数字广播发射机房信号通路的维护

徐炳文

（建德市融媒体中心，浙江 杭州 311600）

0 引 言

发射机房是数字广播的核心部分，其将数字信号转换为电磁波，通过发射天线向外辐射，实现对目标区域的信号覆盖。随着数字广播技术的进步和应用范围的扩大，数字广播发射机房面临着信号通路复杂化、设备多样化和线路敏感化等问题[1]。运用建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）、大数据和智能化等技术手段，实现数字广播发射机房信号通路的智能运维，以提高信号通路的维护质量，是广播单位亟待解决的难题。

1 数字广播发射机房信号通路维护的需求分析

1.1 保障信号通路的高质量和稳定性

数字广播发射机房信号通路是从信号源到发射天线的所有设备和线路的总称。保障信号通路的高质量和稳定性，是数字广播发射机房维护的首要任务[2]。信号源、设备、线路是信号通路的主要组成部分。信号源决定了信号通路的基本参数，如频率、功率、调制方式等；设备负责对信号进行转换、处理、传输；线路则将信号从设备传送到发射天线。信号源、设备及线路三个方面相互影响、相互制约。只有综合考虑并协调好这三个方面，才能实现数字广播发射机房信号通路的高质量和稳定性。

1.2 提升通路维护的智能度和便捷性

随着数字广播应用领域不断扩展，大数据时代的数据呈指数型趋势膨胀，信号通路维护工作日益复杂化，维护所需的人力物力逐步增加。提升通路维护的智能度和便捷性，是数字广播发射机房维护的迫切需求。引入物联网技术，将各种设备、线路、信号源等通过网络连接起来，能够实现信息的交换和共享[3]。通过人工智能技术，可以实现对信号通路的自动化检测、诊断和修复，提高通路维护的智能度和灵活性。

1.3 实现通路维护的低能耗和环保性

随着绿色环保概念的深入人心，在运维系统成本不断激增的情况下，数字广播发射机房通路维护的低能耗和环保性要求逐渐被重视起来。在实现信号通路维护的过程中，数字广播发射机房面临着减少能源消耗和减轻环境负担的双重挑战。这包括采用高效能放大器、处理设备以及低损耗的传输线路。这些设施的高效运行，可以大大降低能源消耗，从而实现低能耗的运行状态。

2 数字广播发射机房信号通路的维护策略

2.1 基于BIM技术的线路合理布局

BIM技术是基于三维模型的建筑信息化管理方法，能够实现建筑物全生命周期的数字化管理，优化发射机房的空间布局，实现线路的可视化、协同和优化。BIM技术主要利用BIM软件获取、管理设备和线路的相关数据，如尺寸、连接方式、功耗等，进行三维建模，将其转化为可视化模型，以优化线路长度和弯曲度等参数，从而实现线路的合理布局[4]。BIM技术具体实现功能包括：

（1）可视化分析，将线路布局以图形化的方式展示出来，工程师可以直观地查看线路的走向、连接方式等，从而做出合理的决策；

（2）碰撞检测，对线路布局进行碰撞检测，检测线路是否与其他设备或结构物发生冲突，避免线路安装过程中的问题，提高施工效率；

（3）运行模拟，对线路进行运行模拟，预测不同工况下线路的性能和运行状态，提前发现潜在问题，并进行相应的优化和调整；

（4）数据导出，将线路布局方案导出为相应的格式，如计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）图纸、Excel表格等，供施工和维护使用。

2.2 建立设备及信号源的有效备份机制

数字广播发射机房的备份运维，旨在防止意外灾害和不明故障。备份机制主要包括信号源和设备两个层面。

信号源备份方面，广播单位的播控、发射部门的地理位置相距遥远，光纤线路信号传输效果不尽如人意，因此需进行信号源备份。信号源的备份通常分为热备份和冷备份两种方式。热备份指主信号源和备用信号源同时工作，功分器将主信号源的输出分成两路，分别送入发射天线和功合器，与备用信号源的输出相合成。冷备份指主信号源和备用信号源交替工作，切换开关将信号源输出选择性地送入发射天线。相比而言，热备份方式的成本高，冷备份方式的切换时间长。本文采用云计算与物联网（Internet of Things，IoT）技术的创新方法，实现了数字广播发射机房中Ku波段信号源的远程监控和管理，从而具备了不同地点、不同环境、不同网络下对设备进行集中管理和控制的能力。该方案实现跨越地域、跨越网络、跨越平台的信号源切换，同时具备数据采集、数据分析、数据可视化等功能。

在设备备份方面，合理利用音频设备的模拟输出口和数字输出口，实现信号切换、交叉备份和监听等功能。发射机房通常处于恶劣环境中，外部电源供应可能受到飓风、雷暴等极端天气的影响，对信号传输造成不利影响。因此，除了保证电源的稳定性外，还需引入在线式不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）[5]。在线式UPS可以在电源故障时提供稳定的备用电源，保证设备的正常运行。为了提高广播发射机信号传输系统的可靠性，同时进行交叉备份，通过在线式UPS供电设置卫星信号链路，直接供电设置网络信号，提高信号传输的可靠性。

2.3 建设自动化监控运维系统

构建自动化监控运维系统，能减少工作人员负荷并提高实时监测精度。系统设计遵循广播电视发射机房自动化管理模式，监控系统通过发射机接口（RS-232/RS-485/RS-422或Ethernet）与数据采集控制器连接，每台发射机对应一部数据采集控制器。整合的Ethernet数据接口负责将数据传输至发射机监测主机，实现远程监控。自动化监控运维系统服务器还连接多传感器、声光报警器、打印机等，如图1所示，实现多位一体的控制，通过天线倒换控制器，实现同轴开关的远程切换功能，以确保信号的连续传输。

图1 自动化监控运维系统

监控运维系统需要实现以下功能。

（1）发射机参数监测。通过与发射机的物理接口相匹配的通信协议，实时采集发射机的各种参数和状态量信息，包括功率、频率、温度及电流等。

（2）发射机控制。发送指令，实现对发射机的开/关操作，以及报警复位等功能。

（3）信源监测。利用视频I帧高精度指标进行监测，通过嵌入式Linux监测系统硬件架构实时报警监看，利用可编程逻辑器件（Field Programmable Gate Array，FPGA）、高性能数字信号处理器数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）组成数字监测处理电路，通过检测信号接口如串行数字接口（Serial Digital Interface，SDI）、音视频（Audio Video，AV）、高清（High Definition，HD）、异步串行接口（Asynchronous Serial Interface，ASI）等对多种信号进行分析，监测信源质量的广电标准指标参数，并通过报警数据流回传到服务器，记录并显示状态。

（4）数据存储与分析。将监测到的数据进行存储，以便进行数据分析和故障排查。

2.4 利用大数据分析系统规划检修计划

数字广播发射中心可利用深度学习智能计算网络分析系统制定计划，提升设备稳定性，降低维护成本。系统依据发射中心的运行数据变动和异常情况生成维护计划。与发射中心设备相连的接口实时收集各类运行数据，如发射机的运行状态、功率、温度、电流等参数。系统根据历史数据和实时数据，运用算法和模型检测设备异常和趋势。通过监测发射机功率变化、温度升高或电流异常等指标，系统能判断设备是否存在潜在故障风险。

在数据分析的框架下，系统利用卷积神经网络，在大数据环境中采用人工智能技术，对设备运行数据进行深度学习和预测分析，最终生成对应的检修计划表。检修计划内容包括人员维修计划、合理的检修频率等。

3 结 语

物联网技术、云计算技术、大数据分析技术和人工智能技术，实现了对数字广播发射机房设备运行状态的智能监测和维护。本文将传统的机械化维护方式转变为智能化维护方式，以数据为驱动，实现了对设备运行状态的实时监测和预测分析，从而优化了维护计划的制定和执行。利用大数据分析系统规划检修计划，数字广播发射机房能够实现对设备运行状态的智能监测和维护，提高设备的可靠性和工作效率，降低运维成本，并确保广播信号的稳定传输。本文研究成果不仅适用于数字广播发射机房，还可以推广应用于其他领域的设备维护和运维管理中，如电力、交通、工业等领域，为实现智慧城市和智能工厂的建设提供有力支撑。