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(中國(guó)傳媒大學(xué) 南廣學(xué)院,南京 211172)
廣播、電視都是現(xiàn)代重要的傳媒手段,提高廣播電視覆蓋率是廣播電視部門的一項(xiàng)重要任務(wù)。特別是偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū),看電視難、聽(tīng)廣播難等問(wèn)題,一直受到各級(jí)廣播電視部門的高度重視。
為了解廣播電視無(wú)線覆蓋面積和覆蓋人口,現(xiàn)有技術(shù)中普遍采用人工方式測(cè)量覆蓋區(qū)邊界場(chǎng)強(qiáng)、繪制廣播電視無(wú)線覆蓋效果圖。例如,通過(guò)車載或者手持式場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試儀,圍繞測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行人工測(cè)量、記錄,再人工進(jìn)行統(tǒng)一的整理和分析。這樣的場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試儀,例如第201020571782.1號(hào)中國(guó)專利“無(wú)線廣播實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儀”、第201020571798.2號(hào)中國(guó)專利 “便攜式AM/FM廣播場(chǎng)強(qiáng)監(jiān)測(cè)儀”已經(jīng)做了相應(yīng)的公開(kāi),又如第201110005467.1號(hào)中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)的“車載移動(dòng)式多媒體廣播場(chǎng)強(qiáng)覆蓋路測(cè)儀”、第200410077400.9號(hào)中國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)的“數(shù)字電視路測(cè)系統(tǒng)”等,這些手持式或者車載式的場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試儀,均需要測(cè)試人員在各個(gè)測(cè)試點(diǎn)之間進(jìn)行跑動(dòng),采用移動(dòng)的方式對(duì)各個(gè)地點(diǎn)的信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)和記錄,費(fèi)時(shí)費(fèi)力(通常需要在至少每個(gè)季度均進(jìn)行一次監(jiān)測(cè)),而且隨機(jī)性比較大[1]。
通常在同一輛車上需要配備兩種不同的設(shè)備,用來(lái)監(jiān)測(cè)電視和廣播的信號(hào),非常不方便,尤其是在遇到惡劣天氣的情況下,這樣的實(shí)地監(jiān)測(cè)更加變得困難。
廣播電視信號(hào)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由多個(gè)前端設(shè)備和一個(gè)處理終端及軟件程序模塊組成。
設(shè)置在廣播電視覆蓋區(qū)范圍內(nèi)的多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的前端設(shè)備,用于接收TV(電視)信號(hào)以及AM/FM(調(diào)幅/調(diào)頻廣播)信號(hào),并進(jìn)行選頻和信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)轉(zhuǎn)換后結(jié)合監(jiān)測(cè)點(diǎn)與頻率值信息后發(fā)送出去;通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與多個(gè)前端設(shè)備連接的處理終端,接收前述前端設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù),進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)的分析。
其中,每個(gè)前端設(shè)備包括:天線、TV選頻電路、AM/FM選頻電路、TV檢波電路、單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器以及網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器,如圖1。
圖1 前端設(shè)備組成
兩組天線分別與TV選頻電路、AM/FM選頻電路連接,接收多個(gè)頻率的廣播電視信號(hào)并送入TV選頻電路、AM/FM選頻電路;TV選頻電路、AM/FM選頻電路按照單片機(jī)控制的預(yù)定方式即循環(huán)控制方式,按照時(shí)間順序改變接收頻率,使得TV選頻電路、AM/FM選頻電路進(jìn)行頻率選擇,TV選頻電路輸出的中頻信號(hào)先送入TV檢波電路變換成直流信號(hào)輸出,再與AM/FM選頻電路直接輸出的直流信號(hào)一起送入A/D轉(zhuǎn)換器;A/D轉(zhuǎn)換器將輸入的模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)(即場(chǎng)強(qiáng)值)輸出,并在單片機(jī)內(nèi)加入地名和/或地名編碼、頻率值后送入網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器;單片機(jī)還輸出控制指令給D/A轉(zhuǎn)換器,控制兩個(gè)選頻電路輸出新的頻率信號(hào)使得該兩個(gè)選頻電路進(jìn)行頻率選擇,直到所有頻率信號(hào)在一個(gè)循環(huán)內(nèi)被采集一次[2]。
選頻電路在單片機(jī)控制下接收需要監(jiān)測(cè)的頻率信號(hào),TV選頻電路輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)檢波后送入A/D轉(zhuǎn)換器,AM/FM選頻電路輸出的信號(hào)直接送入A/D轉(zhuǎn)換器。TV信號(hào)頻率范圍為48~92 MHz、167~223 MHz、470~958 MHz,AM信號(hào)頻率范圍為526.5~1606.5 kHz、2.3~26.1 MHz,F(xiàn)M信號(hào)頻率范圍為87~108 MHz。
TV選頻電路采用TDG-5881高頻頭實(shí)現(xiàn),具有信號(hào)輸入、AGC、VT、UHF、VH、VL、5V電源、IF接口端(引腳端),如圖2。
圖2 TV高頻頭
各個(gè)接口端的功能如下:
信號(hào)輸入——電視信號(hào)輸入端;AGC——自動(dòng)增益控制電壓輸入端;VT——調(diào)諧電壓輸入端。該端口加上0-33V的某一個(gè)電壓值,和波段控制電壓協(xié)同選擇出某一個(gè)頻道的信號(hào);UHF——U波段選擇控制端。該端口加上5V電壓時(shí),能接收13頻道以上的高頻電視信號(hào)。當(dāng)不選擇UHF波段時(shí),該端口電壓為0 V;VH——VH波段選擇控制端。該端口加上5 V電壓時(shí),能接收6-12頻道、Z8-Z37增補(bǔ)頻道的高頻電視信號(hào)。當(dāng)不選擇VH波段時(shí),該端口電壓為0 V;VL——VL波段選擇控制端。該端口加上5 V電壓時(shí),能接收1-5頻道、Z1-Z7增補(bǔ)頻道的高頻電視信號(hào)。當(dāng)不選擇VL波段時(shí),該端口電壓為0 V;5 V——高頻頭內(nèi)部電路電源輸入端;IF——中頻輸出端,輸出38 MHz圖像中頻信號(hào),送檢波器檢波;IF端是高頻頭唯一輸出信號(hào)的端口。
AM/FM選頻電路采用單片數(shù)字調(diào)諧集成電路SP2104實(shí)現(xiàn),其中含有AM/FM本機(jī)振蕩、緩沖、AGC、鑒頻和靜噪等電路,工作電壓范圍寬達(dá)1.8~7 V,工作電流小,當(dāng)工作電壓為3 V時(shí),調(diào)頻(FM)的工作電流為11 mA、調(diào)幅(AM)只有7 mA,因而功耗低,發(fā)熱量小,尤其適用于低電壓工作環(huán)境[3],如圖3。
圖3 AM/FM選頻電路
SP2104各引腳功能如下:1.射頻地;2.FM射頻輸入;3.AM低頻切換;4.混頻輸出;5.電源Vcc;6.AM中頻輸入;7.FM中頻輸入;8.地;9.AGC外接;10.10.7 MHz晶振;11.右聲道輸出;12.左聲道輸出;13.低通濾波器2;14.低通濾波器1;15.立體聲輸入;16.檢波輸出;17.中頻;18.立體聲指示;19.振蕩輸出;20.AM振蕩;21.FM振蕩;22.AM射頻輸入;23.射頻電源;24.FM射頻輸出。
TV檢波電路將TV選頻電路輸出的中頻信號(hào)變換成直流信號(hào)輸出。
TV檢波電路包括運(yùn)放A1、A2、電容C、二極管VD和復(fù)位開(kāi)關(guān)SW組成。A1采用高速運(yùn)算放大器AD8038,能滿足通頻帶和轉(zhuǎn)換速度等要求;A2采用雙通道運(yùn)放LM358,內(nèi)部有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器,適用于電壓范圍寬的單電源和雙電源工作模式;二極管VD采用2AP10,正向電阻小,正向電流上升快,在信號(hào)較小時(shí)就可以進(jìn)入大信號(hào)線性檢波區(qū)[4],如圖4。
圖4 TV檢波電路
A/D轉(zhuǎn)換器將選頻電路輸出的模擬直流信號(hào)轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠識(shí)別處理的數(shù)字信號(hào)。
A/D轉(zhuǎn)換器采用AD1674實(shí)現(xiàn),是一個(gè)逐次逼近型12位轉(zhuǎn)換器,內(nèi)部自帶采樣保持器、10 V基準(zhǔn)電壓源、時(shí)鐘源以及可與微處理器總線直接接口的暫存/三態(tài)輸出緩沖器,如圖5。
圖5 A/D轉(zhuǎn)換器
AD1674的引腳按功能可分為邏輯控制接口、并行數(shù)據(jù)輸出端口、模擬信號(hào)輸入端口和電源端口4種類型。
邏輯控制接口有6個(gè):12/8——數(shù)據(jù)輸出位選擇端。輸入為高電平時(shí),數(shù)據(jù)輸出為單12位字節(jié);輸入為低電平時(shí),數(shù)據(jù)輸出為雙8位字節(jié);CS——片選信號(hào)輸入端,低電平有效;R/C——讀/轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸入端。在完全控制模式下,輸入高電平時(shí)為讀狀態(tài),輸入低電平時(shí)為轉(zhuǎn)換狀態(tài);在獨(dú)立工作模式下,輸入信號(hào)為下降沿時(shí)開(kāi)始轉(zhuǎn)換;CE——操作使能端;A0——位尋址/短周期轉(zhuǎn)換選擇輸入端;STS——轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出端。
其余端口分別為并行數(shù)據(jù)輸出端口(DB11-DB8、DB7-DB4)、模擬端口(10 VIN、20 VIN)和供電電源端口(REFIN、REFOUT、BIPOFF為基準(zhǔn)電壓輸入輸出端和雙極性電壓調(diào)整端,VCC、VEE、VLOGIC為模擬電壓輸入端,AGND、DGND為接地端)。
D/A轉(zhuǎn)換器將單片機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)控制選頻電路選擇需要監(jiān)測(cè)的頻率信號(hào)。
D/A轉(zhuǎn)換器采用AD558實(shí)現(xiàn),是一個(gè)電壓輸出型8位轉(zhuǎn)換器,內(nèi)部帶有參考電壓源、高速輸出放大器、可實(shí)現(xiàn)模擬電壓?jiǎn)螛O性或雙極性輸出,無(wú)需外加器件及微調(diào)即可與單片機(jī)8位數(shù)據(jù)總線連接,如圖6。
圖6 D/A轉(zhuǎn)換器
AD558有控制邏輯、鎖存器、DAC、參考源4個(gè)功能模塊,接口電路簡(jiǎn)單。
AD558的引腳功能如下:DB0-DB7——數(shù)字量輸入;CE——選擇使能端,與CS共同作用;CS——片選端,與CE共同作用;VCC——供電電源(5~15 V);GND——接地端;A(VOUT SENSE)——輸出電壓選擇端(0~2.56V);B(VOUT SELECT)——輸出電壓選擇端(0~10 V)。
網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器在單片機(jī)控制下將廣播電視信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)值、監(jiān)測(cè)地名和/或地名編碼、頻率值封裝并轉(zhuǎn)換格式以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。
網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器采用以太網(wǎng)控制器DM9000A實(shí)現(xiàn),單片機(jī)對(duì)DM9000A進(jìn)行初始化,并將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)按協(xié)議要求進(jìn)行以太網(wǎng)幀封裝,發(fā)送給以太網(wǎng)控制器DM9000A。以太網(wǎng)控制器DM9000A接收單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)并通過(guò)RJ45接口(以有線的形式)連接網(wǎng)絡(luò)以將封裝好的數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚斫K端,如圖7。
圖7 網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器
以太網(wǎng)控制器DM9000A與RJ 45接口之間還設(shè)置有一網(wǎng)絡(luò)隔離器。
還可以采用其它的網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器,例如基于IEEE標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)控制器以實(shí)現(xiàn)前端設(shè)備的無(wú)線連接,通過(guò)無(wú)線方式接入互聯(lián)網(wǎng),從而與處理終端連接和數(shù)據(jù)交互[5]。
處理終端采用桌上型PC、膝上型PC或者掌上PC來(lái)實(shí)現(xiàn)。
處理終端通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程接收前述封裝好的數(shù)據(jù),進(jìn)行解包后,對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的前端設(shè)備所發(fā)送的實(shí)時(shí)場(chǎng)強(qiáng)值、地名和/或地名編碼、頻率值進(jìn)行存儲(chǔ),以及在顯示屏上顯示。
處理終端還包括用于對(duì)這些信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行分析的場(chǎng)強(qiáng)分析模塊,該場(chǎng)強(qiáng)分析模塊用于對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的前端設(shè)備所發(fā)送的實(shí)時(shí)信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行分析。例如,將被測(cè)點(diǎn)各頻率信號(hào)實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的可用場(chǎng)強(qiáng)值進(jìn)行對(duì)比、與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比、與滿足較高質(zhì)量的接收要求的場(chǎng)強(qiáng)值進(jìn)行對(duì)比;實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值偏低可能是遮擋物的影響、偏高可能是多徑干擾的影響、在被測(cè)頻率發(fā)射機(jī)停播時(shí)間監(jiān)測(cè)到的場(chǎng)強(qiáng)是背景噪聲或同頻干擾、被測(cè)頻率以外的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)是各種干擾場(chǎng)強(qiáng)包括鄰頻干擾、其它發(fā)射臺(tái)的雜散或帶外發(fā)射干擾、非法電臺(tái)干擾。
處理終端還包括一報(bào)警模塊,用于基于場(chǎng)強(qiáng)分析模塊的分析結(jié)果發(fā)出報(bào)警信號(hào),例如光和/或聲報(bào)警信號(hào)。
報(bào)警原因:被測(cè)點(diǎn)被測(cè)頻率的場(chǎng)強(qiáng)值比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的可用場(chǎng)強(qiáng)值或設(shè)計(jì)值或滿足較高質(zhì)量的接收要求的場(chǎng)強(qiáng)值偏低或偏高達(dá)到一定的程度,例如超出設(shè)定的容差范圍,或者是監(jiān)測(cè)到被測(cè)頻率以外的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)。
報(bào)警方式:被測(cè)點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)值閃動(dòng)、報(bào)警地列表閃動(dòng)、“某被測(cè)點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)偏低、偏高、有其它干擾”等語(yǔ)音提示。
處理終端中還存儲(chǔ)有一電子地圖以及每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的前端設(shè)備的經(jīng)緯度數(shù)據(jù),處理終端在收到每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的前端設(shè)備所發(fā)送的實(shí)時(shí)場(chǎng)強(qiáng)值、地名和/或地名編碼、頻率值后,根據(jù)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上的前端設(shè)備的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)在所述電子地圖上顯示場(chǎng)強(qiáng)的強(qiáng)弱分布。
系統(tǒng)制作完成后在學(xué)校周圍設(shè)置4個(gè)前端進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),結(jié)果如下:
使用PC機(jī)接收數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)及報(bào)表處理,可在電子地圖上顯示監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置,不同范圍的監(jiān)測(cè)點(diǎn)用不同的顏色顯示,將鼠標(biāo)放在監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置上可看到監(jiān)測(cè)點(diǎn)地點(diǎn)及經(jīng)緯度、監(jiān)測(cè)頻率、監(jiān)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)等數(shù)據(jù),在前端改變天線方向時(shí)可看到監(jiān)測(cè)頻率、監(jiān)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)實(shí)時(shí)變化,可以將數(shù)據(jù)按各種圖表展示,可以按監(jiān)測(cè)點(diǎn)查詢數(shù)據(jù),按時(shí)間段查詢數(shù)據(jù),可以Excel文件導(dǎo)出報(bào)表,報(bào)表信息有監(jiān)測(cè)時(shí)間、監(jiān)測(cè)地點(diǎn)、監(jiān)測(cè)頻率、監(jiān)測(cè)場(chǎng)強(qiáng),
還有報(bào)表統(tǒng)計(jì)、打印功能,日志功能實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的操作管理,如增加、刪除、修改等操作,在操作過(guò)程中將操作前數(shù)據(jù)、操作后數(shù)據(jù)、什么人操作、什么時(shí)間操作均保存在數(shù)據(jù)表里,然后通過(guò)頁(yè)面展示,用戶管理功能實(shí)現(xiàn)了權(quán)限設(shè)置,不同的人權(quán)限不一樣。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:系統(tǒng)功能達(dá)到預(yù)期目標(biāo),可投入使用。
廣播電視信號(hào)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn),能同時(shí)測(cè)量電視信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)和廣播信號(hào)場(chǎng)強(qiáng),改變了傳統(tǒng)的人工外出收測(cè)方式,運(yùn)行正常,數(shù)據(jù)精確,方便快捷,穩(wěn)定可靠,省時(shí)省力,具有很高的推廣價(jià)值。
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