摘要：當(dāng)今的廣播電視技術(shù)已經(jīng)步入數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化的時(shí)代。在新形勢(shì)下，發(fā)射臺(tái)站必須結(jié)合先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，開發(fā)及實(shí)現(xiàn)中短波發(fā)射臺(tái)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。調(diào)幅度是調(diào)幅廣播信號(hào)的重要參數(shù)，是衡量發(fā)射機(jī)輸出功率、能量利用率和覆蓋效果的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)，是調(diào)幅廣播信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測(cè)最主要的項(xiàng)目之一，對(duì)于調(diào)幅廣播的安全播出有重要意義。本文對(duì)中短波發(fā)射臺(tái)質(zhì)量保證系統(tǒng)的調(diào)幅度測(cè)量方法進(jìn)行研究與探討。

關(guān)鍵詞：信號(hào)監(jiān)測(cè) 數(shù)據(jù)采集 調(diào)幅度 載波功率

中圖分類號(hào)：R778.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）10-0067-03

Abstract：Today's radio and TV technology has been entered to the era of digitization， networking， informatization. Under the new situation， the transmitting stations must be combined with advanced computer technology， automatic monitoring technology and network communication technology， the development and realization of monitoring system adapted to the launch pad.？Adjustable amplitude is one of the important parameters for broadcast signal， it also an important technology index for measuring transmitter output power， energy utilization and the cover effect， its important project for monitoring radio signal quality， and it has important significance to safety broadcast. According to the methods of adjustable amplitude measurement of quality assurance system， this paper has carried on the thorough discussion and the research to Medium-wave transmitter quality assurance system.

Key Words：Signal monitoring； Amplitude modulation； Modulation factor； Signal carrier power

1 引言

保證安全播出是廣播電視部門的中心工作，也是各級(jí)各類傳輸發(fā)射臺(tái)永恒的話題。如何保證各播出頻率不間斷、高質(zhì)量的播出，一直是安全播出管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。隨著各個(gè)臺(tái)站自動(dòng)控制系統(tǒng)改造的進(jìn)行，建立一套新的播出質(zhì)量自臺(tái)監(jiān)控機(jī)制，對(duì)廣播信號(hào)調(diào)幅度的自我監(jiān)測(cè)管理，也是發(fā)射臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)控制改造的重要內(nèi)容。發(fā)射臺(tái)質(zhì)量保證系通過對(duì)各個(gè)傳輸環(huán)節(jié)的信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，掌握信號(hào)在傳輸過程中的質(zhì)量變化情況，為及時(shí)發(fā)現(xiàn)信號(hào)質(zhì)量劣化和臺(tái)內(nèi)信號(hào)播出質(zhì)量監(jiān)測(cè)提供技術(shù)手段，及時(shí)反映發(fā)射臺(tái)設(shè)備的工作狀態(tài)，為無線局的安全播出工作起到了重要作用。調(diào)幅度是調(diào)幅廣播信號(hào)的一個(gè)重要參數(shù)，是衡量發(fā)射機(jī)輸出功率、能量利用率和覆蓋效果的一項(xiàng)重要技術(shù)指標(biāo)。調(diào)幅度的測(cè)量是發(fā)射臺(tái)質(zhì)量保證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和正確反映發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等系統(tǒng)功能的關(guān)鍵點(diǎn)。

2 質(zhì)量保證系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

通過對(duì)中短波調(diào)幅廣播監(jiān)測(cè)需求的分析和調(diào)幅度異常原因的研究，系統(tǒng)對(duì)調(diào)幅廣播施行“三點(diǎn)”監(jiān)測(cè)。這“三點(diǎn)”監(jiān)測(cè)的信號(hào)指的分別是從送入發(fā)射機(jī)的信號(hào)接入點(diǎn)處（衛(wèi)星接收機(jī)的輸出或者光纖信號(hào)或音頻處理設(shè)備的輸出）獲取的輸入信號(hào)、從發(fā)射機(jī)送至天線的信號(hào)進(jìn)行耦合獲取的輸出信號(hào)，以及通過天線開路接收到的實(shí)際廣播信號(hào)。輸出信號(hào)的監(jiān)測(cè)也是對(duì)信號(hào)電壓采集，通過信號(hào)電平反映信號(hào)的質(zhì)量。當(dāng)信號(hào)電平長期低于設(shè)定值時(shí)，給出報(bào)警，提示值班人員及時(shí)調(diào)整發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀況。

發(fā)射臺(tái)質(zhì)量保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要完成發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)測(cè)、轉(zhuǎn)換和呈現(xiàn)等功能。 系統(tǒng)軟件采用C/S三層結(jié)構(gòu)，VC++語言實(shí)現(xiàn)。監(jiān)測(cè)工控機(jī)（聲卡、網(wǎng)卡、音箱）和指標(biāo)監(jiān)測(cè)終端軟件組成。系統(tǒng)主要分為四部分：調(diào)幅度測(cè)量模塊、輸入信號(hào)采集模塊、輸出信號(hào)采集模塊和系統(tǒng)軟件。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

調(diào)幅度測(cè)量模塊負(fù)責(zé)完成信號(hào)調(diào)幅度的測(cè)量，主要由專用測(cè)量接收機(jī)和用于控制接收機(jī)計(jì)算調(diào)幅度的服務(wù)端軟件組成，該模塊工作在工控機(jī)上。輸入信號(hào)采集模塊和輸出信號(hào)采集模塊類似，都是采用專門的電壓采集設(shè)備，完成對(duì)應(yīng)信號(hào)的電壓采集工作。系統(tǒng)主程序主要由客戶端軟件和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫組成，負(fù)責(zé)根據(jù)設(shè)定從三個(gè)測(cè)量模塊獲取數(shù)據(jù)，完成監(jiān)測(cè)以及報(bào)警功能。

系統(tǒng)的整個(gè)工作流程是：

（1）啟動(dòng)調(diào)幅度測(cè)量服務(wù)端軟件，開啟接收機(jī)并設(shè)定接收機(jī)工作參數(shù)，接收廣播信號(hào)，等待系統(tǒng)主程序指令。

（2）將音頻輸入信號(hào)和耦合輸出信號(hào)連接至采集模塊，開始采集電壓。

（3）主程序從數(shù)據(jù)庫讀取頻點(diǎn)設(shè)定，檢查播放列表，獲取正在播放出頻點(diǎn)。

（4）控制調(diào)幅度服務(wù)端設(shè)定接收機(jī)板卡工作頻率，設(shè)定信號(hào)電壓采集模塊增益。

（5）開啟監(jiān)測(cè)線程，從三個(gè)測(cè)量模塊獲取數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。如果超出報(bào)警門限，聲音和界面報(bào)警，否則繼續(xù)監(jiān)測(cè)下一頻點(diǎn)。

系統(tǒng)所有的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)主要包括頻率信息數(shù)據(jù)、測(cè)量模塊信息和報(bào)警數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)邏輯關(guān)系設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

3 調(diào)幅度測(cè)量方法

用調(diào)制信號(hào)（音頻信號(hào)或視頻信號(hào)）去控制改變高頻載波信號(hào)的振幅，從而使高頻載波的振幅隨調(diào)制信號(hào)的變化而變化，這種調(diào)制方法稱為調(diào)幅。

如圖3所示，其中圖（a）為調(diào)制信號(hào)波形，是一頻率為fΩ，振幅為的正弦波；圖（b）為高頻載波波形，振幅為Uc，載波頻率為fc；圖（c）為調(diào)幅波波形。由圖中可以看出，調(diào)幅波的振幅是隨調(diào)制信號(hào)而變化的，而調(diào)幅波的頻率不變，仍為載波頻率[1]。調(diào)幅波的表達(dá)式為：

調(diào)幅度反映了高頻載波振幅被調(diào)制的程度，常以百分?jǐn)?shù)表示。調(diào)幅度最小為零（Umax=Umin），標(biāo)志著沒有調(diào)制信號(hào)，發(fā)射出去的只是載波；調(diào)幅度最大為100%（Umin=0），說明載波幅度已完全被用于傳送音頻調(diào)制信號(hào)；如果調(diào)幅度大于100%（Umin<0）稱為過調(diào)幅，經(jīng)常過調(diào)幅是不被允許的，因?yàn)檫^調(diào)幅將會(huì)使得調(diào)幅波的包絡(luò)波形和調(diào)制信號(hào)的波形不完全一致，從而造成失真[2]。

式中：（）、（）分別為調(diào)幅波頻譜的上邊頻和下邊頻。可見，在調(diào)幅波頻譜中有一個(gè)載頻和兩個(gè)邊頻。圖2所示為50Hz～8kHz音頻信號(hào)調(diào)制1000kHz載波所得調(diào)幅波的頻譜圖。

式中Pt指載波功率，P（ω±Ω）指上下邊帶功率。

在未調(diào)制時(shí)m=0，P=Pt；在100%調(diào)幅時(shí)，m=1，P=1.5Pt?？梢姡{(diào)幅波的輸出功率隨m的增大而增加。它所增加的部分是兩個(gè)邊頻所產(chǎn)生的功率㎡·Pt /2。由于信號(hào)包含在邊頻內(nèi)，因此在調(diào)幅制中應(yīng)盡可能地提高m的值，以增強(qiáng)邊帶功率，提高傳輸信號(hào)的能力。當(dāng)m=1時(shí)，邊頻功率最大，這時(shí)上、下邊頻功率之和只占總功率的三分之一。當(dāng)m<1時(shí)，邊帶功率將以m2指數(shù)規(guī)律迅速下降。如一部20kW的調(diào)幅發(fā)射機(jī)，當(dāng)調(diào)幅度分別為100%、70%、50%、30%和10%時(shí)，其邊帶功率變化如表1所示，由表中數(shù)據(jù)可見，隨著調(diào)幅度的下降，邊帶功率將急劇下降。如當(dāng)調(diào)幅度下降到10%時(shí)，邊帶功率就下降到滿調(diào)幅的1/100。

邊帶功率的大小直接決定信號(hào)覆蓋的范圍大小和信號(hào)的傳輸質(zhì)量，邊帶功率的范圍越大，信號(hào)覆蓋范圍越大，信號(hào)質(zhì)量越好。調(diào)幅發(fā)射機(jī)要滿調(diào)幅運(yùn)行，至少要大于80%，由于發(fā)射機(jī)的載波功率是不能更改的，所以要想達(dá)到覆蓋要求，必須的條件是要保證足夠的調(diào)幅度[3]。

4 調(diào)幅度測(cè)量服務(wù)端軟件實(shí)現(xiàn)

通過對(duì)常用調(diào)幅度測(cè)量方法的研究，接收機(jī)法既能保證測(cè)量的準(zhǔn)確度，同時(shí)又能保證測(cè)量的效率，因此選用接收機(jī)法進(jìn)行調(diào)幅度測(cè)量。測(cè)量接收機(jī)通過環(huán)形天線對(duì)實(shí)際的廣播信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。

整個(gè)系統(tǒng)是從天線饋筒上取樣，天線和接收機(jī)一一對(duì)應(yīng)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正常監(jiān)測(cè)時(shí)需要將播出運(yùn)行圖輸入質(zhì)量保證系統(tǒng)中。錄入運(yùn)行圖信息包括機(jī)器號(hào)，起始時(shí)間，播音頻率，天線及偏向角度。廣播信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀安裝在發(fā)射機(jī)上，從發(fā)射機(jī)饋筒取樣，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的多點(diǎn)采樣，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)射機(jī)調(diào)幅度、載波頻率及載波功率重要數(shù)據(jù)，并可通過通訊接口發(fā)布監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)[4]。

根據(jù)廣播調(diào)幅發(fā)射機(jī)的工作特點(diǎn)，要實(shí)現(xiàn)調(diào)幅度實(shí)時(shí)變化，載波頻率相對(duì)穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)信號(hào)要選擇每監(jiān)測(cè)一百次調(diào)幅度，監(jiān)測(cè)一次載波頻率。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采樣點(diǎn)數(shù)為N=4096，算法采用Hilbert變換解調(diào)和欠采樣求載波頻率，所以每計(jì)算100次調(diào)幅度、100次載波功率和1 次載波頻率所需要的運(yùn)算次數(shù)大概為：

100*（N log2 N*4+4*N）+（4*Nlog2N+4*2002+261*263*4）

要達(dá)到實(shí)時(shí)性的效果需要2秒鐘之內(nèi)完成這些運(yùn)算。

系統(tǒng)通過TCP協(xié)議與調(diào)幅度服務(wù)端通信，獲取調(diào)幅度。線程在啟動(dòng)時(shí)先從數(shù)據(jù)庫查詢與該頻點(diǎn)關(guān)聯(lián)的調(diào)幅度服務(wù)端IP，以及測(cè)量周期，測(cè)量間隔，同時(shí)從報(bào)警門限表中取得調(diào)幅度報(bào)警門限。接著連接調(diào)幅度檢測(cè)服務(wù)端，取測(cè)量數(shù)據(jù)。

服務(wù)端的主要任務(wù)是控制接收機(jī)板卡，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，計(jì)算調(diào)幅度，根據(jù)主程序的消息設(shè)定板卡的工作狀態(tài)以及反饋信號(hào)的實(shí)時(shí)調(diào)幅度、頻偏和功率數(shù)據(jù)。

4.1 工作流程

軟件通過板卡自帶驅(qū)動(dòng)和SDK動(dòng)態(tài)鏈接庫，所以程序啟動(dòng)首先查找板卡驅(qū)動(dòng)動(dòng)態(tài)鏈接庫，若成功，啟動(dòng)板卡，若此時(shí)出錯(cuò)，一般情況下說明板卡未正常安裝，此時(shí)需重新安裝板卡。

板卡啟動(dòng)好后，軟件從配置文件讀入板卡工作參數(shù)，這里需要設(shè)定的參數(shù)主要有：

（1）自動(dòng)增益控制（AGC）：使放大電路的增益自動(dòng)地隨信號(hào)強(qiáng)度而調(diào)整的自動(dòng)控制板卡共有快、中、慢以及關(guān)閉四種狀態(tài)，此處將其設(shè)置為快速狀態(tài)。

（2）中頻增益和設(shè)置范圍為0～100，此處我們將其設(shè)置為60。

（3）中頻帶寬根據(jù)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為9kHz，音頻帶寬去中頻帶寬的一般4.5kHz。

（4）中頻偏移0Hz、音頻增益為0。同時(shí)設(shè)定板卡的工作模式為AM，初始工作頻點(diǎn)設(shè)定為配置文件中記錄的上次工作頻率。

軟件從配置文件中讀取上次工作頻率，設(shè)置板卡工作頻率，此時(shí)從板卡的音頻輸出接口，可以收聽到正常的廣播。板卡參數(shù)設(shè)置完成后，通過SDK提供的API開始接收板卡中頻流數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行處理，以供客戶端取值。最后，開啟監(jiān)視服務(wù)端socket，監(jiān)視指定的端口，當(dāng)接收到客戶端連接請(qǐng)求，生成連接socket，負(fù)責(zé)和客戶端通信，按照客戶端的指令對(duì)板卡進(jìn)行設(shè)定、返回監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

4.2 調(diào)幅度計(jì)算

按照接收機(jī)法測(cè)量調(diào)幅度的原理，通過板卡獲得廣播信號(hào)的中頻數(shù)據(jù)流，然后對(duì)對(duì)中頻數(shù)據(jù)流進(jìn)行處理，計(jì)算調(diào)幅度。板卡通過API方式獲取中頻流，每次返回約800個(gè)采樣值，采用16位PCM編碼，經(jīng)過二次變頻后的中頻信號(hào)為16kHz，而采樣頻率為64kHz，所以每個(gè)中頻周期內(nèi)共有4個(gè)采樣點(diǎn)，按照前面介紹的方法對(duì)中頻數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字軟解調(diào)，將得到的近似包絡(luò)存儲(chǔ)在數(shù)組m_nIFMax中。統(tǒng)計(jì)、記錄包絡(luò)數(shù)據(jù)的最大值、最小值。當(dāng)需要計(jì)算調(diào)幅度時(shí)，采用如下函數(shù)計(jì)算調(diào)幅度。

4.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果處理

系統(tǒng)主線程在每次收到三個(gè)測(cè)量線程的測(cè)量結(jié)果時(shí)，首先檢測(cè)三個(gè)監(jiān)測(cè)線程對(duì)應(yīng)的異常標(biāo)志位中是否有標(biāo)志位為真。如果有，則說明已經(jīng)有異常發(fā)生，而且報(bào)警ID已經(jīng)生成，利用報(bào)警ID將本次測(cè)量數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。如果所有異常標(biāo)志位都為假，說明在本次測(cè)量之前沒有異常發(fā)生。接下來監(jiān)測(cè)本次監(jiān)測(cè)結(jié)果，如果不合格，首先將頻點(diǎn)切換標(biāo)志置為假，提示控制線程繼續(xù)停留在本頻點(diǎn)。接著將本次監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)異常標(biāo)志為置為真，同時(shí)構(gòu)造報(bào)警ID。記錄報(bào)警數(shù)據(jù)，播放報(bào)警聲音，同時(shí)給出界面提示。如果都沒有異常發(fā)生，則只將本次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在界面進(jìn)行展示，不進(jìn)行儲(chǔ)存。報(bào)警信息在監(jiān)測(cè)過程中寫入數(shù)據(jù)庫。

5 結(jié)語

發(fā)射臺(tái)質(zhì)量保證系統(tǒng)對(duì)信號(hào)調(diào)幅度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)報(bào)警，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了對(duì)音頻信號(hào)和發(fā)射機(jī)耦合輸出信號(hào)的監(jiān)測(cè)，對(duì)安全播出工作起到了輔助作用。當(dāng)發(fā)現(xiàn)調(diào)幅度異常時(shí)，自動(dòng)檢測(cè)發(fā)射機(jī)的工作狀況，判斷異常原因，自動(dòng)對(duì)各部分進(jìn)行調(diào)整控制，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)幅度的全自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制，保證發(fā)射臺(tái)實(shí)現(xiàn)“滿調(diào)幅”工作。

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收稿日期：2016-09-05

作者簡介：賈依娜 （1983—），女，哈薩克族，北京人，碩士，工程師，研究方向：廣播與電視技術(shù)。