广播发射台信号源管理系统组成架构及应用场景探析

余 剑

（浙江省中波发射管理中心开化广播转播台，浙江 衢州 324300）

0 引言

广播的发展史也是广播设备的更迭史。随着科学技术的不断进步，智能化管理模式已逐步应用到广播发射台，把一个个发射台“孤岛”连成一片，为“有人留守、无人值班”的管理模式奠定基础。广播发射台的核心业务管理是一项繁杂又重复的工作，特别是信号源系统的调度管理，容易因人为管理疏漏而出现问题，导致错播、劣播及空播事故。智能化管理系统具有全天候、全方位、精细化管理的特点，可以对包括信号源管理在内的各项业务进行精准化管理，将工作人员从重复性的工作中解脱出来，最大限度地避免播出事故发生，不仅提高了安全播出水平，而且大大节省了人力资源和物力资源[1]。

1 信号源管理系统的设计原则与主要功能

1.1 设计原则

信号源管理系统设计的指导思想是：信源调度不应影响到播出系统的其他功能；无论在任何情况下，信号源系统的机械部分或者自动切换部分都应具备故障处理措施；所有信源都应有主用信号、备份信号和冗余信号；音频智能切换器应具备音频质量判断、音频对比、时序监测、标准信号输出以及数字音频流输入输出功能。

1.2 主要功能

信号源管理系统的主要功能有：通过音频智能切换设备实现多路音频信号的切换，每个频率（频点）应配置一套切换系统（设备）；支持多路数字信号和模拟信号的输入、输出，在判别信号有无和音频质量时，除了对模拟信号进行判断，还可把数字信号转换成模拟信号进行模拟层面的判断；主路信号源通道具有断电直通功能，当单个设备故障，保证信号源处于接通状态；对音频信号的大小、有无进行实时监测，音频信号异常时，系统实施切换并进行报警处理；系统应支持本地及远程监看和控制管理，本地或远程都可以监测播出信号的场强、电平等信息；系统应具备录音触发功能和数据储存功能；系统应具备自定义监听和循环监听功能，能够对无线接收的信号进行监听和信号质量分析[2]。

2 信号源管理系统组成架构

信号源管理系统由监控主机、智能切换器、音频处理器、监听监视设备、跳线盘及客户端等设备组成。信号源的管理包括节目信号的接收、信号质量判断、音质处理及选择切换。当信号减弱、中断时，管理系统进行预设的切换操作，同时给出报警信号，提醒工作人员进行相应的处理。图1 为广播发射台信号源管理系统连接示意图。

图1 广播发射台信号源管理系统连接示意图

2.1 监控主机

广播发射台信号源处理系统可以是单独的管理系统，也可以是发射台业务综合管理系统的子系统。监控管理主机与音频切换设备和音频处理设备实现协议通信，一方面实时监测音频信号的质量，另一方面根据需要对切换设备进行控制。

2.2 智能切换器

智能切换器不仅可以实现本机操作控制，还可以通过管理系统进行操作控制。广播发射台的信号源有多种输入方式，目前比较常用的有卫星信号和网络信号两种。广播发射台的网络信号多以光纤的形式进入发射台，因此网络信号也称光纤信号。除此之外，还有本地的调频信号、微波信号以及用于冗余备份的信号。正常情况下，智能切换器根据需要选择切换所需的播出信号。主用信号出现问题时，切换器将断开主用信号，切换至预设的备份信号或者垫音信号，维持节目的正常播出。

2.3 音频处理器

音频处理器的主要功能是对节目信号进行限幅压缩、音色调整等处理。由于广播信号来源不同，信号的大小、音色不尽相同，忽大忽小的音频信号可能造成发射机工作不稳定，过多的低频成分会造成发射机过载保护。节目信号在进入发射机之前，应进行压缩限幅和音色调整处理，以确保发射机稳定的工作。限幅压缩和音色调成可以在本机上实现，也可以通过管理系统进行调整[3]。

2.4 监听监视设备

监听设备指监听音响，包括解码器、功放器及音箱等设备。监听设备可输入外部的各类型广播节目信号，也可输入无线射频信号。监视设备包括调幅度监测仪和音频监测仪。调幅度监测仪可以显示发射机调幅度的大小，音频监测仪可显示无线接收经解调后的音频信号大小。调幅度和音频信号大小通过柱状电平显示，使机务人员可以很直观地了解当前情况下发射机调幅度的大小和音频信号的大小。

2.5 跳线盘

跳线盘是信号源管理系统各设备输入、输出信号线的驳接点，也就是各种信号的枢纽点。为了提高信号源的传输质量，跳线盘接点不仅要牢固可靠，还应具备抗干扰功能。

2.6 客户端设备

客户端也称工作站，包括本地客户端、异地客户端两种。管理人员可通过客户端调取设备工作参数和工作状态，对信号源设备进行操作控制。

3 管理系统应用场景

3.1 信号源的动态监测

为确保发射台信号源安全可靠传输，对主要传输环节均需实时监听、监视和监测。监听、监视和监测主要分为3 级：一是对每种传输方式的信号进行监听、监视和监测，二是对各个信号切换点进行监听、监视和监测，三是对开路信号（无线接收经解调的广播信号）进行监听、监视和监测。图2 为广播发射台信号源流程监听、监视与监测示意图，柱状图下方箭头代表监测信号流向。

图2 广播发射台信号源流程监听、监视与监测示意图

信号源流程监测系统将信号调度、信源监测、与信源链路设备整合在一起，实现节传、监测及故障告警分布式集中控制管理，确保值机人员在有人或无人情况下直观地掌握设备工作状态。节传监测链路展现的是发射台信号源实际链路流程，能显示当前情况下信号的流程及工作状态，根据监管需要可任意选择音频监测、监听点进行监测、监听[4]。

3.2 信号源的切换

管理系统对信号电平大小进行实时监测，当信号电平幅度在一定的时间内小于预设阈值时，则判断为无信号，管理系统发出报警信号。如果是主信号丢失，系统将信号切换至备用信号。当主用信号恢复正常，管理系统将自动切换到主用信号。图3为切换器切换原理示意图。

图3 广播发射台信号源切换器切换原理示意图

3.3 音频编码处理

为了保证信号传输的保真度，目前广播发射机都具备数字信号输入功能，可根据需要人工选择输入模拟信号或数字信号。信号源管理系统支持数字信号和模拟信号输入，音频切换器具有模/数双重标准判断功能。当输入模拟信号，输出维持模拟信号；当输入数字信号，输出端切换为数字信号输出。模数鉴别及切换是利用模/数信号的帧格式特征、锁相状态、奇偶效验及循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check，CRC）等指标进行检测的，这里不再赘述[5]。

3.4 信号源垫音功能

当意外原因造成所有信号中断，为了避免空播事故，系统可调用预存的音频文件进行补音。补音的音频可以为音乐节目，也可以为单音频（1 kHz）信号。

3.5 信号质量的判断与选择

信号质量通过信号电平大小和一定时间内平均值两个条件来判断。一是判断信号电平的大小，当信号电平低于设定阈值时即判定为无信号或信号太小；二是对一定时间内平均电平大小进行监测，当平均电平值小于设定值时即判定为信号丢失。信号电平输入、输出监测对比如图4 所示。通过对比可以看出，在一定的时间内，信号频谱发生很明显的变化，监测系统对信号的幅度、相位、CRC 等参数进行对比，得出监测结果。一旦出现问题，管理系统立即按照预设的程序进行信号选择和切换。

图4 信号电平输入、输出监测对比图

3.6 广播节目多路音频监测漫录系统

对于广播节目信号质量好坏的监测，需要值机员实时监看设备界面和参数柱状图，监听音箱的音质，这种情况适用于单个节目。在多节目、多信源监测的情况下，人的监管能力显然已经不足。针对这种情况，建立一套广播节目多路音频监测漫录系统，可以全方位监听所有节目信号，也可以对信号异常部分进行录制保存，便于工作人员发现问题并有针对性地处理。

3.7 广播节目错播/插播监测报警系统

防错播/插播监测报警系统是针对发射台某套节目的所有信源信号和监测节点之间的内容识别。传统的音频监测系统只能监测节目有无、音频大小，且需要通过值班人员人耳监听来判别播出信号的准确性，这样极易造成错播、插播无法及时发现。错播/插播监测系统对节目信号进行比对，当输出的信号与输入的信号不一致时实施语音报警，并进行录音储存。系统无须人耳监听，能及时发现插播、错播信号以及无节目纯噪声信号，具有高稳定性、高准确性、高可靠性等特点，特别是对于部分台站信源之间的高动态延时也可以完美解决[6]。

4 结语

广播发射台智能化管理系统的应用，是实现安全播出、提高管理效率的重要手段。然而依托智能化管理，也不能忽略了人工管理。再先进的管理系统，也只是一种辅助管理手段，人才是决定一切的因素。只有人的精心维护和规范化使用，才能最大化发挥智能化管理系统的优势。