房可视化集中管理和智能维护。项目运行一年多来，系统安全可靠，维护智能高效，值班运维压力大幅减小。在安全优质播出等级大幅提升的同时，为高山台站向大数据、5G数据广播等增值业务的拓展创造了有利条件。
作者：许娟 何雨 单位：南岳电视调频发射台